Хаимов 3.С. Основы высшей геодезии
Подождите немного. Документ загружается.
Рис. 72. Сложный сигнал
угломерного прибора геодезические сигналы строятся следую
щих типов: туры, пирамиды, простые сигналы и сложные сиг
налы.
Туры устанавливают в высокогорных и горных (не пок
рытых лесом) районах с открытым горизонтом и скальными
грунтами. Они представляют собой каменные, кирпичные, бе
тонные и железобетонные столбы, возводимые над маркой,
заложенной в скалу. В верхнюю грань тура и поверхность
фундамента строго над первой маркой закладывается вторая.
Прибор устанавливается непосредственно над маркой. Визир
ные приспособления крепятся либо на специальных деревянных
или металлических пирамидах, устанавливаемых над туром
(рис. 69, а), либо непосредственно на марке тура. Туры могут
заменяться деревянными или металлическими штативами, ус
танавливаемыми над маркой центра (рис. 69, б).
Простые пирамиды строят в открытых, всхолмленных
и горных безлесных районах, где видимость на смежные пунк
ты открывается с земли и визирный луч проходит на установ
ленной высоте над препятствием. Наблюдения осуществляются
либо с инструментального, либо со специально сооружаемого
штатива. Собственно пирамида служит для укрепления на ней
визирной цели и обозначения места пункта. Пирамиды бывают
трехгранными и четырехгранными и разделяются на: простые
пирамиды, пирамиды со штативом и пирамиды с вехой (рис.
70). У пирамиды-вехи высота визирной цели над стыком стол
бов не должна превышать 5 м, — а общая — может достигать
20 м. Высота простых пирамид и пирамид со штативом 6— 10 м.
Простые сигналы состоят из двух строго изолирован
ных друг от друга пирамид: внутренней, являющейся подстав
кой для прибора, и наружной, несущей платформу для наблю
дателя и визирную цель (рис. 71). Простые сигналы строят
высотой 4— 10 м, сторона основания их равна 1/5 высоты до
площадки наблюдателя плюс 2,0 м. Наружные пирамиды, как
правило, четырехгранные, внутренние — трехгранные. Высота
столика для прибора над площадкой 1,2 м.
Сложные сигналы (рис. 72) высотой от 11 до 40 м
строятся трехгранными, а выше 40 м — четырехгранными с про
межуточными столбами.
Сложные сигналы представляют собой единую конструкцию
в которой внутренняя (инструментальная) пирамида, несущая
столик для прибора, не изолирована от наружной, а опирается
на основные столбы последней двумя ярусами ниже площадки
для наблюдателя.
При постройке обращают особое внимание на прочность
изготовления инструментального столика и внутренней пира
миды, а также на полную ее изолированность от лестниц и пло
щадки для наблюдателя.
Основным типом предметной визирной цели являются мало
фазные* визирные цилиндры В. Н. Шишкина диаметром 0,5 м
и высотой в 1 м для пунктов 1 класса и 0,3X0,6 м — для пунк
тов 2,3 и 4 классов. Они состоят из 16 радиально установлен
ных между двумя дисками деревянных пластин, окрашенных
в черный цвет. Расстояние от крыши сигнала до основания
визирного цилиндра должно быть равно 0,8—1,0 м. Визирные
цилиндры крепятся на установленную строго вертикально бол
ванку симметрично относительно ее геометрической оси и ок
рашиваются матовой масляной краской черного или белого
цвета.
В отдельных случаях (в триангуляции 1 класса и на длин
ных сторонах в других классах) применяют световые визирные
цели в виде электрических фонарей и гелиотропов, состоящих
из системы плоских зеркал для отражения солнечного луча
в заданном направлении.
В открытых районах с развитыми путями сообщения вы
годно вместо постоянных простых сигналов применять метал
* Малофазными называются визирные цели, освещенность поверхности
которых одинакова и очень мало зависит от положения Солнца.
лические или деревянные переносные сигналы, причем перенос
ными могут быть и наружная, и внутренняя пирамиды или
только наружная. В отдельных районах могут применяться
сигналы и визирные цели специальных конструкций.
Сигналы строят из круглого ошкуренного леса хвойных по
род. Для обшивки и изготовления второстепенных деталей,
а также для изготовления простых пирамид разрешается при
менять и более слабые породы лиственного леса (осину, бе
резу). Простые пирамиды и простые сигналы строят также из
металла (уголкового железа или стальных труб). Последние
годы внедряются сигналы железобетонной конструкции.
Для астрономических наблюдений устанавливаются специ
альные столбы из кирпича или камня, скрепленные цементом.
В исключительных случаях ставятся деревянные столбы.
Центры геодезических знаков. Типы закладываемых центров
зависят от физико-географических условий района работ, осо
бенно от состава грунтов и глубины промерзания почвы. Они
состоят (рис. 73) из железобетонных монолитов, пилонов, свай
или асбоцементных труб, заполненных бетонным раствором, и
металлических труб, надежно защищенных от действия корро
зии. В верхнюю поверхность центров заделываются специаль
ные марки с обозначенной точкой (отверстием или крестом).
К этой точке приводятся все угловые и линейные измерения.
В применяемых в настоящее время конструкциях центров
закладывается по одной марке. В центрах, заложенных до
1973 г., имеются 2 марки: одна в основании, другая в верхней
части центра (до 1960 г. в центры заделывалось по 2—3 и бо
лее марок). На верхней поверхности марки указывается орга
низация, проводившая работы и номер марки, а до 1973 г.— еще
и вид работ (триангуляция, полигонометрия и т. д.). Верхние
марки базисных пунктов имеют бронзовые или латунные вкла
дыши с насеченным на них крестом.
В соответствии с ныне действующей инструкцией по за
кладке центров и реперов государственной геодезической сети
СССР 1—4 классов [23] на территории нашей страны выделены
следующие основные физико-географические области, в преде
лах которых закладываются центры и реперы определенных ти
пов: 1) области сезонного промерзания, грунтов, деляющиеся
на южную и северную зоны с границей между ними, проходя
щей примерно вдоль 50-й параллели; 2) области многолетней
мерзлоты — преимущественно в Северной и Восточной Сибири;
3) районы распространения подвижных песков — в основном
в Средней Азии. Кроме того, особые типы центров установлены
для скальных пород и заболоченных грунтов.
По окончании постройки знака со столика сигнала измеряют
магнитные азимуты направлений на все соседние пункты,
а также высоту сигнала до столика и верха визирной цели, рас
стояния до ориептирных пунктов и азимуты на них. Все эти
сведения заносят в специальный акт, где указываются также
a
Т и п И З)
150см
_____
Олознаватель
ны й з на к
Арм ат ура^
Ф12
Арматцра
Ф6 ■
Арматура
ФЮ-1 2
Армат урные
хом цт ики ■
Ф 5 -6
Граница про
мерзания грунта.
железные
ск оп и
Т ип Z
150 см
Опознаватель
ны й зн ак
Армат ура
Ф1 2
Арматцра
20 см ф В
У
Железобетон
на я с8ая
\
Рис. 73. Типы центров государственной геодезической сети:
а — для южной зоны сезонного промерзания грунтов; б — для всей
промерзания грунтов
зоны сезонного
название знака, учреждение, партия, бригада, производившая
постройку, тип знака, центра и ориентирного пункта. Каждому
пункту присваивается номер, имеющийся на монолите или марке
центра.
На каждом построенном знаке прибивается табличка с ука
занием названия и класса данного пункта. Построенный знак
в установленном порядке по акту сдается под наблюдение за
сохранностью местным органам власти.
Все знаки должны быть осмотрены и приняты начальником
партии, который проверяет как качество работы, так и наличие
видимости по всем запроектированным направлениям.
Строительная бригада возглавляется техником-строителем
геодезических знаков и состоит из 4—8 рабочих. В ее распоря
жении имеются соответствующие транспортные средства с об
служивающими их транспортными рабочими, бригаде выдаются
необходимое снаряжение и комплект строительного оборудо
вания.
Организация работы строительной бригады зависит от фи
зико-географических условий. Так, например, в районах с раз
витой транспортной сетью целесообразно изготовление центров
и некоторых деталей знаков производить в централизованном
порядке с последующей развозкой их по местам постройки.
В Заполярье и труднодоступных районах выгодно штативы и
даже простые пирамиды доставлять на место постройки в соб
ранном виде на вертолетах. В таежных районах все части зна
ков обычно изготавливаются на месте.
Глава 11
ВЫСОКОТОЧНЫЕ УГЛОМЕРНЫЕ ПРИБОРЫ
И УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ
§ 52. ВЫСОКОТОЧНЫЕ УГЛОМЕРНЫЕ ПРИБОРЫ
Геодезические приборы служат для измерения расстояний, го
ризонтальных и вертикальных углов, а также превышений
между точками местности с целью последующего определения
их относительного положения на земной поверхности.
Геодезические приборы — это переносные измерительные
устройства, позволяющие использовать их в сложных полевых
условиях разных физико-географических районов земного шара.
Поэтому к ним предъявляются особые требования. Они должны
обеспечивать высокую точность измерений, иметь малую зави
симость от внешних факторов (преимущественно метеорологиче
ских), обладать хорошей устойчивостью и стабильностью ре
зультатов измерений, иметь небольшие габариты и вес, быть
удобными в транспортировке и эксплуатации.
По своему назначению геодезические приборы можно раз
делить на четыре большие группы: 1) для измерения расстоя
ний— мерные жезлы, ленты, проволоки, светодальномеры, ра
диодальномеры; 2) для угловых измерений — теодолиты; 3) для
измерения превышений — нивелиры; 4) приборы, предназначен
ные для графических методов съемок,— мензулы, кипрегели, та
хеометры со столиками для картирования и др.
В данной главе рассматриваются только угломерные при
боры — теодолиты.
По точности теодолиты делятся на высокоточные, применяе
мые для наблюдений углов в сетях 1 и 2 классов триангуляции
и полигонометрии, точные, служащие для измерений в сетях
3 и 4 классов, технические, предназначенные для измерений
в сетях местного значения и съемочных сетях.
Сконструированный в 1922 г. швейцарским механиком Виль-
дом теодолит послужил прообразом многих типов теодолитов,
названных впоследствии оптическими, которые завоевали все
общее признание и почти полностью вытеснили приборы
с верньерами и микроскоп-микрометрами *.
Микроскоп-микрометр — отсчетное устройство теодолита.
/ — зрительная труба; 2 — наклад- 1 — зрительная труба; 2 — вертикальный круг;
ной уровень; 3 — подставки трубы; 3 — подставки трубы; 4 — нижняя часть теодолита
4 — нижняя часть теодолита с лим- с лимбом и подставкой
бом и подставкой; 5 — подъемные
винты
С целью унификации производства и прекращения выпуска
устаревших и малопроизводительных приборов ГОСТ 10529—79
устанавливает стандарты на конструкции нескольких типов тео
долитов:
Т1 * — высокоточный оптический теодолит, предназначенный
для измерений в триангуляции и полигонометрии 1 и 2 классов
(рис. 74);
Т2 — точный оптический теодолит для измерений в триангу
ляции и полигонометрии 3 и 4 классов;
Т5 — точный оптический теодолит для измерений в аналити
ческих сетях и полигонометрии 1 и 2 разрядов.
Для астрономических определений предусмотрен выпуск те
одолита Т1А.
Основные характеристики их представлены в табл. 4.
В геодезическом производстве все еще широко распростра
нен и теодолит ОТ-02 (ОТ-02М) — первый советский оптический
теодолит (рис. 75).
Дальнейшее развитие оптических теодолитов идет в направ
лении улучшения качества изображения в зрительных трубах,
* Цифра шифра у буквы Т означает среднюю квадратическую ошибку
измерения горизонтального угла (в секундах) одним приемом, полученную
из наблюдений его 12 приемами.
Основные параметры
Теодолит
Т1 Т2 Т5
Длина зрительной трубы (мм)
300 185 185
Диаметр свободного отверстия объек
50 35
35
тива зрительной трубы (мм)
ГЗО' 1°30'
Угол поля зрения объектива зритель
1°
ной трубы
Увеличение зрительной трубы
30,40
25 25
Наименьшее расстояние визирования
5
2 2
(м)
Диаметры кругов (мм):
горизонтального 140 100
100
вертикального
90
72 72
Номинальная цена деления ампулы
уровня "12 мм:
15
30
при алидаде горизонтального круга 7
при алидаде вертикального круга 12 20 25
накладного
5
10
—
на трубе
—
20
20
Масса теодолита (кг)
11,0
5,5
4,0
снабжения отсчетных устройств фоторегистрирующими приспо
соблениями, применения фотоэлектрических устройств визиро
вания. Создаются кодовые теодолиты, полностью автоматизи
рующие процессы наблюдений, обработки полученных резуль
татов и последующих вычислений.
Геометрические требования к конструкциям угломерных при
боров. Для получения правильных и надежных результатов из
мерений необходимо, чтобы оси и круги теодолита располага
лись в пространстве определенным и неизменным относительно
друг друга образом.
В геодезии измеряются не собственно углы между двумя
точками местности, а их проекции на горизонтальную и верти
кальную плоскости. Поэтому в конструкции угломерных прибо
ров должно быть прежде всего предусмотрено наличие двух
взаимно перпендикулярных плоскостей. Ими являются горизон
тальные и вертикальные круги (лимбы) теодолитов.
Основной частью теодолита, определяющей расположение
указанных координатных плоскостей, является вертикальная
ось прибора. Вертикальная ось устанавливается вдоль отвесной
линии по специальному уровню или заменяющему его устрой
ству. Плоскость горизонтального круга располагается перпен
дикулярно вертикальной оси, а плоскость вертикального
круга — параллельно ей. Для визирования на местные предметы
на горизонтальную ось вращения крепится зрительная труба,
которая при вращении описывает коллимационную плоскость,
параллельную вертикальной оси прибора. Измерение горизон
тального угла между точками А я В местности (рис. 76) сво-
Рис. 76. Геометрическая схема угломерного прибора (теодо
лита)
дится к наведению на них трубы и отсчетам по лимбу а и Ь, оп
ределяющим проекцию коллимационной плоскости на горизон
тальную. Тогда угол а будет
а = Ь—а (П.1).
Проекция угла АОВ на вертикальную плоскость будет равна
разности зенитных расстояний точек А и В, которые получают
по отсчетам вертикального круга с и d. Зная отсчет по кругу
MZ, соответствующий направлению трубы на точку зенита
(MZ— место зенита, определяющееся заранее), можно полу
чить значения зенитных расстояний точек А я В:
zA = c—MZ; zB = d — MZ, (П-2)
откуда проекция угла между точками Л и В на вертикальную
плоскость будет
P = zB—zA = d—с. (П-З)
Таким образом, чтобы на каждой точке местности осущест
влять указанные угловые измерения, необходимо вертикальную
ось V—V' (геометрическую ось вращения алидады) устанавли
вать отвесно. Конструкции угломерных приборов должны удов
летворять следующим геометрическим условиям:
1) горизонтальная ось вращения трубы Н—Н' должна быть
перпендикулярна вертикальной оси;
2) визирная ось трубы О К должна быть перпендикулярна
оси ее вращения Н—Н'\
3) плоскость горизонтального круга (лимба) должна быть
перпендикулярна вертикальной оси, которая должна проходить
через его центр О, при этом последний должен совпадать с цен
тром кольца делений лимба;
4) плоскость вертикального круга должна быть перпенди
кулярна оси вращения трубы, а его центр располагаться на этой
оси;
5) ось уровня I—V при установке пузырька в нуль-пункт
должна быть перпендикулярна вертикальной оси.
Кроме перечисленных главных условий в каждом приборе
необходимо обеспечить легкость и плавность вращения алидады
горизонтального круга, оси вращения трубы, подъемных, мик-
рометренных и зажимных винтов, перпендикулярность верти
кальной нити сетки к оси вращения трубы, постоянство места
зенита и близость его к нулю и ряд других конструктивных ус
ловий. Невыполнение их приводит к ошибкам угловых измере
ний за наклон вертикальной и горизонтальной осей, коллима
ционной ошибке, эксцентриситетам алидады и лимба, ошибкам
визирования и отсчета и др. Для их проверки регулярно выпол
няются исследования и поверки приборов по специальным про
граммам [8].
§ 53. ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ ТЕОДОЛИТОВ
В конструкции угломерных приборов можно выделить следую
щие четыре узла:
1) установочные приспособления (подставки, центриры,
подъемные винты, уровни, системы осей), служащие для уста
новки теодолита и его частей в определенное, соответствующее
геометрическим требованиям, положение;
2) визирные приспособления (зрительные трубы, визиры, це
лики, мушки), предназначенные для наведения на наблюдае
мые предметы местности;
3) угломерные горизонтальные и вертикальные круги
(лимбы с делениями), по которым определяют величину изме
ряемых углов;
4) отсчетные приспособления, позволяющие фиксировать на
блюдаемые направления и снимать отсчеты по горизонтальному
и вертикальному кругам.
Все высокоточные теодолиты являются неповторительными,
т. е. вращение алидадной части и лимба осуществляется только
раздельно и совершенно независимо друг от друга.
1) Установочные приспособления (подставки, цетриры, подъ
емные винты). Подставка служит основанием прибора. Она
представляет собой массивный треножник, к верхней части ко
торого наглухо прикрепляется ось или втулка вертикальной
оси, в нижней части имеется приспособление для крепления
станового винта или центрирующего устройства. Последнее слу
жит для обозначения на столике сигнала проекции вертикаль
ной оси вращения теодолита, знание которой необходимо при
определении элементов центрирования прибора и приведения
измерений к центрам геодезических знаков. Центрирующие
устройства или центриры представляют собой небольшие за
остренные штифты с пружинками. В теодолитах 77, Т2 и Т5
используется оптический центрир.
По концам треножника укреплены три подъемных винта,
позволяющие устанавливать вертикальную ось прибора вдоль
отвесной линии.
Массивность подставки и широко расставленные подъемные
винты позволяют повысить устойчивость прибора и дают воз
можность проводить измерения при ветре небольшой силы. При
работе со штативом оптические теодолиты крепятся к головке
штатива становым винтом.
Подъемные винты подставок должны быть тщательно подо
гнаны и закреплены в гнездах. Даже небольшой их люфт при
водит к значительным ошибкам угловых измерений. Так, на
пример, если у теодолита подъемные винты расставлены на
расстоянии от центра г = 100 мм (рис. 77) и люфт винта I ра
вен одному микрометру, то это вызовет ошибку в горизонталь
ном направлении
б = lp/r = 1 • 206 2657100 000 да 2".
Поэтому во всех высокоточных теодолитах для предупреждения
сдвигов подставки при измерениях подъемные винты снабжены
специальными зажимными винтами а (см. рис. 77), которые
после приведения прибора в рабочее положение (нивелирова
ния теодолита) закрепляются, предотвращая колебания подъ
емных винтов во втулках.
К установочным приспособлениям относят и наводяще-за
жимные винты.
Уровни в угломерных приборах предназначены для при
ведения вертикальной оси в отвесное положение, определения
небольших углов наклона к горизонту оси вращения трубы и
приведения алидады вертикального круга в горизонтальное
положение. Эти задачи в высокоточных теодолитах осущест
вляются специальными чувствительными цилиндрическими на
кладными уровнями, устанавливаемыми на цапфы горизонталь
ной оси прибора (см. рис. 74), или уровнями при алидаде
горизонтального круга и уровнями, крепящимися к алидаде
вертикального круга.
Широкое применение в высокоточных геодезических прибо
рах находят контактные уровни, чувствительность которых при
мерно в три раза выше обычных цилиндрических, так как осо-
вмещение концов пузырька уровня производится точнее отсчета
по шкале ампулы, а их смещение относительно друг друга
вдвое больше смещения относительно штрихов.
Системы вертикальных и горизонтальных
механических осей определяют взаимное положение его
частей в соответствии с геометрическими требованиями, зало
женными в конструкции данного прибора.