Даниленко Т.С. Организация и производство геодезических работ при крупном строительстве

Подождите немного. Документ загружается.

Практикой доказана большая оперативность, точность получе-

ния необходимых сведений и технико-экономическая эффектив-

ность метода наземной фототеодолитной съемки.

А. Общие сведения о фототеодолитной съемке

Фототеодолитная съемка основана на применении полевого

переносного прибора, состоящего из фотокамеры и теодолита.

Метод съемки называют наземной стереофотограмметрической

съемкой.

Пространственное представление о снимаемом объекте воз-

можно получить по изображениям его на двух снимках, снятых

при одинаковой ориентировке фотокамеры с двух точек базиса. Два

таких снимка называют стереопарой, являющейся в фотограммет-

рии элементом измерений.

Для получения пары снимков в обеих точках базиса оптиче-

скую ось фотокамеры приводят в горизонтальное положение и ори-

ентируют перпендикулярно к базису фотографирования, реже с

разворотом вправо или влево на одинаковый угол (обычно равный

30°), в исключительных случаях допускают ориентирование с

пересекающимися направлениями.

По снимкам при помощи фотограмметрических приборов полу-

чают с исчерпывающей полнотой и требуемой точностью необходи-

мые метрические данные о снятом объекте.

Снимки, предназначенные для определения метрических данных,

получают при помощи высокоточных фотокамер. Фотокамера име-

ет прикладную рамку, к которой прижимается эмульсионной сторо-

ной фотографическая пластинка. Прикладная рамка, являющаяся

плоскостью изображения, и объектив фотокамеры жестко связаны

между собой. Оптическая ось объектива проходит через центр

прикладной рамки — главную точку снимка, служащую началом

непосредственно измеряемых координат точек фотоизображения.

На прикладной рамке главная точка определяется пересечением

горизонтальной и вертикальной линий, отмеченных соответственно

указателями хх и zz (рис. 29, а).

Положение определяемых точек по снимкам характеризуют

пространственными прямоугольными координатами X, К, Z, начало

которых совпадает с центром объектива S\ фотокамеры, установ-

ленной над левой точкой базиса; при этом ось абсцисс X совме-

щена с горизонтальной проекцией базиса, ось ординат

— с опти-

ческой осью фотокамеры, а ось высот Z — вертикальная линия.

Переход от координат х, у, z точек, измеренных на снимках,

к пространственным Х

Y, Z осуществляют по известным форму-

лам, которые могут быть пояснены на основании рис. 29, б.

Точка местности Г, сфотографированная с двух концов базиса,

на левом снимке изобразится точкой t

а на правом — t

. Точке

— проекции точки местности Т на горизонтальную плоскость

левой точки центра объекта S

базиса съемки,— на снимках будут

соответствовать точки а

и а

(см. рис. 29, а). Координаты точки

t\ изображения на левом снимке будут х

и Z\, а одноименной точ-

ки t

на правом — х

и z

. Разность абсцисс одноименной точки на

паре снимков называется горизонтальным, или продольным, па-

раллаксом

— x

. (11.29)

Координаты точки Т местности в пространственной системе

могут быть выражены через горизонтальное проложение базиса В

съемки, фокусное расстояние f фотокамеры и измеренные величи-

ны на снимках, характеризующие положение изображенной точки.

Для выводов формул проведем из точки s

линию s

парал-

лельную Так как в горизонтальной плоскости треугольники

7ViS2 И $20^2 подобны, то

Y = yf. (И. 30)

Из подобия треугольников s\ToTo и SiOiai, найдем

(11.31)

Рассматривая в вертикальной плоскости подобные треугольники

и ^ад, запишем

Z = у*!. (11.32)

При фотографировании местности с концов базиса при равно-

отклоненных на угол ср направлениях оптической оси фотокамеры

вид формул вычисления координат X и Z не меняется, а значение

Y находят по формуле

' =-J-( l+f)cos<p. (11.33)

На точность наземной стереофотограмметрической съемки

влияют ошибки ориентирования камеры, принимаемые т

= т

—

= ±0,01 мм, а ошибка измерения продольного параллакса т

*= ±0,005 мм. Согласно формулам (11.30) — (11.32) для нормаль-

ного случая съемки относительные средние квадратические ошибки

координат точек местности определяются формулами

2 2

2 +

X ~~ V В* ^ р* X

z l / , ,

—

К P

(11.34)

В наибольшей мере на точность определения координат точек

местности оказывает влияние ошибка измерения продольного

параллакса. Исходя из условий хорошей стереоскопической видимо-

сти, длина базиса должна находиться в пределах V20—Чл расстоя-

ния до определяемой точки местности, что соответствует измене-

нию угла засечки от 3 до 16°.

Величину базиса фотографирования определяют по формуле

в~ Т^-Г"?-. №35)

где Y — наибольшее отстояние снимаемых точек; m

\Y — относи-

тельная ошибка определения отстояния; т

— средняя квадрати-

ческая ошибка измерения горизонтальных параллаксов; / — фокус-

ное расстояние камеры.

Рекомендуют [52] при топографической съемке руководство-

ваться следующими дальностями:

для масштаба 1: 500 —0,3 км

» » 1:1000 —0,6 »

» » 1:2000 ^-1,0 »

» » 1:5000 —2,0 »

Опытом установлено, что при соблюдении этих условий коор-

динаты точек местности определяют с относительной ошибкой

1 : 1000—1 : 2000. Длину базиса фотографирования измеряют с от-

носительной средней квадратической ошибкой, несколько меньшей

(порядка 1:2000—1:3000). Для измерения базиса фотографиро-

вания можно использовать рейку Bala, при помощи которой воз-

можно определить длину с относительной средней квадратической

ошибкой около 1 : 3000.

Переход от фотограмметрических прямоугольных координат

X, У, Z пространственной системы к прямоугольным координатам

£0

*о, Уо, геодезической сети на местности (см. рис. 29, б) выполня-

ют по известным формулам:

XQ = Xos

+ Y cos a — X sin al

= y

0Si

+ Y sin a + XcosaL (II. 36)

= Zos

+ Z )

где xos

yos

, zos

— координаты центра объектива S

левой фото-

камеры в системе геодезической сети; a — дирекционный угол оп-

тической оси камеры.

Для наглядности спроектируем точку Т (см. рис. 29,6) мест-

ности на оси пространственной системы координат, основания пер-

пендикуляров будут t

и t

геодезической сети — соответственно

h и t

. Из точек Si и t\ проведем вертикали до пересечения гори-

зонтальных линий, отметим точки /5, t

, t

Согласно сделанным построениям имеем отрезки:

Но

а потому

T = t

+ S

— t

0/3 = ot

+ t,t

+ t

T =

Хот,

T, t

=xos

> Ot

= t/os

= Y

cos a, t

= X

sin a,

= Y

sin a, = X

cos a,

= *

0Si

-}- cos

— XT sin a

Уот = J/os* + sin a + XT cos a

г = Zos

+ z

(II. 37)

Б. Инструменты и приборы наземной

стереофотограмметрической съемки

В инженерной практике находят широкое применение при на-

турных фотосъемках фототеодолиты: «Геодезия»,

Г-1-210

ВНИМИ, TAL, Photheo 19/1318, UMK 10/1318 и др.

1. Фототеодолит Photheo 19/1318 (рис. 30, а) завода-

Народного предприятия «Карл Цейсе» находит применение у раз-

личных ведомственных организаций, использующих методы фото-

теодолитной съемки в производственной практике. В комплект

фототеодолита включают: теодолит-тахеометр Theo-ОЗО, фотокаме-

ру, 24 кассеты, юстировочное приспособление, двухметровую ба-

зисную инварную рейку, три штатива с трегерами, визирные

базисные марки.

Фотокамера имеет объектив «Ортопротар» (фокусное расстоя-

ние fh = 190 мм и относительное отверстие 1 : 25) с просветленной

^ Рис. 30. Стереофотограмметрические камеры.

а — фототеодолит Photheo 19/1318; б — стереофотограмметри-

ческая камера SMK 5,5/0808/40; в — универсальная фото-

камера UMK 10/1318

оптикой, уменьшающей потерю света из-за

его отражения. Формат снимка 13 X 18 см

при среднем положении объектива соответ-

ствует полезному углу зрения 52^ (46,8°) по

горизонтали и 38

(34,2°) по вертикали.

Возможны перемещения объектива по вер-

тикали (с интервалом 5 мм) вверх на 30 мм

и вниз на 45 мм. Вследствие этого с одной

станции возможна съемка объекта, види-

мого под вертикальным углом до 28

(25,2°)

вверх и до 32

(28,8°) вниз. Величина и на-

правление вертикального перемещения объектива фиксируются на

фотопластинке изображением индекса коллиматора.

При съемке экспонирование производят снятием и надеванием

крышки объектива.

Теодолит применяют при определении положения съемочных

точек методом засечки, с его помощью измеряют длину базиса

фотографирования, используя базисную рейку.

2. Фотограмметрические стереокамеры SMK

5,5/0808/40 и SMK 5,5/0808/120 (рис. 30,6) завода Народного пред-

приятия «Карл Цейсс» предназначены для наземной фотограммет-

рической съемки с постоянным базисом. Выпускают стереокамеры

с базисами длиной 400 и 1200 мм, обеспечивающими расстояния

наименьшей фокусировки соответственно 4 и 8 м. В первом случае,

например, расстояние 10 м до точки объекта определяют с ошиб-

кой порядка 45 мм, во втором — 17 мм.

Стереокамеры могут найти применение при решении разнооб-

разных технических задач в инженерном строительстве, маркшей-

дерии, топографии, при геодезических съемках для подсчетов объе-

мов выемки и насыпи, карьерных разработок, при составлении

профилей на скальных участках, поперечных сечений тоннелей

и т. д. Синхронное включение затворов с выдержкой от 1 до

1/500 сек позволяет снимать движущиеся цели,

что еще больше расширяет область применения стереокамер.

Установку диафрагмы, выдержки и номера стереопары осу-

ществляют в обоих корпусах камер одновременно при помощи ру-

коятки.

Масса стереокамер 15 и 21 кг, штатива — 17,5 кг.

3. Универсальная фотограмметрическая каме-

р a UMK 10/1318 завода Народного предприятия «Карл Цейсс»

(рис. 30, в) предназначена для съемки местности разнообразных

объектов с различной удаленностью — от 2 м до оо . В условиях

строительства UMK 10/1318 может найти самое разнообразное

применение при решении инженерно-технических задач.

Фотокамера обладает плавной настройкой на разные расстоя-

ния съемки. Выдвижение объектива осуществляется на подшип-

никах высокой точности, при этом сохраняется внутреннее ориен-

тирование системы, что освобождает от смены оптических систем,

промежуточных рамок и колец. Возможность применения фотока-

меры соответствует назначению фототеодолитов типа Photheo

19/1318 и фотограмметрических стереокамер SMK 5,5/0808/40 или

SMK 5,5/0808/120 с неизменным базисом.

Фототеодолит с нормальным объективом имеет большое фокус-

ное расстояние, поэтому он предназначен главным образом для

производства наземной топографической съемки. Фотограмметри-

ческие стереокамеры с широкоугольными объективами имеют

короткое фокусное расстояние, а потому их применение ограничи-

вается получением снимков крупного плана близко расположен-

ных объектов.

Выдвижением тубуса объектива можно фокусировать на сред-

нее съемочное расстояние по одному из фиксированных на шкале

восьми положений для дистанций от оо до 3,6 м. Центральный

затвор обеспечивает экспозицию в пределах от 1 до 1/400 сек,

а также режим длительной выдержки. Оптическую систему можно

диафрагмировать от 1 : 8 до 1 : 32.

При съемке можно задать положение камеры для горизон-

тального направления съемки с горизонтальным или вертикальным

форматом кадров съемки с оптической осью, направленной верти-

кально вверх.

8. Приборы для измерения по фотоснимкам

1. Стереоскоп — простейший портативный прибор для

получения стереоэффекта по стереопаре фотоснимков. Прибор уве-

личивает глазной базис и улучшает стереоскопическое восприятие

рассматриваемого изображения на стереопаре. При ознакомлении

с натурным видом объекта стереоскоп весьма удобен. Существуют

различные конструкции стереоскопов.

2. Четырехзерка льный стереоскоп (рис. 31,а)

[13] наиболее употребителен. На раме закреплены попарно парал-

Рис. 31, Схема получения искусственного проектирующих лучей

Г. - ТТПППТАПОТЛПТ. ПЛЛППТИ* АН

модели точек Л, В, С, которые в совокупности составят стереоско-

пическую модель местности.

3. Стереокомпаратор 1818 (рис. 32), выпускаемый

заводом Народного предприятия «Карл Цейсс», позволяет произ-

водить измерения по стереопарам аэроснимков форматом 186 X

X 186 мм и наземной фототеодолитной съемки форматом

13 X 18 см, а также при дополнительных приспособлениях — и по

снимкам меньшего формата.

По конструкции стереокомпаратор 1818 представляет собой

настольный прибор на массивной чугунной станине с главной

кареткой для перемещения снимков по направлению оси х и карет-

кой для перемещения элементов оптики по направлению оси z,

лельно. четыре зеркала.

Поверхности внутренних

меньших зеркал М

и М

(рис. 31,6), называемых

глазными, расположены

под прямым углом. Боль-

шие по размерам наруж-

ные зеркала Б

и Б

па-

раллельны соответственно

малым. Рассматривая

одновременно в стерео-

скоп ориентированную

стереопару лип, лучи

света от одноименных то-

чек снимков а

и а

и Ь

, с

и с

попадут на

большие зеркала, отра-

зятся в направлении ма-

лых зеркал, где также от-

разятся и попадут соот-

ветственно в левый Sji и

правый 5

глаз. На пере-

сечении продолженных

стереоэффекта

наблюдатель воспримет

мнимые точки как стерео-

бинокулярным микроскопом 8-кратного увеличения. Станина по-

коится на трех опорах, двумя из них станину приводят точно в

горизонтальное положение.

Левый и правый снимки стереопары эмульсией вниз укрепляют

на соответственных держателях снимков стереокомпаратора. От-

счеты числовых значений измеряемых величин берут по мерным

барабанам с большой точностью.

16 11

Рис. 32. Стереокомпаратор 1818

/ — станина; 2 — главная каретка; 3 — штурвал и 4 — мерный барабан главной каретки;

5 — каретки левого и правого снимков; 6 — штурвал правой каретки и снимка; 7 — вин-

ты поворота каретки; 8,9 — осветители снимков сверху и снизу; 10 — бинокулярный

микроскоп; 11 — штурвал микроскопа; мерные барабаны; 12 — координат г\ 13 — парал-

лаксов р

и 14 — р

; 15 — выключатель; 16 — кольцо с накаткой

§ 22. СРЕДСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Выполнение инженерно-геодезических работ на строительных

площадках сопряжено с большим числом вычислений. Конечные

результаты вычислений геодезисты должны получать быстро и с

высокой точностью. Для выполнения этого требования необходимы

рациональная технология измерений с помощью наиболее совре-

менных приборов и инструментов, а также применение современ-

ной вычислительной техники, автоматизирующей процессы рас-

четов.

В инженерно-геодезических подразделениях на строительствах

все шире применяют настольные электронные вычислительные

машины.

Электронная клавишная вычислительная ма-

шина «Искра-110» (рис. 33, а) предназначена для выполнения

четырех арифметических действий, заменяя собою арифмометр.

Машина настольная, портативная, в работе бесшумная, автомати-

чески выполняющая операции; вычисления на ней производят со

скоростью нажатия клавиатуры управления. Машина работает

от однофазной сети переменного тока с частотой 50 ± 1 гц напря-

жением 220 В с допустимыми отклонениями от +10 до —15%.

Нормальные условия экс-

плуатации машины: темпера-

тура окружающей среды от

+ 10 до

+ 35°С, влажность

65 ± 15% и давление воз-

духа 760 ± 25 мм рт. ст.

Ввод чисел и команд дейст-

вия выполняют вручную с

клавиатуры.

Общее количество зна-

чащих цифр (целого и дроб-

ной части) не должно пре-

вышать 8, так как при боль-

шем числе произойдет бло-

кировка. Блокировку сбра-

сывают нажатием клави-

ши С.

Последовательность дей-

ствий на лицевой панели

иллюстрируется примером

(табл. 11).

Электронная кла-

вишная вычисли-

тельная машина

«Искра-12» (рис. 33,6).

Машину подключают к ро-

зетке электроосвещения пе-

ременного тока напряже-

нием 127/220 В.

«Искра-12» имеет основные конструктивные элементы для про-

стейшего выполнения автоматических и основных полуавтомати-

ческих операций: А — регистр клавиатуры; В и С — операционные

регистры; регистры памяти I и II — запоминающие регистры.

Регистрами Л, В, С непосредственно пользуются при выпол-

нении четырех арифметических операций и извлечении квадратного

корня. Регистры I и II служат для заполнения промежуточных

результатов вычислений и хранения постоянных чисел, которые

будут использованы при дальнейших вычислениях. Запоминающим

регистром / пользуются и в операционных накоплениях вводимых

дополнительных данных или результатов вычислений. Запо-

Рис. 33. Настольные электронно-вычис-

лительные машины

минающим регистром II пользуются в операции умножения на

постоянное число.

Таблица 11

Числовые примеры

Положение

запятой

Набор числа

Последова-

тельность

нажатия

операцион-

ных

клавишей

Индицируемое

число

12,3

31,25

0,25

12,3

12,3000

31,25

—384,3750

0,25

—

1537,5000

Каждый регистр может содержать 16-разрядное число со знаком.

Вывод информации из машины для визуального чтения числа осу-

ществляется на индикаторном устройстве, показывающем 16-разряд-

ное число с запятой на соответствующем месте и знаком числа.

Сочетанием взаимодействий различных регистров выполняют

арифметические операции:

1) регистры А и С участвуют при сложении и вычитании;

2) регистры А и В используют, когда умножают, делят, произ-

водят обратное деление;

3) регистры А и II участвуют при умножении на постоянное

число, находящееся в запоминающем регистре //;

4) регистры Ли/ вводят в действие, когда осуществляют опе-

рацию накопления в запоминающий регистр /;

5) регистры А и В используют при операции извлечения квад-

ратного корня.

Во время работы машины автоматическое переключение пере-

дает на индикаторное устройство числовое значение одного из

регистров. Имеется также и неавтоматическое переключение инди-

каторного устройства, которым пользуются по желанию опера-

тора.

Различные последовательные вычислительные действия выпол-

няют нажатием соответствующей клавиши.

На панели машины «Искра-12» расположена клавиатура дейст-

вия вычислений: 12 клавиш набора — клавиши десяти цифр от О

до 9, клавиша изменения знака и клавиша занесения запятой;

17 клавиш управления, каждая из которых имеет соответствующее

обозначение, указывающее на исполнение действия после нажа-

тия клавиши.

В заводской инструкции подробно изложены правила обраще-

ния и пользования машиной «Искра-12». На практических приме-

рах проиллюстрированы действия вычислений.