Островський А.Л., Мороз О.І., Тарнавський В.Л. Геодезія, частина II

Подождите немного. Документ загружается.

стовпі

ретельно горизонтують

за

допомогою циліндричного рівня.

При-

водять трубу

стан

І-И (рис.

1.2.2), роблять відліки

на

кінцях бульбашки

рівня. Поступово повертають верхню частину приладу навколо верти-

кальної

осі на

720°;

при

цьому через кожні

60°

відраховують кіниі буль-

башки рівня (таблиця 1.2.3). Перш ніж узяти відлік, рівню дають можливість

заспокоїтись.

прямому ході обертають верхню частину нівеліра

за

годин-

никовою стрілкою,

зворотному

проти. Розходження

між

відліками

прямому

та

зворотному ходах

для

нівелірів

Н-3

одних

і тих

самих поло-

женнях

не

повинні перевищувати

40".

Обертання нівелірів навколо вертикальної

осі

повинно бути легким,

плавним,

без

зусиль,

іншому випадку необхідно почистити

та

змазати

вертикальну вісь.

Таблиця

1.2.3

Перевірка правильності обертання труби навколо вертикальної

осі.

Нівелір Н-3

№ 7541.

Встановлення

труби

НІ

Встановлення

труби

Прямий

хід,

поділки рівня

Зворотній

хід,

поділки рівня

НІ

Встановлення

труби

П Л-П л П

Л-П

НІ

0°

11,0

11,5

-0,5

10,5 12,0

-1,5 +1,0

60° 10,5

12,1

-1,6

10,8 11,6

-0,8 -0.8

120°

10,2

12,0

-1,8

11,2

11,3

-0,1

-1,7

180°

10,0

12,2 -2,2 11,1

11,3

-0,2 -2,0

240°

10,4

11,7 -1,3

11,5

10,9

+0,6

-1,9

300°

10,9

11,3 -0,4

11,3

11,1

+0,2 -0,6

360°

11,0

11,2

-0,2 11,0

11,4

-0,4 +0

420° 11,2

11,0

+0,2

10,5

11,9 -1,4

+1,6

480° 11,4

11,1

+0,3

10,6

11,7

-ІД

+1.4

540°

11,2

10,9

+0,3

10,4

11,9 -1,5

+1,8

600°

11,2

11,0

+0,2

10,3 12,0

-1,7

+1,9

660°

11,5

10,8

+0,7 10,8 11,6 -0,8

+ 1,5

720°

11,4

10,7

+0,7

10,6

11,4

-0,8

+ 1,5

Ціна поділок

дорівнює

10".

Максимальне коливання

3,9

поділки рівня

або

39".

4. Перевірка правильності встановлення сітки ниток.

Середня нитка повинна бути горизонтальною,

вертикальна

вертикальною. Досить пересвідчитися

правильному розташуванні гори-

зонтальної нитки. Взаємна перпендикулярність ниток гарантується заводом-

виробником.

У нівелірів Н-3, Н-10 що перевірку виконують так: встановивши

нівелір за допомогою сферичного рівня в горизонтальний стан, наводять

край середньої нитки на добре видиму точку, яка знаходиться від нівеліра

на віддалі біля 10 м. повільно повертають трубу навідним гвинтом і

слідкують, чи не відхилиться середня нитка від цієї точки. Якщо відхилення

більше за 2 мм - сітку ниток виправляють. Для цього необхідно відокре-

мити окулярну частину від корпусу зорової труби. Потім, послабивши

закріпні гвинти приблизно на один оберт, скляну пластинку із сіткою ниток

злегка обертають. Після цього приєднують окулярну частину до зорової

труби і перевіряють розташування горизонтальної нитки. Перевірку

виконують декількома наближеннями. На закінчення, закріпивши гвинти,

що тримають сітку ниток, необхідно ще раз переконатися, що розташування

нитки є правильним.

Цю перевірку можна також виконувати вертикальною ниткою (пере-

віряючи її прямовисність), використовуючи підвішений тягарець (на дворі,

коли немає вітру, або в приміщенні).

Перевірка

циліндричного рівня.

Цю перевірку поділяють на дві частини.

5.1. Вертикальна площина, яка проходить через вісь рівня, повинна

бути паралельною до вертикальної площини, що проходить через візирну

вісь зорової труби. Або: візирна вісь та вісь циліндричного рівня повинні

знаходитись у двох взаємно-паралельних вертикальних площинах.

5.2.

Величина

кута і повинна бути меншою за 10". Кутом і нази-

вають кут, який

утвориться на вертикальній площині, якщо на неї спроекту-

вати вісь циліндричного

рівня та візирну вісь труби. Цю частину перевірки

можна ще

сформулювати так: візирна вісь та вісь циліндричного рівня по-

винні знаходитися

у двох взаємно-паралельних горизонтальних площинах.

Першу половину

перевірки виконують так: встановлюють нівелір на

віддалі біля 50

від

рейки таким чином, щоб один підіймальний гвинт був

направлений

сторону

рейки. Ретельно приводять вертикальну вісь нівеліра

в прямовисний стан

за допомогою сферичного рівня. Приводять елева-

ційним гвинтом зображення

кінців бульбашки в контакт і беруть відлік

рейки. Надають зоровій трубі

боковий нахил обертаючи підіймальні гвинти

у різні сторони точно на два повні оберти.

Слідкують, щоб точка перетину

вертикальної

та

середньої (горизонтальної)

ниток була наведена на ту ж

саму точку, тобто, щоб відлік не змінився. Після

цього нахиляють нівелір в

другу сторону, повертаючи

ті ж

гвинти

в протилежному напрямку. Якщо в

обох випадках кінці бульбашки

не

розходяться,

або зміщуються в одну

сторону, тоді встановлення рівня правильне.

Коли під час різних

нахилів

вони значно розходяться

протилежні сторони,

тоді виправляють

розта-

шування циліндричного рівня

за

допомогою

бокових виправних

гвинтів.

Виправляють розташування поступово обертаючи

один гвинт на

загвин-

чування, другий

- на

вигвинчування. Правильного

встановлення

рівня

досягають методом наближень.

Другу частину перевірки можна виконати так: забивають два костилі

(або кілки зі цвяхами) на віддалі біля 50 м один від другого (в точках А і В).

Встановлюють нівелір точно посередині між костилями і вимірюють пере-

вищення И. На основі рисунка 1.2.3, запишемо:

к = а -Ь'. (1.2.4)

У формулі (1.2.4) а' та Ь' - правильні відліки, які були б узяті за

умови, якщо кут і = 0. Оскільки і * 0, то фактичні відліки будуть а та Ь.

Враховуючи, що нівелір однаково віддалений від задньої й передньої рейок,

відліки а та Ь помилкові на однаковий відрізок х.

Тому маємо рівняння:

а ~ а-х\

Ь'

= Ь-х.

У відповідності з формулою (1.2.4) можна записати:

к = {а-х)-{Ь-х).

Розкриваючи дужки, отримаємо:

= а-Ь. (1.2.5)

Таким чином, коли нівелір встановлений посередині між рейками

(прийнято говорити: рівні плечі), то різниця помилкових відліків дає пра-

вильне перевищення И.

Переносять і встановлюють нівелір на віддалі приблизно 10 м за

одним з костилів (рис. 1.2.4). Беруть відліки близької та далекої рейок - Б та

д.

У відповідності з рис. 1.2.4, правильне перевищення знаходять за

формулою:

к = Б'-Д', (1.2.6)

або:

= Б-а-(Д~а~х). (1.2.7)

Отже,

= Б-Д + х. (1.2.8)

З рівняння (1.2.8), оскільки А вже відоме, знайдемо х:

х = Ь- Б + Д. (1.2.9)

Знаючи х, легко знайти і":

- *

п,еЬ- віддаль між костилями.

(1.2.10)

х-<

Я.:

Рис. 1.2.4. До визначення кута і.

Щоб позбутися кута і, слід спочатку знайти правильний відлік Д'.

На основі рис. 1.2.4 можна записати:

х + а 1+1

звідси

(* + в) =

Ь '

*(£ + /)

де {Ш) - віддаль від нівеліра до далекої рейки.

Отже,

Д' = Д-(х + а).

(1.2.11)

(1.2.12)

Знаючи Д', елеваційним гвинтом встановлюють візирну вісь так,

щоб відлік далекої рейки став рівним Д'. Зображення кінців бульбашки

контактного циліндричного рівня розійдуться. Вертикальними виправними

гвинтами циліндричного рівня добиваються контактування цих кінців.

Одночасно слідкують, щоб відлік рейки залишався рівним Д'.

Деяким слабким контролем правильності виконання перевірки є те,

що після виконаних дій відлік близької рейки Б практично не має змінитися.

Проте, найбільш надійним контролем є повторне виконання цієї ж перевірки.

1.2.4. Будова, перевірки та дослідження

нівелірів

з компенсаторами

Будова нівелірів з компенсаторами, як і нівелірів з рівнями, вже відо-

ма з курсу "Топографія". Головною відмінністю між цими нівелірами є те,

що в нівелірі з компенсатором немає циліндричного рівня. Цей рівень

замінений особливим пристроєм - компенсатором, що автоматично вста-

новлює візирну лінію в горизонтальний стан.

На рис. 1.2.5 подано загальний вигляд нівеліра Н-ЗК, який засто-

совують для нівелювання III та IV класів.

Зорова труба

Сферичний

рівень

Окуляр

Фокусувальний

гвинт

Приціл

Підіймальні

гвинти

Об'єктив

Навідні

гвинти труби

Рис. 1.2.5. Нівелір Н-ЗК.

Нівелір Н-ЗК вдосконалювали й ос-

тання модель 4Н-2КЛ має цілий ряд переваг

порівняно зі своїми попередниками: зорова

труба з прямим зображенням, збільшення

, нівелір має горизонтальний круг з ціною

поділки 1°, середня квадратична похибка

вимірювання перевищення на 1 км под-

війного ходу не перевищує 2 мм, маса - 2 кг.

Для нівелювання III, IV класів також

використовують подібний до попереднього

нівелір НИК-2, який показано на рис. 1.2.7.

Нівелір має зорову трубу з прямим зображенням, горизонтальний круг, маса

приладу - 2 кг.

Рис. 1.2.6. Нівелір 4Н-2КЛ.

Ковпачок

Окуляр

Кнопка перевірки

роботи компенсатора

Відліковий

індекс

Приціл Фокусувальний

і гвинт

\ / Об'єктив

Навідний

гвинт труби

Горизонтальний

круг

Підставка

Підіймальні

гвинти

Рис. 1.2.7. Нівелір НИК-2.

Основні технічні характеристики НИК-2:

1. Квадратична похибка визначення:

• перевищення на

км ходу з рейками РН-З-ЗОООСП - 1,5 мм;

• горизонтальних кутів - 8';

2. Діапазон роботи компенсатора - ±30';

3. Найменша відстань візування - 0,5 м;

4. Збільшення труби - 31,3± 1

;

5. Ціна поділки сферичного рівня на 2 мм - 10±2'.

Перед початком польових робіт нівеліри з компенсатором дослід-

жують та перевіряють за наступними кроками:

1. Визначення коефіцієнта віддалеміра.

2. Перевірка сферичного рівня.

3. Перевірка відсутності коливання верхньої частини нівеліра під

час її обертання навколо вертикальної осі.

4. Перевірка правильності встановлення сітки ниток.

5. Перевірка правильності встановлення компенсатором візирної лі-

нії.

6. Визначення середньої квадратичної похибки встановлення ком-

пенсатором візирної лінії та похибки недокомпенсації.

Перевірки 1, 2 та 3 виконують так само як і для нівелірів з рівнями.

Слід тільки сказати, що в цьому випадку для виконання третьої перевірки

обов'язково слід застосувати циліндричний рівень, що накладається на

зорову трубу нівеліра. Перевірку 4 в цьому нівелірі слід формулювати так:

вертикальна нитка сітки під час встановлення бульбашки сферичного рівня

в середнє положення (в нуль-пункт) повинна зайняти вертикальний (прямо-

висний) стан. Під час виконання цієї умови і середня горизонтальна нитка

сітки буде горизонтальною. Цю перевірку у нівелірах з компенсаторами

доцільно виконувати так: старанно привести вертикальну вісь нівеліра за

допомогою сферичного рівня в прямовисний стан. Навести вертикальну

нитку сітки на нитку виска (тягарця). Коли один кінець вертикальної нитки

сітки підхиляється від нитки виска більш ніж на 0,5 мм, тоді слід виправити

розташування сітки. Виправлення виконують так само як і в рівневих

нівелірах.

П'яту перевірку, тобто, перевірку правильності встановлення ком-

пенсатором візирної лінії, можна сформулювати так само, як і перевірку 5.2

для рівневих нівелірів, тобто: величина кута і повинна бути меншою за 10".

Але кут і в цьому випадку є вертикальним кутом між візирною лінією та

горизонтальною площиною. Цю перевірку слід виконувати також так само,

як перевірку 5.2 в рівневих нівелірах.

Кут і можна визначити, скориставшись формулою (1.2.10):

і" = р"~. (1,2.10)

Якщо виникає необхідність виправлення кута і, тоді правильний

відлік £>' знаходять за формулою (1.2.13):

0' = 0-(х + а). (1.2.13)

Виправлення виконують переміщенням сітки ниток у вертикальній

площині за допомогою вертикальних виправних гвинтів. Один виправний

гвинт відгвинчують, а другий загвинчують доти, поки відлік далекої рейки

не стане рівним й'.

Як бачимо, всі п'ять перевірок рівневих нівелірів та нівелірів з

компенсаторами можна формулювати та виконувати практично однаково,

що полегшує засвоєння матеріалу.

Дослідження точності роботи компенсаторів нівелірів.

Дослідження складається з двох частин:

6.1. Визначення випадкової середньої квадратичної похибки роботи ком-

пенсатора т

кі

Величина т

, визначається за формулою:

(1.2.14)

де V = Н

сер

- И

. Тут Н

сер

і /г, - відповідно середнє і окреме значення

перевищення в кожній з п'яти серій для різних станів бульбашки, показаних

на рисунку 1.2.8. Можна визначити п'ять значень т

., з яких знаходять

найімовірніше, середнє значення.

6.2. Визначення недокомпенсації, тобто, систематичної похибки роботи

компенсатора сг

Похибку о

к{

визначають за формулою:

Н, ,„. -И

де ;

Ч -

середню

перевищення, коли бульбашка в нуль-иункті;

Іі

аТі

- середнє перевищення в кожній із п'яти серій під мас нахилу

вертикальної

осі

на кут і', (кут в мінутах дуги).

Ці два дослідження, якщо їх виконують в польових умовах, можуть

бути виконані на основі вимірювання перевищень під час різних станів

бульбашки сферичного рівня.

Нівелір встановлюють в створі між двома рейками, віддаленими одна

від одної на 100 м (для нівелювання III класу) або 200 м (для нівелювання

IV класу). Вимірювання перевищення між точками, на яких встановлені

рейки, виконують серіями, загальне число яких рівне п'яти. У кожній серії

бульбашка сферичного рівня повинна займати п'ять різних станів, пока-

заних

на

рис, 1.2.8,

@©@@

/ II III IV V

Рис. 1.2.8. Розташування бульбашки сферичного рівня під час дослідження

компенсатора.

В усіх серіях під час кожного нахилу труби нівеліра вимірюють пере-

вищення за чорними та червоними сторонами рейок. Перед кожною новою

серією вимірюють висоту нівеліра.

Приклад визначення т

та а

поданий в таблиці 1.2.4.

Таблиця 1.2.4

Дослідження якості роботи компенсатора нівеліра N4 007

в польових умовах Ь =100 м

2 *

О і)

Бульбашка в

нуль-пункті

Перевищення

Поздовжній нахил

+10' -10'

V..

Поперечний нахил

+10'

-10'

чор.

! 575,4

•0,28

чер.

1575,6

чор.

1576

1575,4

-0,04

1575,6

-0,18

1575,5

1575,4

-0,14

+0,06

1575,7

-0,16

-0,08

+0,32

1575,4

1575,8

-0,14

1575,8

+0,36

чор.

1575,5

+0,12

1576,0

1575,9

+0,04

1575,7

-0,18

1575,8

1575,3

+0,26 1575,6

+0,22

-0,18

1575,8

+0,26

1576,0

+0,14

1575,6

чор.

1575,9

_+0,12

1575,4

-0^4

1575,6

-0,18

+0,22

1575,0

-0,04

1575,8

1575,4

+0,06 1575,8

-0,06

-0,14

+0.02

1575,8

1575,4

-0,44

1575,6

чер

1575,5

1575,4

1575,5

-0,04

1576,2

+0.06

1575,8

+0,42

1575,9

+0,06

157^4

1575.44

_-0

Р4

1575,6

1575,78

+0,12

-0,18

+0,02

1575,7

+0,16

1576,1

1575,2

1575,6

1575,54

-0,34

1575,8

1575,86

/И

Аі

= 0,23 ММ; т

кг

= 0,22 мм; 0,20 мм; т

- 0,18 мм; т

кі

~ 0,12 мм.

Середнє значення випадкової похибки роботи компенсатора

«її = 0,19 мм.

сер

Значення систематичних похибок в перевищеннях під час нахилу

вертикальної осі нівеліра на кут

= 10'.

= -0,24; +0,10; -0,14, +0,18.

. = = -0,024; +0,010; -0,014; +0,018.

Таким чином, під час нахилу вертикальної осі нівеліра на кут

= 10'

систематична похибка не перевищує -0,24 мм.

У відповідності з діючою Інструкцією для нівелірів, що використо-

вують під час нівелювання III класу, систематичиа похибка а

не повинна

бути більшою за 3 мм; для IV класу - 5 мм. Якщо ці умови не виконуються,

нівеліри слід віддати в майстерню для ремонту компенсаторів.

Ми розглянули перевірки та дослідження нівелірів, які виконують

перед початком польових робіт. У параграфі 1.2.1. вказано, що якість ніве-

лірів характеризує, перш за все, збільшення зорової труби Г та ціна поділки

рівня х для рівневих нівелірів, або точність роботи компенсатора т

для

нівелірів з компенсаторами. Визначення параметрів Г і г, якщо вони

невідомі, слід виконувати до початку польових робіт. Методи визначення

цих параметрів нівелірів подані далі.

Під час польових робіт у нівелірів перевіряють:

• сферичний рівень (кожний день перед початком спостережень);

• кут і (перші сім днів роботи - кожний день, а впевнившись в ста-

більності - один раз на 15 днів).

1.2.5. Електронні цифрові нівеліри. Тотальні нівелірні станції

Електронні нівеліри дозволяють повністю автоматизувати процес

нівелювання, а відліки рейок в цифровому вигляді відображаються на

дисплеї або, за бажанням, передаються до внутрішнього (зовнішнього)

запам'ятовуючого пристрою для подальшого опрацювання.

Виробники досягнули цього завдяки дуже важливим

конструктивним вдосконаленням нівелірів та рейок, а саме: вмонтували в

нівеліри цифрові камери з ССО-сенсорами (СЬаг§е Соиріеіі ОЄУІСЄ)

(українською мовою: ПЗЗ - прилад зарядного зв'язку). У таких камерах в

площині знімка встановлене плоске двомірне поле світлочутливих

детекторів-сенсорів, які дають елементи зображення предмета, оскільки є

деякою малою поверхнею, а не точкою. Замість слів "елемент зображення"

вживають штучно утворене слово Ріхеї (від РісШге х еіешепі) - піксель.

Пікселі - це носії інформації про степінь почорніння або колір. їх

сприйняття різних значень тону, які називають глибиною зображення,

значно перевищує здатність людського ока. Сьогодні найбільш відомі і

пікселі з областю значень почорніння від 0 до 255. Таким чином, такі

пікселі дають інформацію про 256 різних станів зображень. На чорно-

білих зображеннях - це значення сірого тону (переважно чорний колір має

код 0, а білий 255). Розмір піксели - 7,5 |дм

Відрізок на рейці, який попадає на поле детекторів незначний -

близько 15 см вверх і вниз від середньої горизонтальної нитки сітки зорової

труби. Детектори подають спочатку аналогові (неперервні) сигнали, які

зчитуються і потім перетворюються в цифрові за допомогою комп'ютера. У

цьому контексті вживають термін "комп'ютерне бачення" (англ. СотрШег-

УІ5Іоп) "розпізнавання образу", "розпізнавання знімка". Дійсно, око людини

не здатне розрізняти 255 ступенів сірої шкали. Таким чином, певна частина

нівелірної рейки розглядається комп'ютером, а не оком спостерігача.

Суттєвих конструктивних змін також зазнали рейки. Традиційні рейки

замінюються кодовими рейками: з чорними та білими смугами. Фірмами

створений цілий ряд кодових рейок. Так кодові рейки фірми Ьеіса-\Уі1сі НА

2000, МИ ИА 3000 мають довжину 4050 мм. На одній стороні рейки

нанесені поділки у вигляді чорних та білих смужок, що створюють

двійковий код; ширина (основної) смужки 2 мм. На другій стороні рейки

нанесені поділки, які служать для візуального відліку. Фірма Зоккіа для

електронного нівеліра ЗОЬ 30 створила рейки зі спеціальним кодом (К.АВ-

код), який також є двійковим. Використовують також фібергласові рейки

довжиною 5 м. Цей скловолокнистий матеріал (фіберглас) використаний

для виготовлення рейок завдяки його перевагам порівняно з іншими

матеріалами у вазі та міцності, а також можливості застосування найточ-

ніших технологій нанесення штрихів.

Образ кодової рейки, що розглядається камерою (приладом заряд-

ного зв'язку) автоматично перетворюється (завдяки "комп'ютерному бачен-

ню") на цифровий відлік, який відображається на дисплеї.

Зазвичай у цифрових нівелірів є три режими вимірювання: 8іп§1е-

Ріпе (точний одноразовий), Кереаі-Ріпе (точний багаторазовий) і Тгаскіп§

(режим слідкування). У точному одноразовому режимі вимірювання вико-

нуються кожні три секунди, а в режимі слідкування - кожну секунду. У

багаторазовому режимі на дисплеї відображається середнє значення

відліку.

Зауважимо, що під час промислових вібрацій або турбулентності

атмосфери, коли поділки рейки коливаються, похибки відліку збіль-

шуються. Ці похибки також можна відображати на дисплеї.

Якщо похибки перевищують діапазон найменших поділок рейки,

нівелір може зупинити процес електронного нівелювання. Перевищення

відображається на дисплеї (наприклад, цифровим нівеліром ИА-3003) до

десятих частин міліметра. Віддалі - до

см.