Лекции. Система геотехнологий
Подождите немного. Документ загружается.
81
вызывает дополнительные трудности по измерению фазы и разрешению
многозначности.
В геодезических фазовых дальномерах это противоречие разрешено
применением модуляции световых волн, при которой на волны высокой
(несущей) частоты накладываются волны низкой (измерительной) частоты.
Несущая частота позволяет достаточно надежно учитывать влияние
атмосферных условий, а измерительная — упрощает определение домеров
фазовых циклов и разрешение многозначности.
Светодальномер 2СМ-2 является фазовым дальномером с
фиксированными частотами модуляции.
Фазовый сдвиг между опорной и отраженной частотами измеряется при
помощи счетного блока специальными счетчиками и высвечивается на
цифровом табло электронного блока. Фиксированные частоты f
1
= 149,85 кГц,
f
2
= 1498,5 кГц и f
3
= 14 985 кГц подобраны так, что результаты измерений
получаются непосредственно в метрах без дополнительных преобразований в
процессе вычислений. В результаты измерений вводят поправку за наклон
линии, учитывают постоянное дальномера, определяемое на базисе перед
началом работ, а также поправку за температуру и давление воздуха.
Светодальномером 2СМ–2 измеряют линии, ДЛИНОЙ ДО 2 км со средней
квадратической погрешностью 2 см. Он применяется для создания планового
обоснования съемок и построения опорных сетей для выполнения
разбивочных работ на строительных объектах.
Характеристики светодальномеров:
Тип Расстояния Точность
2СМ2
СМ5
3СМ2
2СТ10 "Блеск-2"
2 км – 5 км
500 м – 2 км
2 м – 5 км
2 м – 10 км
m
S
= 20 мм + (10 · S км) мм
m
S
= 30 мм
m
S
= 10 мм+ (5 · S км) мм
m
S
= 5 мм+ (3 · S км) мм
82
На местности встречаются линии, которые пересекают препятствия (реки,
овраги и т. п.) и недоступны для непосредственного измерения. Такие линии
называют неприступными.
Рис.4.20 Определение неприступного расстояния
а — на открытой местности; б — в лесу
Длину неприступной линии АВ (рис. 4.20, а) определяют косвенным
методом из решения треугольника АВС, в котором измерены базис АС = b
1
и
углы β
1
и β
3
. По теореме синусов имеем
)sin(sin
31
1
1
βββ
+
=
bD
или
)sin(
sin
31
1
1
ββ
β
+
= bD
(4.36)
Для контроля измеряют угол β
2
. В треугольнике АВС должно
соблюдаться условие
o
180
321
=++
βββ
. (4.37)
В результате влияния погрешностей измерения углов это условие
нарушается. Величину отклонения суммы углов от теоретического значения
f
β
= (β
1
+ β
2
+ β
3
) – 180° (4.38)
называют угловой невязкой. Невязку распределяют с обратным
знаком поровну на все углы треугольника. Для этого вычисляют поправку
∆ = – f
β
/3, а затем исправленные значения углов
,
1
'
1
Δ+=
ββ
,
2
'
2
Δ+=
ββ
,
3
'
3
Δ+=
ββ
83
После распределения невязки условие (4.37) должно выполняться.
Вычисление длины неприступной линии по формуле (4.36) осуществляют с
исправленными значениями углов.
Точность определения неприступных расстояний во многом зависит от
формы треугольника. Наилучшим считается равносторонний треугольник.
Для повышения точности и исключения грубых просчетов длину
неприступной линии рекомендуется определять из двух треугольников
(см. рис. 4.20, а).
Если по линии АВ (рис. 4.20, б) нет видимости и невозможно определить
углы в точках A и В, то измеряют длины сторон а, b и угол β, а длину
неприступной линии вычисляют по формуле косинусов
β
cos2
22
⋅⋅⋅−+= babaD
Наиболее благоприятным считается вариант, когда а равно b и угол β
близок к 180°.
84
4.3 Нивелирование
4.3.1 Задачи и виды нивелирования
Для составления топографических планов и карт, а также для
проектирования и выноса в натуру инженерных сооружений необходимо
знать высоты точек местности. С этой целью на местности выполняют
комплекс геодезических работ, называемый нивелированием. В
процессе нивелирования определяют превышения одних точек земной
поверхности над другими, а затем по известной высоте исходной точки
вычисляют высоты всех остальных точек над принятой уровенной
поверхностью.
В зависимости от метода определения превышения и применяемых при
этом приборов различают следующие виды нивелирования:
1) геометрическое, выполняемое горизонтальным визирным
лучом с помощью нивелира;
2) тригонометрическое, выполняемое наклонным визирным
лучом с помощью теодолита;
3) гидростатическое, основанное на свойстве свободной
поверхности жидкости в сообщающихся сосудах всегда находиться на одном
уровне;
4) барометрическое, при котором превышения между точками
определяются по разностям атмосферного давления в этих точках;
5) механическое, производимое при помощи приборов,
автоматически записывающих профиль местности. В последующих пунктах
рассматриваются первые три вида нивелирования, наиболее часто
применяющиеся в инженерной практике.
4.3.2 Сущность геометрического нивелирования
Различают два способа геометрического нивелирования: из середины и
вперед. Пусть в точках А и В (рис. 4.21, а) установлены отвесно рейки с
85
делениями Р
1
и Р
2
, а между ними в середине — нивелир, труба которого
приведена в горизонтальное положение.
Наводят визирную ось трубы нивелира на рейку Р
1
и берут по ней
отсчет а, т. е. отсчитывают число делений от основания рейки до
горизонтальной нити сетки трубы. Затем поворачивают трубу и, наведя ее на
рейку Р
2
берут отсчет b. Из рис. 4.21, а следует:
h = а — b. (4.39)
Если нивелирование выполняют в направлении от A к В, то рейка Р
1
будет задней, а рейка Р
2
— передней. Следовательно, превышение h равно
разности отсчетов; по задней и передней рейкам, при а > b
0 0
уровенная поверхность уровенная поверхность
Рис.4.21 Геометрическое нивелирование
а — из середины; б — вперед
превышение h положительно, при а < b — отрицательно.
При нивелировании вперед устанавливают нивелир так, чтобы окуляр
трубы проектировался на точку А (рис. 4.21, б), а рейку помещают в точке В.
Приводят визирную ось прибора в горизонтальное положение, измеряют
высоту прибора i и берут отсчет b по передней рейке.
В этом случае
h = і — b. (4.40)
т. е., превышение равно высоте прибора минус отсчет по передней рейке. По
известной высоте Н
А
точки А вычисляют высоту H
B
второй точки по формуле
H
B
= H
А
+h.
86
Высоту точки В можно определить, с помощью, горизонта
прибора, т. е. высоты H
i
его визирной оси.
H
i
= H
А
+a; H
B
= H
i
– b (4.41)
Способ горизонта прибора удобен, когда с одной установки нивелира (с
одной станции) берутся отсчеты на несколько точек. Если необходимо
определить превышение между точками, значительно удаленными друг от
друга, нивелируемую линию разбивают на части и производят
последовательное нивелирование на станциях J
1
, J
2
, ..., J
n
(рис. 4.22).
Сначала со станции J
1
определяют превышение точки 1 над точкой А
h
1
= a
1
– b
1
.
Далее переносят прибор на станцию J
2
и заднюю рейку из точки А в
точку 2; отсчитав по рейкам, получают h
2
= a
2
– b
2
Переставляя аналогично нивелир и рейки и производя отсчеты вплоть до
конечной точки В, образуют нивелирный ход, в котором через точки 1, 2 и
т. д. последовательно передаются высоты; эти точки называются
связующими.
Рис.4.22 Последовательное нивелирование
Общее превышение h между точками А и В будет равно алгебраической
сумме отдельных превышений.
h = h
1
+ h
2
+ … + h
B
=∑ h (4.42)
Высота Н
п
конечной точки В хода будет равна
H
B
= H
A
+ h = H
A
+ ∑ h
i
(4.43)
87
В зависимости от точности определения высот точек и методики
производства измерений различают:
1) государственное нивелирование, являющееся высотной
основой топографических съемок на территории всей страны. По точности
государственное нивелирование делится на I, II, III и IV классы;
2) техническое нивелирование, предназначенное для
создания высотного съемочного обоснования и используемое также при
проектировании и строительстве инженерных сооружений. В отличие от
государственного, техническое нивелирование может выполняться как
горизонтальным, так и наклонным визирным лучом.
4.3.3 Нивелирные знаки
Нивелирные ходы закрепляются на местности постоянными и
временными знаками — реперами. Реперы бывают стенные и грунтовые.
Стенные реперы (рис. 4.23, а) отливаются из чугуна и закладываются в
цоколях каменных зданий, возведенных не менее чем за три — четыре года
до закладки знака.
Рис.4.23 Реперы: а – стенной, б - грунтовой
На незастроенных территориях применяются грунтовые реперы
(рис. 4.23, б), закладываемые таким образом, чтобы их нижняя часть
располагалась ниже границы наибольшего промерзания грунта. Репер состоит
из железобетонного пилона и бетонного якоря. На расстоянии 1 м от репера
88
устанавливается опознавательный знак с охранной плитой. В качестве
временных реперов могут быть использованы железобетонные и деревянные
столбы, металлические трубы, а также костыли, забиваемые в стены зданий.
4.3.4 Классификация нивелиров
Согласно действующему государственному стандарту (ГОСТ 10528 - 76)
нивелиры делятся на высокоточные, точные и технические:
Тип нивелира Краткая характеристика
Н-05
Нивелир высокоточный с оптическим микрометром для
определения превышений с погрешностью не более 0,5 мм
на 1 км хода
Н-3 (Н-3Л, Н-3К, Н-3КЛ)
Нивелир точный для определения превышений с
погрешностью не более 3 мм на 1 км хода
Н-10 (Н-10Л, Н-10К, Н-10КЛ) Нивелир технический для определения превышений с
погрешностью не более 18 мм на 1 км хода
В соответствии с указанным ГОСТом нивелиры всех типов выпускаются
в двух исполнениях: с уровнем при зрительной трубе и с компенсатором
углов наклона. При наличии компенсатора к названию типа нивелира
добавляется буква «К» (например, Н-10К). Часть моделей нивелиров Н-2 и
Н -10 выпускается с лимбами для измерения горизонтальных углов; в этом
случае к названию типа нивелира добавляется буква «Л» (например, Н-ЗЛ, Н-
10КЛ). В настоящее время в геодезическом производстве используется группа
унифицированных нивелиров, разработанная на основе единой базовой
модели. К названию типа таких нивелиров добавляется слева, цифра 2
(например, 2Н-10Л).
4.3.5 Устройство нивелиров с цилиндрическими уровнями
Основными частями нивелиров с цилиндрическими уровнями являются
зрительная труба, цилиндрический уровень и подставка с тремя подъемными
89
винтами. Если у таких нивелиров визирная ось и ось цилиндрического уровня
параллельны, то после приведения пузырька уровня в нуль-пункт визирная
ось займет горизонтальное положение.
Рис.4.24 Нивелир Н-3:
а — общий вид; 1 — объектив; 2 — корпус трубы, 3 —окуляр, 4 — мушка, 5 — ручка для
фокусирования, 6 — наводящий винт, 7 — закрепительный винт, 8 — коробка
цилиндрического уровня, 9 — круглый уровень, 10 —исправительный винт круглого
уровня, 11 — элевационный винт, 12 — подставка, 13 — подъемный винт, 14 —
пружинящая пластина с втулкой, 15 — торцевая часть коробки цилиндрического уровня
с его исправительными винтами
б — поле зрения трубы; 1 — изображение концов половинок пузырька уровня, 2 —
изображение рейки
Верхняя вращающаяся часть нивелира Н-3 (рис. 4.24, а) несет на себе
корпус зрительной трубы, который имеет прилив с расположенным в ней
цилиндрическим уровнем и призменным устройством, передающим
изображение концов пузырька уровня в поле зрения трубы. Положению
пузырька уровня в нуль - пункте соответствует оптический контакт концов
его половинок. При наклоне оси уровня контакт нарушается. Ампула уровня
имеет термостатирующее устройство, благодаря чему длина пузырька при
колебаниях температуры остается практически неизменной. Поле зрения
трубы с изображением рейки и концов половинок пузырька приведено на
рис. 4.24, б. Расположенная перед окуляром трубы сетка нитей не имеет
исправительных винтов. Для предварительной установки оси вращения
нивелира в отвесное положение служит круглый уровень; после приведения
его пузырька в нуль - пункт в поле зрения трубы появляется изображение
90
концов половинок пузырька цилиндрического уровня. Совмещение их концов
достигается вращением эливационного винта.
Предел визирования зрительной трубы доведен до 2 м, что облегчает
решение инженерных задач в стесненных условиях строительной площадки.
Увеличение трубы нивелира Н-3 равно 30, цена деления цилиндрического
уровня 15"/2 мм.
В заключение приведем некоторые технические данные высокоточного
нивелира Н-05. Увеличение его зрительной трубы 40, цена деления
цилиндрического уровня 10"/2мм, средняя квадратическая погрешность
измеренного на станции превышения при расстоянии до рейки 50 м равна
0,20 мм.
В настоящее время широко применяются нивелиры с компенсатором,
т. е. с приспособлением, при помощи которого линия
визирования
автоматически устанавливается в горизонтальное положение. Благодаря
компенсатору отпадает необходимость приведения пузырька
цилиндрического уровня в нуль-пункт, что значительно повышает
производительность труда.
4.3.6 Нивелирные рейки
Нивелирные рейки изготавливаются из деревянных брусьев
двутаврового сечения толщиной 2—3 см. Для контроля отсчетов на рейках
наносят две шкалы: основную и дополнительную. Если шкалы расположены
на одной стороне рейки, то она называется односторонней. Односторонние
рейки применяются только в комплекте с высокоточными нивелирами. Обе
их штриховые шкалы с ценой деления 0,5 см нанесены на инварную ленту,
вмонтированную в деревянный корпус.
Основная шкала двусторонней рейки (черная сторона) состоит из
чередующихся черных и белых сантиметровых делений — шашек. Счет
делений основной шкалы ведут от нуля, совмещенного с пяткой рейки
(рис. 4.25). На дополнительной шкале (красная сторона) начальный отсчет