Методическая разработка урока по теме: «Способы измерения горизонтальных углов теодолитом»
Специальность: 20.02.01 Рациональное использование природохозяйственных комплексов, 3 курс
На практике в зависимости от решаемых задач применяют различные способы измерения горизонтального угла:
Вспомним, что такое горизонтальный угол. Горизонтальный угол – это горизонтальная проекция угла, образованного точками местности, на уровенную поверхность.
Для того чтобы измерить горизонтальный угол необходимо:
Измерение горизонтального угла способом одного полного приема.
Способ измерения угла одним полным приемом применяют в том случае, если точка является вершиной двух направлений. Принципиальная схема измерения горизонтального угла данным способом изображена на рисунке 1.
Пусть АСВ – угол β, который необходимо измерить. Для этого теодолит устанавливают на точке С (точка стояния), а на точках А и В (точки визирования) – визирные цели (вехи). Одну из точек, например А, считают передней, а другую, в нашем случае В, – задней. Тогда если в точке стояния С стоять по направлению к передней точке, то угол β можно считать левым, а его дополнение до 360°, угол β¢, – правым. Далее необходимо последовательно произвести следующие действия:
Таблица 1. Журнал измерения горизонтального угла способом одного полного приема.
Наблюдение горизонтальных направлений по способу круговых приемов
Лабораторная работа №2
Способ круговых приемов предложен в первой половине XIX века русским военным геодезистом Струве В. Я. Суть способа заключается в том, что при неподвижном лимбе теодолита, вращая алидаду по ходу часовой стрелки, последовательно наводят зрительную трубу на все визирные цели наблюдаемых направлений от первого (начального) к последнему и производят отсчеты по лимбу горизонтального круга и оптическому микрометру. Заканчивают круг наблюдений повторным наведением зрительной трубы на начальное направление, снова производят отсчет. Этот комплекс измерений составляет первый полуприем. Затем переводят трубу через зенит и, вращая алидаду против хода часовой стрелки, наводят трубу на 1, 4, 3, 2 и снова 1 направления. Эта серия наблюдений составляет второй полуприем. Два полуприема составляют один круговой прием.
Повторное наведение в каждом полуприеме на начальное направление с фиксированием отсчетов называется замыканием горизонта. Замыкание горизонта позволяет контролировать неподвижность лимба и отсутствие кручения знака в течение полуприема. В процессе наблюдений необходимо помнить, что в каждом полуприеме алидаду вращают только в одном направлении: в первом полуприеме (при круге лево) по ходу часовой стрелки, во втором (при круге право) — только в обратном направлении. При приближенном наведении трубы на визирную цель обратные движения алидады не разрешаются. Если труба окажется переведенной через визирную цель, то необходимо алидаду повернуть на полный оборот по ходу вращения ее в данном полуприеме.
Перед началом наблюдений на пункте составляется таблица рабочих установок лимба. Инструкцией в зависимости от класса триангуляции и типа применяемого теодолита установлено определенное число приемов наблюдений (табл. 1).
Число приемов при наблюдении на пунктах триангуляции Таблица 1
* Если наблюдения в триангуляции 2 класса выполняются теодолитом ОТ 02 без поверительной трубы со сложных сигналов, то число приемов увеличивается до 15.
Программа наблюдений на пункте Березовка Теодолит ОТ 02 Таблица 2
| № приемов | Названия направлений | ||||
| Боровое | Круглое | Пертовка | Сосновка | Клюквенка | |
| I II III IV V VI VII VIII IX | 0°00´* 20 04 40 08 60 12 80 16 100 20 120 24 140 28 16 32 | 57°43´* 77 47 97 51 117 55 137 59 158 03 178 07 198 11 218 15 | 104°12´* 124 16 144 20 164 24 184 28 204 32 224 36 244 40 264 44 | 198°09´* 218 13 238 17 258 21 278 25 298 29 318 33 338 37 358 41 | 301°37´* 321 41 341 45 1 49 21 53 41 57 62 01 82 05 102 09 |
* Значения направлений, измеренных на пункте Березовка, до начала наблюдений с точностью до минуты.
Угол перестановки лимба между приемами можно рассчитать по формуле
,
где т —число приемов; i — цена деления лимба.
Затем составляется программа наблюдений на пункте, т. е. таблица рабочих установок лимба.
Примеры. 1. На пункте Березовка триангуляции 3 класса теодолитом ОТ-02 необходимо выполнить наблюдения. Угол перестановки лимба между приемами вычисляется по формуле
Программу наблюдений на пункте Березовка можно представить в виде табл. 2.
2. На пункте триангуляции Ельня должны быть выполнены наблюдения по программе 2 класса теодолитом ОТ-02М без поверительной трубы. Программа рабочих установок лимба для этого случая дается в табл. 17, σ = 12°05′.
Система установок лимба, рассчитанных для каждого приема, способствует максимальному ослаблению влияния погрешности штрихов лимба на результаты угловых измерений. Рабочие установки на все другие направления, кроме начального, записанное в таблице, позволяют наблюдателю во время работы быстро найти нужный объект визирования. Точность установки лимба должна быть не ниже 2—3′.
При составлении таблицы рабочих установок лимба во избежание арифметических просчетов и для ускорения работы рекомендуется следующий порядок.
1. В приготовленный бланк таблицы установок выписывают названия направлений и номера приемов.
2. Затем выписывают значения направлений, измеренные на данном пункте до минут. Эти данные в целях сокращения граф целесообразно вписывать в первую строку, так как их значения соответствуют установкам первого приема.
3. Определив величину угла перестановки лимба между приема- ми о, рассчитывают установки для начального направления и вписывают их значения против соответствующих приемов во второй графе.
4. Установки последующих направлений рассчитывают путем прибавления к установкам лимба начального направления величины угла от первого (начального) до данного направления. Например, в табл. 16 в приеме VI установка для направления Круглое получается сложением
100°20′ + 57°43′ = 158°03′,
для направления Сосновка
100°20′ + 198°09′ = 298°29′.
Здесь 100°20’—установка лимба для VI приема, когда труба наведена на начальное направление, 57°43′ и 198°09′ — значения углов, измеренных от начального направления, соответственно до направлений Круглое и Сосновка.
5. На производстве при составлении программ наблюдений обычно ограничиваются расчетом таблицы установок лимба для начального направления.
Порядок работы на пункте. Работа на пункте начинается с выполнения подготовительных процессов. Для этого перед началом наблюдений на пункте необходимо: соблюдая правила по технике безопасности, поднять теодолит на сигнал, установить его на столике сигнала не менее чем за полчаса до начала наблюдений, чтобы он принял температуру окружающей среды. Теодолит защищают от воздействия солнечных лучей и ветра. Устраняют все обнаруженные дефекты сигнала. Приводят теодолит в рабочее положение. Затем уточняют полученную схему триангуляции, отыскивая направления, подлежащие наблюдению с данного пункта. Одновременно выполняют измерение горизонтальных направлений и зенитных расстояний с точностью до минут. Данные измерений горизонтальных направлений используют при составлении программы наблюдений. По отсчетам вертикального круга, т. е. по измеренным зенитным расстояниям, определяют, в какие направления необходимо вводить поправки за наклон оси вращения инструмента. Эта поправка вводится в те направления, зенитные расстояния которых отличаются от 90° на величину более 2°.
Найдя направления, подлежащие наблюдению, и изучив условия видимости и прохождения визирного луча по всем направлениям, решают вопрос о выборе начального направления.
На пункте, имеющем направления 2, 3 и 4 классов, наблюдения выполняют отдельно по самостоятельной программе для направлений каждого класса. При этом в программу наблюдений включают направления данного класса и для связи направления на 1—2 пункта высшего класса, имеющих наилучшую видимость. Начальным для всех групп на данном пункте берут, как правило, одно и то же направление.
Если на пункте много направлений какого-либо класса (9 и более) или отсутствует одновременная видимость по всем направлениям, то целесообразно разделить направления на две группы. Разбивку направлений на группы необходимо выполнять так, чтобы последнее направление одной группы было начальным для другой. При этом на пункте возникает условие горизонта. Связь смежных групп в этом случае осуществляется через общие направления, которыми являются последние направления групп.
Например, когда на пункте 9 направлений, разбивку последних на группы с учетом конкретных условий видимости можно сделать следующим образом
Вариант 1-я группа 2-я группа
I 1, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 7, 8, 9, 1
II 1, 2, 3, 4, 5, 6, б, 7, 8, 9, 1,
Дополнительным контролем наблюдений в этом случае является условие горизонта, невязка (свободный член) которого не должна превышать величины Зт, где т — средняя квадратическая погрешность измеренного угла для данного класса.
Отдельный прием измерения направлений способом круговых приемов состоит из следующих операций.
2. После этого, открепив зажимной винт алидады и вращая ее в заданном в начале полуприема направлении, наводят биссектор на очередной пункт, не забывая при этом окончательное наведение выполнять ввинчиванием микрометренного винта алидады.
Барабаном оптического микрометра дважды совмещают изображения противоположных штрихов лимба и дважды делают необходимые отсчеты по лимбу и оптическому микрометру.
Аналогичным образом выполняют наблюдения на все последующие направления.
3. Первый полуприем заканчивают повторным наведением на начальное направление и производством отсчетов, как указано в пункте 1. Полученные значения отсчетов на начальное направление в начале и в конце полуприема не должны расходиться между собой более чем на б» для ОТ-02 и равноточных ему инструментов и на 8″ для Т2 и ему равноточных. Если незамыкание горизонта в полуприеме получится выше указанного допуска, то прием переделывают на той же установке лимба.
4. Перед началом второго полуприема переводят трубу через зенит, открепляют зажимной винт алидады и, оставляя лимб неподвижным, дают ей 1—2 свободных оборота против хода часовой стрелки. Затем наводят биссектор на начальное направление и берут отсчеты в той же последовательности. Далее наблюдают все остальные пункты (направления), но в обратном порядке 1, 4, 3, 2, 1.
Рекомендуются две методики производства отсчетов.
В первом случае, как описано выше, барабаном оптического микрометра дважды совмещают изображения противоположных штрихов лимба, берут и записывают в журнале отсчеты: после первого совмещения — по лимбу и по шкале оптического микрометра, после второго — по шкале оптического микрометра. Разность этих отсчетов должна быть не более 1″ для Т1, ОТ-02 и ОТ-02М и 2″ для Т2 и равноточных ему инструментов.
Журнал измерения горизонтальных направлений круговыми приемами на пункте триангуляции 3 класса
Пункт – Березовка ПриемIV
Время 16ч 37мин. Видимость – удовлетв. Изображение – слегка колебающееся
Во втором случае барабаном оптического микрометра совмещают изображения противоположных штрихов лимба и берут отсчет по лимбу и по шкале секунд. Затем микрометренным винтом алидады, действуя на вывинчивание, сбивают наводку биссектора на визирную цель и снова вводят ее в биссектор, работая при этом микрометренным винтом на ввинчивание. После этого барабаном оптического микрометра вторично совмещают изображения проти воположных штрихов лимба, берут и записывают в журнале отсчет по шкале оптического микрометра. Разность отсчетов должна быть не более 2,5″ для Т1, ОТ-02 и ОТ-02М и 4″ для Т2 и равноточных ему. Такая методика отсчетов повышает точность наведения на визирную цель. Она рекомендуется начинающим наблюдателям.
Результаты измерений горизонтальных направлений способом круговых приемов записывают в журнале установленной формы (табл. 4).
Обработка журнала. Начинается обработка журнала в процессе наблюдений и выполняется помощником наблюдателя.
В графы 3, 4 и 5 записывают отсчеты по лимбу и оптическому микрометру. В графе 6 по каждому направлению при каждом круге выводят среднее из отсчетов по микрометру (для ОТ-02 таким средним является сумма отсчетов по микрометру). По окончании каждого полуприема вычисляют значения незамыкания горизонта при круге лево и круге право, т. е. ΔЛ, ΔП и 
. Если ΔЛ или ΔП будут превышать допуск, то дальнейшее наблюдение и обработку такого приема прекращают. Прием аккуратно зачеркивают и в журнале делают примечание — причины исключения приема. Забракованный прием наблюдают снова на той же установке.
Затем вычисляют по каждому направлению двойную коллимационную ошибку 2С=Л—П, где Л и П — значения направления соответственно при круге лево и круге право. Полученные 2С вписывают в графу 7 против соответствующих им направлений. Колебания 2С в приеме не должны превышать 8″ для ОТ-02, ОТ-02М и Т1 и 10″ для Т2 и равноточных ему теодолитов. В горных районах, где зенитные расстояния значительно отличаются от 90°, колебания 2С допускаются соответственно в пределах 12″ и 14″. Если колебание 2С в приеме превысит допустимую величину, то наблюдения такого приема прекращают и сразу же повторяют на той же установке. Если недопустимое колебание 2С обнаружено после окончания приема или всей программы, недоброкачественный прием также подлежит переделке на той же установке. Неоконченные приемы из-за недопустимой величины замыкания горизонта или колебания 2С и переделанные на тех же установках в подсчете переделок (в % повторных измерений) не учитывают. В связи с этим при обработке журнала наблюдений желательно, чтобы помощник успевал по ходу наблюдений производить вычисления граф 6 и 7 и своевременно выявлял недопустимость величин ΔЛ, ΔП и 2С. Тогда переделка недоброкачественных приемов должна выполняться сразу же по ходу наблюдений. В противном случае переделка таких приемов должна производиться в конце программы наблюдений.
где δ — поправка в направление; п— число наблюдаемых направлений и k—порядковый номер наблюдаемого направления.
Допуски при измерении направлений на пунктах триангуляции 2, 3 и 4 классов
| Вид допуска | Типы теодолитов | |
| Т1, ОТ-02, ОТ-02М | 3Т2КП | |
| Расхождение между результатами наблюдений на начальное направление в начале и конце полуприема (замыкание горизонта) | 6″ | 8″ |
| Колебание направлений в отдельных приемах, приведенных к начальному направлению |
Вычисленные поправки δk в каждое направление записывают в графу 8 под средним значением соответствующего поправке направления. Знак поправки δk всегда противоположный знаку Δср.
Окончательные значения приведенных к нулю направлений для данного приема получают путем вычитания среднего значения начального направления (в примере 13’05,3″) из среднего значения каждого направления с учетом поправки δk. Эти данные записывают в графе 9.
Вычисление значений измеренных направлений в отдельных приемах на пунктах триангуляции всех классов производят с точностью до О, Г’.
Результаты угловых измерений, выполненных способом круговых приемов, должны удовлетворять допускам, приведенным в табл. 5.
Все законченные приемы основной программы, не удовлетворяющие указанным выше допускам, считаются недоброкачественными и подлежат повторному наблюдению.
Выбраковка приемов и приемо-направлений является ответственным моментом при выполнении повторных измерений. При этом необходимо руководствоваться следующими правилами.
а). Повторные измерения следует выполнять только после окончания наблюдений основной программы и тщательного контроля всех вычислений в приемах.
б). Приемы, в которых значительное число результатов направлений не удовлетворяет требованиям инструкции, переделывают полностью. Приемы, в которых 1—2 направления подлежат перенаблюдениям, можно переделывать не полностью. При этом требующее перенаблюдения направление связывают с начальным и двумя смежными направлениями во 2 классе и с начальным и одним смежным направлением в 3 и 4 классах. Аналогичным образом производят наблюдения пропущенных из-за плохой видимости направлений при выполнении основной программы.
в). Если из всего ряда наблюдений результаты двух приемов недопустимо отличаются один от другого и от результатов остальных приемов уклоняются в разные стороны на сравнительно большую величину, то рекомендуется повторять оба приема как с максимальным, так и с минимальным значениями направлений.
г). Прием, результаты направлений которого значительно уклоняются от результатов остальных приемов, переделывают как грубо измеренный.
д). Повторные измерения приемов выполняют на прежних установках лимба. Если значение выполненного повторно приема не удовлетворяет требованиям допуска, то такой прием рекомендуется повторять вторично. Вторичное бисирование приема выполняют на измененной установке лимба — на установке смежного приема.
Наблюдения на пункте считаются завершенными только после окончания ‘основной программы и перенаблюдения недоброкачественных приемов и выполнения тщательного контроля всех вычислений, сделанных в журнале.
Достоинства способа круговых приемов.
а.). Сравнительно простая программа наблюдений.
б.). При хорошей одновременной видимости по всем наблюдаемым направлениям, достаточной жесткости знака и отсутствии заметного кручения целесообразно применять способ круговых приемов. При таких условиях улучшаются технико-экономические показатели результатов измерений.
в). Выполнение приемов на различных установках способствует значительному ослаблению систематических погрешностей делений лимба.
Основные недостатки способа.
а). Сравнительно большая продолжительность измерений в приеме (10—15 мин), особенно с большим числом направлений на пункте. Это предъявляет повышенные требования к жесткости и устойчивости знака.
б) Отсутствие одинаковой видимости по всем наблюдаемым направлениям иногда вынуждает пропускать отдельные направления с плохой видимостью и наблюдать их в другое время», когда улучшится видимость.
в)..При большом числе направлений на пункте появляется необходимость разбивки их на две группы. Это увеличивает объем работы и усложняет процесс уравнивания направлений на станции.
г). Неравноточность измерений начального и остальных направлений. От этого недостатка можно избавиться, принимая за начальное направление пункт другого класса. Например, на пункте, где предстоит наблюдать направление 2 и 3 классов, целесообразно за начальное взять направление на пункт 2 класса.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Способом круговых приемов
Измерение горизонтальных углов и направлений
И методы их ослабления
Источники погрешностей при угловых измерениях
В результаты измерений входят различного рода погрешности, зависящие не только от качества инструментов, но и от опытности наблюдателя, состояния атмосферы, устойчивости геодезического знака и др. Погрешности случайного характера снижают в основном увеличением числа измерений, а систематического характера – соблюдением определенной программы наблюдений:
1. Перед наблюдениями каждый теодолит подлежит поверкам и исследованиям.
2. Приступая к наблюдениям, надо установить фокусировку зрительной трубы по удаленному, хорошо видимому предмету, сохраняя ее в дальнейшем.
3. При наведении на предмет приближенную установку алидады выполняют от руки, пользуясь отсчетами в программе наблюдений. Окончательное наведение биссектора на визирную цель должно заканчиваться ввинчиванием наводящего винта алидады, т.е. сетку нитей от руки не доводить до предмета (слева от наблюдаемой цели).
4. Не закреплять сильно зажимные винты алидады и трубы. Надо почувствовать только, что винт «схватил». При работе пользоваться средней частью наводящих винтов.
5. Отсчеты по шкале микрометра производят при двух совмещениях изображений одних и тех же штрихов.
6. Все направления должны наблюдаться при двух положениях вертикального круга.
Для высокоточных угловых измерений в геодезических сетях необходимо применять такие методы, которые позволяют: получать результаты измерений на станции в виде одного ряда равноточных направлений с весами одинаковыми на всех пунктах сети; свести к минимуму затраты труда и времени на измерения и вычисления на пункте.
Высокоточные измерения горизонтальных направлений в геодезических сетях выполняют в периоды так называемого «выгоднейшего» времени наблюдений, когда колебания изображений визирных целей незначительны или вовсе отсутствуют, прозрачность атмосферы и условия видимости наилучшие, а влияние боковой рефракции мало. Такие благоприятные для наблюдений условия имеют место вечером и утром. Этот отрезок времени утром в южных степных районах очень мал и составляет не более получаса. Кроме того, наблюдения утром следует начинать, спустя полчаса после восхода Солнца. Вечером этот отрезок времени составляет 1,5 – 2 часа и заканчивается за 0,5 часа до захода Солнца. При увеличении облачности и понижении температуры воздуха этот период заметно увеличивается по сравнению с таковым при безоблачной и жаркой погоде.
Чем ближе к полудню, тем больше увеличивается колебание по азимуту и тем меньше ход изображения по высоте. Начинаются часы, благоприятные для измерения зенитных расстояний. Однако ухудшается видимость предметов, удаленных даже на сравнительно небольшие расстояния (5 – 7км). Плохая видимость не обеспечивает уверенное наведение горизонтальной нити или делает визирование просто невозможным. Утром же качество изображения довольно быстро повышается в трубе, а в 17 – 18 часов качество изображения сначала медленно, а потом все быстрей начинает ухудшаться. В это время максимально действует вертикальная рефракция. Поэтому наблюдать зенитные расстояния в утренние и вечерние часы не рекомендуется. Таким образом, зенитные расстояния должны наблюдаться в периоды, когда вертикальный коэффициент рефракции мало изменяется, т.е. спустя, по меньшей мере, 2 часа после восхода Солнца. Заканчивать надо за 2 часа до захода Солнца.
Наиболее простым способом, позволяющим представить результаты измерений в виде ряда независимых и равноточных направлений, является способ круговых приемов. Он был предложен в 1918г. выдающимся русским геодезистом и астрономом академиком В.Я. Струве. Он применяется при построении геодезических сетей 2 – 4 классов, а также в геодезических сетях сгущения 1 и 2 разрядов. При этом способе измеряют направления, по которым потом можно вычислить углы между любыми из них.
Суть этого способа состоит в следующем. При неподвижном лимбе при КЛ вращают алидаду теодолита по ходу часовой стрелки и последовательно наводят зрительную трубу, начиная от начального направления, на все направления, подлежащие наблюдению, заканчивая опять на начальном. Данные наблюдения составляют один полуприем. За начальное направление принимают хорошо видимый пункт. После этого трубу переводят через зенит и при закрепленном лимбе, вращая алидаду против хода часовой стрелки, последовательно наводят зрительную трубу, начиная от начального, на все направления, заканчивая опять на начальном. На этом заканчивается второй полуприем при КП. Наблюдения при КЛ и КП составляют один прием. В первом приеме отсчет на начальное направление должен быть 0°00¢ и несколько секунд.
Для того чтобы обеспечить независимость измерений направлений в разных приемах и одновременно ослабить влияние ошибок диаметров лимба на средний результат, лимб между приемами переставляют на угол, определяемый по формуле 237.
Измерения в геодезических сетях выполняют несколькими приемами (таблица 6). Повторное наведение в каждом полуприеме на начальное направление с фиксацией отсчетов называется замыканием горизонта, позволяющим контролировать неподвижность лимба в течение полуприема.
Прежде чем приступить к наблюдениям, необходимо с помощью теодолита и в соответствии со схемой геодезической сети на карте, опознать на местности все подлежащие наблюдениям геодезические пункты и при наведении трубы записать отсчеты по горизонтальному кругу с точностью до 1¢. Затем следует составить таблицу установок лимба, которая по существу является программой наблюдений.
Чтобы сопоставить между собой результаты наблюдений, полученные из разных приемов на один и тот же пункт, в каждом приеме приводят измеренные направления к общему – начальному, равному нулю.
Для этого из всех измеренных направлений вычитают среднее значение из КЛ и КП на начальный (первый пункт). В вычисленные средние значения (кроме начального) вводят поправки за незамыкание горизонта.
к– номер направления (начальное направление нумеруют – 1);
n – число направлений.
Все записи в журнале должны вестись карандашом и аккуратно, четким почерком. Не допускаются неясные, трудно читаемые цифры, подчистки резинкой, записи по написанному, исправление отсчетов.
Способ круговых приемов имеет следующие важные достоинства:
1. Очень простая программа угловых измерений, позволяющая получить уравненные направления с одинаковыми весами.
2. Сравнительно большое число приемов, благодаря чему получают надежные результаты измерений.
3. Существенное ослабление влияния систематических погрешностей диаметров лимба.
4. Достижение высоких технико-экономических показателей в случае хорошей одновременной видимости по всем наблюдаемым направлениям.
Способу присущи и недостатки:
1. Требование одновременной и хорошей видимости по всем наблюдаемым направлениям, что не всегда выполнимо.
2. Начальное направление на пункте имеет несколько большую точность, чем все остальные.
Несмотря на отмеченные недостатки, способ круговых приемов, как ни один другой используется при угловых измерениях в геодезических сетях разной точности.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
