Принцип работы теодолита

Что такое теодолит?

Что такое теодолит? - фотография 1 - изображение 1

Точность в строительных и инженерно-монтажных работах – превыше всего, «на глаз» выполнить сложные построения совершенно невозможно и недопустимо. Множество геодезических приборов призваны обеспечить правильность производимых измерений и выполнение расчетов – это мерные ленты, нивелиры, тахеометры и т.д.

Одним из основных высокоточных устройств, предназначенным для корректной работы специалистов геодезического профиля, является и теодолит – оптико-электронный прибор, производящий угломерную съемку с измерениями вертикальных и горизонтальных углов.

Виды и классификация - фотография 2 - изображение 2

Сфера применения теодолитов широка:

  • построение сети геодезических точек на местности, образованной треугольниками (триангуляция);
  • построение топографических планов и карт;
  • определение расположения точек земной поверхности относительно друг друга (полигонометрия);
  • проведение общестроительных работ: фиксация горизонтальности и вертикальности всевозможных конструкций – свай, колонн, фундамента, панелей и т.д.

Освоить работу с теодолитом несложно и при определенных навыках выполнение сложных измерений и расчетов не составит труда.

Виды и классификация

Как сложные высокотехничные приборы теодолиты имеют свою классификацию. Различают следующие виды теодолитов:

  • Оптические теодолиты – один из самых распространенных современных типов, точные и надежные для применения в полевых условиях устройства всегда популярны и востребованы среди геодезистов. В отличие от электронных собратьев не требуют для своей работы элементов питания и неприхотливы в эксплуатации: могут работать в широком диапазоне температур, включая низкие отрицательные температуры.

Оптические теодолиты обладают минимальным и ключевым набором возможностей, производя отсчеты по угломерной шкале. Следует понимать, что при отсутствии внутренней памяти инструмента в изысканиях необходимо будет вести полевой журнал работ.

  • Лазерные теодолиты также достаточно просты в использовании, в основе их действия лежит применение лазерного луча в качестве точного указателя. Объединение в одном корпусе двух функциональных устройств – высокоточного электронного измерительного инструмента и визира несет определенные удобства для пользователя. Все вычисления осуществляются автоматически мощным процессором и выводятся на дисплей прибора – удобство и легкость в работе налицо.
  • Цифровые теодолиты отличаются использованием вместо горизонтального и вертикального кругов с поградусной разметкой штрих-кодовых дисков. Все замеры выполняются в автоматическом режиме. Классическая конструкция электронных теодолитов включает в себя запоминающее устройство, позволяющее во внутренней памяти инструмента хранить полученные информационные данные. Имеющие элементы питания и жидкокристаллический дисплей электронные теодолиты не предназначены для работы в условиях низких температур и сложных климатических условиях.
  • И отдельный класс инструментов специфического предназначения: фототеодолиты, представляющие собой конструктивное объединение теодолита и фотокамеры для определения топографических координат; кинотеодолиты, предназначенные для фиксации траектории движения различных объектов на земной поверхности и в воздушной среде.

Конструктивное строение теодолита тоже предполагает свое подразделение:

  • простые, в которых лимб и алидада вращаются отдельно друг от друга;
  • повторительные, в которых лимб и алидада могут вращаться как совместно, так и независимо друг от друга.

По точности теодолиты делятся на высокоточные с допуском погрешности 0,5’’-1’’, точные (2’’-10’’), технические (15’’-30’’).

Общее устройство

Конструктивно устройство теодолита состоит из следующих основных частей:

  • оптическая визирная труба с определенной кратностью увеличения, в окуляр которой смотрит пользователь, закреплена на двух установленных на трегере колонках;
  • два отсчетных механизма: вертикальный круг — по вертикальным углам, расположенный в колонке; лимб или горизонтальный круг — по горизонтальным углам, расположенный в основании теодолита;
  • отсчетное устройство, используемое в инструментах механического типа – шкаловой (отсчет по шкале) или штриховой (отсчет по штриху-индексу) микроскоп, с помощью которого считываются показания с лимбов;
  • алидада – жестко соединенная с корпусом лимба поворотная линейка с отсчетными приспособлениями (нониусами или верньерами);
  • наводящие (микрометренные) и закрепительные (зажимные) винты, сообщающие механизмам теодолита малое плавное движение при выполнении настроек и юстировки;
  • встроенный оптический отвес (центрир) для точного центрирования над точкой;
  • геодезический штатив-тренога для работы на местности, на который устанавливается теодолит.

Общее устройство - фото 3 - изображение 3

Горизонтальный и вертикальный угломерные круги размечены на градусы и доли градусов, зрительная труба имеет сетку дальномерных нитей с центральным перекрестием.

Принцип действия и основы эксплуатации

Перед началом работы инструмент необходимо устойчиво закрепить на штативе-треноге и с помощью цилиндрического и круглого уровней привести в рабочее (отвесное) положение – лимб горизонтального круга теодолита должен принять строго горизонтальное положение.

Принцип действия и основы эксплуатации - фотография 4 - изображение 4

Принцип работы теодолита механического типа основан на наблюдении пользователем через окуляр зрительной трубы изображения контрольных точек конструкции. После наведения визира на искомую точку наблюдения в окуляре микроскопа со шкальной или штриховой разметкой фиксируются значения горизонтального и вертикального углов: угол направления и угол наклона.

Наводясь последовательно на разные точки инженерно-строительной конструкции, специалист измеряет углы, занося эти показатели в полевой журнал (при использовании оптического типа устройства). Выполненные геодезистом замеры углов также помогут проконтролировать правильность выполнения проекта.

Использование в работе электронных приборов делает ненужным пункт визуальной фиксации углов: цифровые датчики вертикального и горизонтального кругов автоматически передают отснятые данные в привычном цифровом представлении на жидкокристаллический дисплей инструмента и сохраняют эти показания во внутренней памяти.

Видео по теме

Как работать с теодолитом?

Видео по теме - изображение 5 - изображение 5

Теодолит – прибор, предназначенный для измерения вертикальных и горизонтальных углов. Также применим для определения расстояний по нитяному дальномеру и магнитных азимутов при помощи буссоли. Используется при геодезических работах, строительстве, проведении топографической съемки и т.п.

Различают два вида теодолитов: оптические и электронные. Более современные электронные модели способны с высокой точностью определить углы, высоту строения, разбить прямоугольник или проверить разбивку осей здания. Теодолит прост в управлении, имеет небольшой вес и доступную цену. В этой статье мы расскажем, как работать с теодолитом для получения максимально точного результата.

Устройство теодолита

Основные элементы из которых состоит теодолит:

  • Лимбы с градусными и минутными делениями (горизонтальный и вертикальный).
  • Алидада – подвижная часть теодолита, к которой крепится система отсчитывания по лимбу и визирному устройству.
  • Зрительная труба (визирное устройство) с закрепительным и наводящим винтами.
  • Отвес для центрирования над точкой. Может быть, как оптическим, так и лазерным.
  • Трегер (подставка) с подъемными винтами и круглым уровнем для горизонтирования теодолита.
  • Микроскоп для снятия отсчетов.

Комплектация теодолита зависит от области, в которой он будет применяться. Он может быть дополнен ориентиром-буссолем, дальномерными насадками, визирными маркерами и пр. В некоторых работах используются узкоспециализированные теодолиты: маркшейдерские, астрономические, гироскопические.

Пошаговая инструкция как пользоваться теодолитом

  • 1 шаг. При работе с геодезическим оборудованием, стоит учитывать, что для получений точных результатов измерений необходимо проводить регулярные поверки и юстировки теодолита. Кроме этого требуется делать периодический контроль геометрических параметров, так как результаты работы геодезиста или строителя, порой, не терпят ошибок даже в несколько угловых секунд.
  • 2 шаг. Когда оборудование проверено можно приступать к работе с теодолитом. Для начала необходимо закрепить прибор над точкой с известными координатами, используя штатив-треногу и центрир или нитяной отвес. Приняв ее за точку отсчета, с помощью уровней и наводящих винтов отцентрировать прибор. Итогом должно стать абсолютно горизонтальное положение прибора, а также расположение теодолита строго над точкой.
  • 3 шаг. С помощью визира необходимо предварительно навестись на цель, а винтами навест сетку нитей на цель наиболее точно. Таким образом определяется центр измеряемого объекта. Данные действия производятся с помощью зрительной трубы, но при недостаточности света можно использовать дополнительно специальное зеркало с подсветкой. После выполнения этой процедуры производится снятие отсчетов вертикального и горизонтального углов с помощью микроскопа теодолита.
  • 4 шаг. Для получения высокой достоверности результатов измерений проведение измерений теодолитом рекомендуется повторить несколько раз (приемов). По результатам многократных измерений определяются средние значения вертикальных и горизонтальных углов.

Обучение работе с теодолитом

С проведением измерений теодолитом может справиться как опытный геодезист, так и начинающий специалист. Это удобное и доступное устройство находит широкое применение в строительстве и геодезии. Вы можете купить теодолит по низкой цене в нашем интернет магазине. А при необходимости наши специалисты могут провести демонстрацию и обучение по работе на приобретенном оборудовании.

Устройство теодолита и его принцип работы

Как работать с теодолитом? - фото 6 - изображение 6

Устройство теодолита не отличается сложностью с точки зрения комплектующих, но вот настройка этого прибора довольно тонкая и требует постоянной поверки, он незаменим в строительстве и проектировании. Каждый геодезист знает, как пользоваться этим приспособлением, а мы постараемся разобраться вместе с вами.

Устройство теодолита – составные части и их назначение

Это приспособление позволяет замерять углы в пространстве с высокой точностью, работает как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной. Обычно действует относительным методом, то есть за основу берется какой-то эталонный объект, а уже по нему ведется отсчет искомого угла. Способ такого измерения известен еще с XIX века, на сегодняшний день лишь усовершенствовано строение теодолита и разработано несколько его разновидностей.Шкала, по которой наблюдается результат, представлена в виде горизонтального и вертикального кругов. Находится вся конструкция на подставке, на которой имеются регулировочные винты для управления основными узлами. Человек производит измерение углов теодолитом через зрительную трубу, которая управляется винтами. Они позволяют правильно навести окуляр на объект и закрепить саму трубу в нужном положении, когда контрольная точка была найдена.Лимб и алидада – это функциональные части горизонтального круга, которые активно используются, когда мы делаем измерение горизонтальных углов теодолитом. Лимб – неподвижное стеклянное кольцо с делениями на 360 градусов, а алидада вращается вместе с примыкающей частью прибора и выставляет таким образом отсчет. Чтобы зафиксировать отсчет и дальше проводить измерения относительно него, следует закрепить специальный винт и отпустить лимб, тогда корпус будет статичен, а лимб и алидада – двигаться.

Основные части теодолита нам уже известны, но нельзя игнорировать приспособления, с помощью которых мы можем быть уверены в надежности снимаемых показаний. Например, контролировать степень горизонтальности установки прибора помогает цилиндрический уровень, а оптический центрир не даст нам упустить точку отсчета и убедит нас в том, что мы центрированы ровно над ней. А сами отсчеты снимаются по микроскопу, это финальный этап работы замерщика. Теперь мы точно знаем, из чего состоит теодолит, пора приступить к обсуждению его видов.

Устройство теодолита - фотография 7 - изображение 7

Пошаговая инструкция как пользоваться теодолитом - фото 8 - изображение 8

Обучение работе с теодолитом - изображение 9 - изображение 9

Устройство теодолита и его принцип работы - изображение 10 - изображение 10

Устройство теодолита – составные части и их назначение - фотография 11 - изображение 11

Измерение углов теодолитом – изучаем марки приборов

В этом разделе мы хотим не только коснуться видов теодолита, но и его маркировки, ведь это в первую очередь бросается в глаза и вызывает некую растерянность при покупке прибора, а также при знакомстве с его работой. Итак, для начала разберемся, какими же приборами располагает промышленность с точки зрения их работы. Имеется механическое устройство, оптическое, лазерное и электронное. Первый тип – самый дешевый и простой, но имеет самую низкую точность, поэтому подойдет, скорее всего, только для изучения, а не для серьезных разработок.Электронный удобен тем, что имеет устройство для считывания и обработки результатов, то есть геодезист должен только правильно его выставить, а остальное сделает машина. Но самым распространенным считается оптический теодолит, в нем приятно сочетаются цена и качество измерения, хоть он и не обладает мозгом, как электронный. А вот самым дорогим, но и более совершенным является лазерный, это самый точный прибор и удобный в использовании, однако имеет смысл для постоянных работ с высокими требованиями к качеству результатов.Есть два принципиально отличающихся вида теодолитов по конструкции корпуса, а именно, подвижности лимба и алидады. В повторительных типах эти элементы можно закреплять поочередно и снимать показания методом последовательных повторений. А вот в простых этого делать нельзя, алидада и ось представляют там одно неподвижное целое, каждое измерение потребует отдельной настройки. Теперь напоследок рассмотрим маркировку инструмента, чтобы не путаться и не ожидать от измерений чего-то большего, чем они могут дать.Марка теодолита включает совокупность цифр и букв, которые будет легко прочитать после нашего небольшого пояснения. В каждом имеется связка буквы "Т" и цифры, это – основа основ и показывает нам, что это действительно Теодолит, а цифры показывают погрешность измерения в секундах, чем они выше, тем больше погрешность. 1 маркирует высокоточные приборы, 2 и 5 – точные, 15 и 30 – технические. Цифра точности стоит после буквы "Т", а если какой-то номер стоит перед этой литерой, она обозначает поколение прибора, то есть его модификацию в заявленной категории предложенной марки.

После точности идут еще несколько букв, они обозначают особенности конструкции и исполнения. (М – маркшейдерское назначение, Э – электронный, А – автоколлимация, П – дает прямое изображение, К – имеет компенсаторы).

Строение теодолита – требования перед началом работы

Измерение вертикальных углов теодолитом и горизонтальных нельзя делать на не проверенном приборе. Кроме специальной отметки или пломбы требуется периодически проверять геометрические параметры, ведь ошибка в пару градусов, а то и меньше, может со временем перерасти в катастрофу для многих людей. А раз работа геодезиста или замерщика другого рода настолько важна, приведем основные требования к инструменту перед началом изысканий.

Важно соблюдать абсолютную вертикальность оси алидады, а также перпендикулярность ее относительно цилиндрического уровня. Далее обращаем внимание на зрительную трубу, визирная ось должна быть ей перпендикулярна, это коллимационное условие, без него вывести четкую систему отсчета будет невозможно. Ось трубы должна быть перпендикулярна оси алидады. Остается проверить насколько измерительная сетка расположена в вертикальной коллимационной плоскости. Как провести проверку этих условий, можно почитать в руководстве, хотя на крупных предприятиях этим занимаются отдельные специалисты.

Измерение углов теодолитом – изучаем марки приборов - фотография 12 - изображение 12

Строение теодолита – требования перед началом работы - изображение 13 - изображение 13

Как пользоваться теодолитом – осваиваем прибор - фото 14 - изображение 14

Что такое теодолит и для чего он нужен - фото 15 - изображение 15

Классификация теодолитов - фото 16 - изображение 16

Как пользоваться теодолитом – осваиваем прибор

Приведем основной принцип, как пользоваться теодолитом, однако приемов, которыми производится профессиональная разметка местности очень много, их надо осваивать на специальных курсах, понять новичку все нюансы со слов будет очень сложно.[manual_editor_2130]

Что такое теодолит и для чего он нужен

Конструктивные характеристики - фотография 17 - изображение 17

Сферы применения устройства - фото 18 - изображение 18

В геодезии наряду с нивелирами часто используются такие аппараты, как теодолиты. С их помощью во время общестроительных работ специалисты измеряют горизонтальные и вертикальные углы.

В основе прибора стоит визирная труба, а также отсчетные круги (горизонтальный и вертикальный). Труба имеет определенную кратность увеличения и работает по принципу подзорной. Она крепится на двух колонках, они же, в свою очередь, закреплены на специальном основании. Оно устанавливается на подставку, называемую трегером.

Содержание

  • Классификация теодолитов
  • Конструктивные характеристики
    • Элементы прибора
    • Особенности электронных моделей
  • Сферы применения устройства

Классификация теодолитов

Устройства различаются по типу точности, сферам использования и конструктивным особенностям. При этом каждая классификация определяет, для чего предназначен теодолит и в каких работах он будет полезнее. По точности они бывают:

  • высокоточными — погрешность составляет менее 1,5'';
  • точными — показатель погрешности колеблется в пределах от 1,5 до 10'';
  • оптическими (техническими) — погрешность от 10'' и выше.

По сфере использования конструкции подразделяются на:

  • Теодолит: поверки, устройство, измерение, назначение и работа - изображение 19 - изображение 19

    автоколлимационные;
  • гироскопические;
  • маркшейдерские;
  • буссольные;
  • геодезические;
  • астрономические.

По конструктивным особенностям оптической системы трубы бывают с обратным или прямым изображениям.

Стоит упомянуть об отличиях теодолита от нивелира. Разница заключается в том, что теодолитом можно выполнять не только горизонтальную нивелировку, но также измерять вертикальные углы.

Конструктивные характеристики

Теодолиты менялись со временем. Самые первые образцы имели в центре угломерного круга линейку на острие иглы, которая свободно на нем вращалась. На линейке имелись вырезы, также на них были натянутые нити, выступающие в роли отсчетных индексов. А центр угломерного круга устанавливался в вершину угла и крепко закреплялся.

При повороте линейки ее совмещали с первой стороной угла, далее брался отсчет по шкале угломерного круга. А потом линейка совмещалась с другой стороной угла, и брался второй отсчет. Разница двух значений соответствует значению угла. С целью совмещения линейки с разными частями угла использовали простые визиры.

В наши дни конструкция прибора значительно усовершенствовалась. Так, для совмещения линейки со сторонами угла используют трубу, которая двигается по высоте и азимуту. Для отсчета также используется специальное приспособление, его современная конструкция, которая в отличие от своих «предков» покрыта защитным кожухом из металла.

Для обеспечения плавных вращений подвижных элементов применяется осевая система, сами же движения регулируются посредством наводящих и зажимных винтов. Теодолит устанавливается на земле на штативе, а центр с отвесной линией совмещен посредством нитяного отвеса или оптического центрира.

Стороны угла, который подлежит измерению, проектируется на плоскость круга с помощью вертикальной движущейся плоскости (коллимационной). Она образуется через визирную ось трубы при ее вращении вокруг своей оси. Визирная ось является воображаемой линией, что проходит через центр нитевой сетки и оптический центр объектива.

Элементы прибора

Теодолит включает в себя такие составные элементы:

  • лимб — это угломерный круг, имеющий деления от 0 до 360 градусов, во время измерений играет роль рабочей меры;
  • алидада — подвижная часть конструкции, которая несет систему отсчитывания по кругу и удерживает визирную трубу;
  • Описание самого теодолита - фотография 20 - изображение 20

    зрительная труба — она прикрепляется подставками к алидадной части;
  • осевая система — помогает двигаться алидадной части и лимбу вокруг оси;
  • вертикальный круг — помогает измерять вертикальные углы;
  • подставка, оснащенная несколькими подъемными винтами;
  • наводящие и зажимные винты подвижных частей. Наводящие также называются микрометренными, а зажимные — закрепительными;
  • штатив и крючок для отвеса, вместе с площадкой под подставку и становым винтом;
  • винт перестановки круга;
  • уровни для вертикального и горизонтального круга;
  • винт фокусировки;
  • микроскопический окуляр для отсчетного прибора.

Вращения в теодолитах имеют три разновидности:

  • движение трубы;
  • лимба;
  • алидады.

Движение трубы и алидады при этом снабжено наводящим и зажимным винтом. Движение лимба может осуществляться разными путями. В теодолитах повторительного типа лимб двигается исключительно вместе с алидадой, а в некоторых моделях лимб двигается посредством двух винтов, которые работают только при зажатом алидадном винте. Есть также варианты, где лимб посредством специальной защелки скрепляется с алидадой, и их совместное вращение регулируется за счет винтов.

Особенности электронных моделей

Электронные теодолиты являются современными приборами для измерения углов. Их применение исключает ошибки при снятии отсчета, поскольку значения отображаются на специальном экране в виде цифр. Отображение осуществляется за счет того, что в горизонтальный и вертикальный круги встроены специальные датчики.

Работать с таким устройством намного проще, чем с обычным. Некоторые электронные модели оснащены дополнительными функциями для автоматизации работы. Однако простые оптические конструкции в некоторых ситуациях все же более предпочтительны:

  • они не нуждаются в подзарядке;
  • способны стабильно работать даже в экстремальных условиях.

А вот устройства электронного типа нельзя использовать в условиях низких температур (менее 30 градусов ниже нуля).

Сферы применения устройства

То, для чего нужен теодолит, определяется его точностью. Основными областями использования прибора являются:

  • геодезические сети сгущения;
  • триангуляция;
  • полигонометрия;
  • прикладная геодезия;
  • промышленность (установка конструкционных элементов машин и механизмов);
  • строительство промышленных объектов и не только.

Использование устройства при возведении многоэтажных домов выглядит так:

  • Теодолит его составные части - изображение 21 - изображение 21

    сначала выставляются колонны;
  • для фиксации вертикального или горизонтального положения определенных конструкций, требуется фиксация углов установки колонны в определенной ее части;
  • оператор, который смотрит в окуляр трубы, видит картинку и так называемое перекрестие, наводящее на контрольные точки;
  • оператор также смотрит и в микроскоп, находящийся на устройстве;
  • здесь можно заметить две шкалы, позволяющие видеть зафиксированные углы.

Так, наводя на разные точки на конструкции, оператор может измерять углы.

В настоящее время теодолит является одним из важнейших приборов для проведения строительных и проектировочных работ. Этот инструмент для многих профильных специалистов (например, геодезистов) является рабочим, и его правильный выбор является залогом успешного результата работы. Приобретая теодолит, нужно помнить о тщательном уходе за его оптическими элементами. Перевозить прибор нужно очень осторожно. Спровоцировать поломку, которую в некоторых случаях нельзя устранить, могут такие факторы, как падение или тряска.

Теодолит: поверки, устройство, измерение, назначение и работа

Основные узлы теодолита - изображение 22 - изображение 22

В настоящее время во многих областях науки, техники и промышленности требуется проводить работы, связанные с привязкой объекта к местности. Это предполагает измерение трёх координат: вертикальных и горизонтальных углов, дальности до стационарного объекта. Они необходимы для подготовки строительных площадок, географической съёмке местности, установке орудийных батарей, зенитных ракетных дивизионов, радиолокационных станций. Особое внимание уделяется этим измерениям на аэродромах. Для решения таких задач применяют различные измерительные устройства. К ним относится теодолит.

Разновидности теодолитов - фотография 23 - изображение 23

Устройство теодолита

Описание самого теодолита

С его помощью производятся достаточно точные измерения горизонтальных и вертикальных угловых величин.

Внешне он выполнен в виде U-образного оптического устройства, расположенного на вращающейся платформе. Платформа устройства выполнена в форме круга, на котором нанесены угловые деления. Кроме горизонтального, имеется в наличии вертикальный круг с такими же угловыми делениями. Для измерения дальности его оснащают различными дальномерами. Современные теодолиты имеют электронные блоки, которые позволяют повысить точность измерений.

Теодолит его составные части

Устройство теодолита основано на законах оптики, механики, электроники.

Принцип измерения горизонтального угла - фотография 24 - изображение 24

Устройство теодолита 2т30

Схема теодолита включает следующие основные части:

  • оптическую часть устройства составляет зрительная труба;
  • два, перпендикулярно расположенных круга (один вертикальный, другой горизонтальный);
  • трагерные системы (позволяющие находится длительное время в устойчивом состоянии);
  • встроенный микроскоп (способ измерения может быть штриховой или шкаловой);
  • специальная поворотная линейка (именуемая алидадой);
  • закрепительный и наводящий винты;
  • регулируемый штатив (с его помощью происходит установка на местности и подготовка прибора к работе).

Основные узлы теодолита

Несмотря на многообразие таких измерительных устройств, строение теодолита сохраняется прежним:

  • визирная труба, которая закреплена между двух вертикальных колонок;
  • отсчётные приспособления (выполнены в форме кругов с нанесёнными по периметру измерительными шкалами);
  • в механических аппаратах отсчётные устройства имеют штриховую или шкаловую систему;
  • оптический отвес (называется «центрир»);
  • настроечное приспособление (называется «кремарьера»);
  • все перечисленные системы устройства расположены на штативе.

Геометрические параметры теодолитов - фотография 25 - изображение 25

Электронный теодолит

Кремарьера теодолита позволяет решать следующий круг задач:

  • жёстко фиксировать положение визирного оптического устройства (это необходимо для точного снятия показаний с лимба);
  • измерять дальность до выбранного объекта;
  • производить точное визирование на объекты не зависимо от дальности;
  • осуществлять регулировку фокусирующей линзы;
  • приводить в строго вертикальное положение главную ось всего аппарата;
  • способствует получению так называемого «мнимого изображения».

Отсчётные приспособления

Эти приспособления позволяют отсчитывать деления лимба устройства вплоть до разрешённых долей. Они делятся на три категории: штриховые, шкаловые, микрометры. Угловая шкала может быть расположена на окружности. В этом случае её называют угломерным кругом или лимбом. У каждого из них угловая цена деления лимба имеет свою величину. В реальных приборах точность деления изменяется в интервале от одного градуса до пяти угловых минут. Размер лимба (диаметр) определяется конструкцией теодолита. Величина может изменяться от 72 мм до 270 мм.

Инструкция по приведению теодолита в рабочее положение - изображение 26 - изображение 26

Отсчётные приспособления

В качестве отсчётного индекса могут использоваться: одиночный штрих, двойной штрих, который носит название бисектор, нулевой штрих, штрих основной шкалы имеющегося лимба.

Самым простым отсчётным приспособлением является верньер.

Уровни

Они необходимы для точной юстировки теодолита относительно его вертикальной направляющей. С их помощью производят замеры углов небольшой величины в вертикальной плоскости. Любой уровень состоит из следующих элементов:

  • небольшой стеклянной колбы, внутри которой находится специальная жидкость;
  • корпуса, которые предохраняет колбу от механических воздействий.

Они изготавливаются круглые или цилиндрические.

Колбы цилиндрических уровней производят из специального стекла, в состав которого введён молибден. Жидкость внутри колбы является этиловым спиртом. На её поверхность наносят не смываемые штрихи с интервалом в 2 мм. Величина минимального угла наклона в любую сторону, при котором наблюдается смещение пузырька, называется величиной предельной чувствительности.

Измерение теодолитом - фото 27 - изображение 27

Правильная эксплуатация - фото 28 - изображение 28

На поверхность стекла цилиндрических уровней наносят окружности от цента к краю с таким же интервалом.

Разновидности теодолитов

Современные образцы отличаются многообразием конструктивных особенностей. В основу классификации устройств положены следующие признаки:

  • принцип действия;
  • допустимая точность проводимых измерений (типы теодолитов);
  • конструкции;
  • видовым особенностям.

По принципу действия устройства выпускаются:

  • механические;
  • оптические (отсчёт производится на основе оптической системы);
  • цифровые (отсчёт производится с помощью электронных устройств);
  • лазерные (заложен принцип лазерных измерителей).

Типы теодолитов:

  • высокоточные;
  • точные;
  • технические.

Поверки теодолита - изображение 29 - изображение 29

Цифровой теодолит

Конструктивно устройства выполняются двух вариантов: повторительный, неповторительный.

Виды теодолитов бывают:

  • традиционный;
  • с встроенным компенсатором;
  • автокаллимационный;
  • прямого видения;
  • маркшейдерский;
  • электронный.

Сегодня принята следующая система обозначения подобных устройств. Буквами обозначают отношение по принятой классификации:

  • «Т» — наименование устройства, то есть теодолит. Следующие буквы указывают на отношение к определённому классу.
  • М – это, так называемый маркшейдерский теодолит. Их применяют в шахтах, тоннелях, пещерах, горных проходах.
  • К – свидетельствует о наличие специального компенсатора, который всецело заменяет уровни.
  • П – оснащение инструмента зрительной трубой прямого видения (изображение получается не перевёрнутым).
  • А – встроенный автокаллиматор.
  • Э – электронные теодолиты.

Что такое теодолит? Основные части теодолита, принцип работы, применение - фотография 30 - изображение 30

Оптический маркшейдерский теодолит 2Т30М

Высокоточные позволяют производить угловые измерения с допустимой погрешностью в интервале от 0,5 угловых секунд, но не более одной угловой секунды. Второй тип (точные) приборы производят такие измерения с точностью от двух до пятнадцати угловых секунд. Точность технических агрегатов находится в интервале от двадцати до шестидесяти угловых секунд.

Принцип измерения горизонтального угла

Основной принцип измерения угла заключается в определении градусной величины между направлениями на два выбранных объекта. Прежде чем приступить к измерению необходимо повести подготовительные операции, включая горизонтирование.

Далее следует нулевую отметку угломерного круга расположить в направлении на ось измеряемого угла. После этого производят отсчёт угла по шкале горизонтального круга.

Наиболее распространёнными методами измерения считаются:

  • метод последовательных повторений;
  • метод круговых приёмов.

Последовательность реализации первого метода заключается в следующем. Подготовка и установка в указанном месте. Оптический визир наводится сначала на один выбранный объект. Затем его направляют в направлении на другой объект. Перед этим производится предварительная визуальная наводка. Применяя винт фокусировки, одновременно регулируя диоптрийное кольцо, производят точное наведение на каждый объект. Точность операции оценивают, используя вертикальные нити. Закрепив направление на первый объект, считывают показания, нанесённые на горизонтальном круге. Далее ослабляют закрепляющий винт, переводят направление оптического устройства на второй объект. Повторяют операцию фиксации данных. С него считывают показания и фиксируют.

Второй метод пригоден для измерения горизонтальных углов, находясь в одной точки. Используя алидаду, устройство ориентируют на первый выбранный объект и устанавливают нулевые показания лимба. Далее перемещают зрительную трубу в выбранном направлении (по часовой стрелке). По данным горизонтального круга считываю показания. Расчёт итогового результата производится с учётом установленной погрешности конкретного прибора.

Геометрические параметры теодолитов

Под геометрическими параметрами понимается строгое соблюдение геометрического положения каждого элемента теодолита.

Такими параметрами являются:

  • Положение цилиндрического уровня (располагается перпендикулярно оси грандштока).
  • Направление линии вращения (вертикальная по отношению к линии самого грандштока).
  • Ориентация центральной оси визирной трубки (горизонтирована, не зависимо от направления и величины угла поворота).
  • Ориентация зрительной трубы и грандштока (всегда взаимно перпендикулярны).

Инструкция по приведению теодолита в рабочее положение

Подготовка устройства является очень важным этапом перед проведением измерений.

Центрирование

Действие предполагает предварительный выбор, последующую установку теодолита точно над центром известного геодезического пункта. Обычно его проводят, используя оптический центрир. В иных случаях используют обычный строительный отвес.

Горизонтирование

Предполагает установку горизонтального круга, используя показания уровней в горизонтальное положение.

Информация о теодолите - фото 31 - изображение 31

Горизонтирование теодолита

Его выполняют, завершив дополнительную проверку уровня алидады. Регулировку производят подъёмными винтами.

Фокусировка

Фокусировка устройства предполагает установку чёткого изображения. Точность установки оценивается по чёткости наблюдаемой сетки нитей. Её проводят медленным изменением положения диоптрийного кольца. Перемещение продолжается, пока не будет получено отчётливое изображение каждой нити.

Измерение теодолитом

Измерения горизонтальных и вертикальных углов производят на проверенном устройстве. Перед проведением измерений необходимо проверить плавность движения всех движущихся частей аппарата. Производят поворот алидады устройства, винтов, кремарьеры. Снижение возможных погрешностей достигается при вращении алидады в выбранном направлении. Движения должны быть плавные без резких рывков. Не целесообразно проводить возвратно-поступательные движения.

Перед тем, как приступить к измерениям угла в горизонтальной плоскости, устройство устанавливают вертикально над точкой отсчёта. Затем производят необходимые подготовительные действия. Для получения хороших результатов следует повторить эти действия несколько раз. Это позволит устранить возможные ошибки и неточности, которые могут негативно повлиять на результат измерений.

Процессы измерения углов в разных плоскостях принципиально отличаются. Эти отличия заключаются:

  • Горизонтальный угол вычисляется как арифметическая разность между измеренными величинами. Вертикальный угол определяется между плоскостью и величиной подъёма зрительной трубы.
  • Измерение горизонтального угла производится на заранее выбранных участках круга, измерение вертикального производится без проведения перестановок.
  • Число приёмов определения горизонтальных углов превышает это число для вертикальных углов.

Обработка проведенных измерений заключается в проведении расчётов средних значений. Результат вычитают из других результатов. Таким образом получают «приведенное направление». В качестве подтверждающего контроля точности проведенных измерений используется оценка коллимационной ошибки. Она получается на основании имеющихся паспортных данных о точности теодолита.

Если необходимо получить боле точные вычисления можно воспользоваться методами теории вероятности и математической статистики. Вычислить математическое ожидание и дисперсию.

Правильная эксплуатация

Соблюдение правил эксплуатации теодолита позволит не допустить серьёзных ошибок при проведении измерений. Эти правила включают последовательность действий на различных этапах эксплуатации аппарата:

  • во время хранения;
  • при подготовке к работе;
  • во время проведения измерений;
  • последовательность оценки полученных результатов;
  • порядок сборки теодолита после работы.

Части теодолита и принципы их работы - фотография 32 - изображение 32

Применение теодолита

Особое внимание следует уделять всем этим правилам в особых условиях окружающей среды: температуре, влажности, силе ветра, освещённости. Практически все теодолиты имеют интервал разрешённых для эксплуатации температур от -25 °С до +50 °С любой влажности. Однако следует помнить, что слишком низкие или высокие температуры влияют на точность снимаемых показаний.

Поверки теодолита

Как и любой измерительный прибор, теодолит должен периодически проверяться. Эта операция в метрологии называется поверкой. Периодичность поверки для каждого типа теодолитов устанавливается индивидуально. В каждую поверку входит перечень наиболее важных параметров, влияющих на точность измерений.

К этим параметрам устройств относятся:

  • механические (отсутствие деформации на основных механических деталях, сохранность шкал измерения, надёжность резьбовых соединений, отсутствие элементов коррозии);
  • характеристики оптической системы устройства;
  • геометрические параметры измерительных элементов;
  • работоспособность цилиндрического или кругового уровня алидады;
  • величина коллимационной ошибки;
  • равенство длины всех элементов штатива;
  • точность положения и фокусировка сетки нитей;

Во время проведения поверок производят регулировку параметров устройства оказавшихся за границами допуска.

Что такое теодолит? Основные части теодолита, принцип работы, применение

Классификация - изображение 33 - изображение 33

Геодезия – одна из древнейших наук на Земле. С 17 века ученые начали изобретать первые высокоточные измерительные приборы, в числе которых был и теодолит. Что такое теодолит? Для чего он необходим? Почему теодолиты применяются и по сей день? Попробуем разобраться с этими вопросами.

Информация о теодолите

Теодолит – высокоточный геодезический прибор, предназначенный для измерения углов (горизонтальных и вертикальных) при топографической съемке. Теодолит имеет U-образную форму и располагается на специальной подставке.

Подготовка к работе - изображение 34 - изображение 34

Части теодолита и принципы их работы

В конструкции каждого угломерного прибора предусмотрены нижеперечисленные основные части:

  • Зрительная труба с увеличением определенной кратности, закрепленная на трегерных колонках. В нее смотрит наблюдатель.
  • Вертикальный и горизонтальный (лимб) круг, по которым производится отсчет.
  • Микроскоп (шкаловой или штриховой) для снятия показаний с кругов.
  • Поворотная линейка с нанесенными на нее штрихами, жестко скрепленная с лимбами (алидада).
  • Винты наводящие и закрепительные, позволяющие плавно настраивать и закреплять положение прибора.
  • Центрир, или оптический отвес, позволяющий определять точное положение прибора над точкой местности.
  • Штатив для установки теодолита.

Измерение углов - изображение 35 - изображение 35

Классификация

По принципу работы теодолиты подразделяются на оптические, лазерные, цифровые и фотографические.

Что такое теодолит оптический? Это наиболее точный и надежный угломерный прибор, который не требует при работе элементов питания и является самым неприхотливым в эксплуатации. Отсчеты производятся по угломерной шкале. Внутренняя память отсутствует, поэтому обычно ведется полевой дневник наблюдений.

Что такое теодолит лазерный? Это угломерный прибор, в основе действия которого лежит использование лазерных лучей, применяемых в качестве точных указателей. Измерительный инструмент и зрительная труба представляют единое целое. Измерения производятся в автоматизированном режиме и отображаются на дисплее.

Сферы применения - фотография 36 - изображение 36

Что такое теодолит цифровой? Основу этого прибора составляют штрих-кодовые диски, которые пришли на замену обычным кругам. Измерения выполняются автоматически. Обычно в конструкции предусмотрено запоминающее устройство, которое хранит все данные об измерениях. Теодолиты с ЖК-дисплеем и элементами питания могут применяться при низких температурах.

Фототеодолиты – самостоятельный класс угломерных приборов. Угломерный прибор конструктивно соединен с фото- или кинокамерой. Применяются для определения координат или траекторий движения объектов.

По конструкции теодолиты подразделяются на простые и повторительные. В простых приборах алидада вращается независимо от лимба. В повторительных они могут вращаться независимо либо совместно.

По точности угломерные приборы подразделяются на три типа:

  • Высокоточные (погрешность не более 1 секунды).
  • Точные (от 2 до 10 секунд).
  • Технические (от 0,25 до 0,5 минуты).

Подготовка к работе

Для измерений выбирается опорная точка, над которой с высокой степенью точности устанавливается прибор. В случае подземной съемки, которая имеет место при маркшейдерских работах, теодолит устанавливают под ней.

Работа с теодолитом - фотография 37 - изображение 37

Зрительная труба должна располагаться на уровне глаз наблюдателя. Теодолит устанавливают над точкой на глаз путем перемещения штатива, а затем точно при помощи оптического или нитяного отвеса. Три винта горизонтальной платформы помогают установить горизонтальное положение прибора над точкой. Чтобы вертикальная ось прибора совпадала с линией отвеса, в центральное положение приводится пузырек цилиндрического уровня.

Далее прибор закрепляется, проверяется правильность его установки: теодолит вращают вокруг осей и наблюдают положение пузырьков круглого и цилиндрического уровней. Одно деление по шкале уровня является максимально допустимым. Сетка нитей, штрихи лимбов и шкалового микроскопа должны четко просматриваться в зрительной трубе.

Измерение углов

Измерение горизонтальных углов теодолитом происходит следующим образом. Алидада отводится влево примерно на 30-40 градусов и закрепляется. С помощью наводящего винта перекрестье сетки нитей наводится на точку визирования. Снимаются показания теодолита. Далее винт крепления ослабляется и наводится на другую точку, и снимаются показания. Чтобы повысить точность измерений, необходимо провести повторную съемку. Зрительная труба переводится через зенит, снимаются отсчеты. В камеральных условиях вычисляется средний результат измерений. Погрешность результата при повторных съемках не должна быть больше двойной точности прибора. Вертикальные углы измеряются аналогично, но с применением вертикального круга.

Устройство теодолита - фото 38 - изображение 38

Сферы применения

Применяется теодолит в геодезии, топографии, при строительных работах и в прочих областях, где требуется высокая точность измерений. Теодолиты необходимы:

  • При построении геодезической сети методом триангуляции, полигонометрии.
  • При составлении топокарт и планов.
  • При общестроительных работах (фиксация отвесного или горизонтального положения конструкции).

Теодолит – один из важнейших геодезических приборов, отличающийся высокой точностью измерений и мультифункциональностью. С его помощью можно измерять вертикальные и горизонтальные углы. Он незаменим при работах, где требуется четко определить положение отвесной линии.

Работа с теодолитом

Строение и принцип работы теодолита - фото 39 - изображение 39

Работа с теодолитом – тема настоящей инструкции. Ниже поэтапно приведена методика измерения углов теодолитом, аккуратное выполнение пунктов которой обеспечит получение точных результатов. Настоящая инструкция предполагает, что пользователь обладает начальными знаниями о том, как работать с теодолитом, знаком с основными узлами и принципом работы прибора.

Подготовка теодолита к работе

Измерение горизонтальных углов теодолитом предполагает установку прибора в вершине определяемого угла. Для этого сначала ставят штатив так, чтобы центр площадки для установки штатива был примерно над точкой, а плоскость площадки – горизонтальна. Только после этого теодолит закрепляют на штативе, центрируют и горизонтируют прибор.

Центрирование теодолита - это проецирование оси вращения алидады и лимба по отвесной линии на вершину определяемого угла с точностью для механического отвеса ± 5 мм, ± 1-2 мм для оптического отвеса. Сначала проводится центрирование штатива с помощью механического отвеса с точностью 10-15 мм. При этом необходимо установить штатив горизонтально, чтобы регулировка подъемных винтов позволила произвести горизонтирование прибора. При установке прибора на штатив, производим окончательное центрирование теодолита, передвигаем оптический теодолит, ослабив становой винт.

Горизонтирование теодолита – это последовательное горизонтирование плоскости лимба горизонтального угломерного круга (ГУК) и приведение вертикальной оси вращения в отвесное положение. Процесс горизонтирования контролируется по цилиндрическому уровню алидады ГУК и производится посредством подъёмных винтов теодолита.

Поворачивая алидаду, направляют ось уровня по двум подъёмным винтам и перемещают пузырёк уровня в центр. Затем следует повернуть алидаду на 90? и, используя третий подъёмный винт, вновь перевести пузырёк в центр. Действия необходимо повторять до тех пор, пока пузырек не станет сходить с середины при всех позициях алидады горизонтального круга. Допустимое его отклонение не больше двух делений шкалы цилиндрического уровня.

Поиск по сайту - фото 40 - изображение 40

Горизонтирование теодолита

Для получения достоверного результата работа с теодолитом требует соблюдения двух геометрических условий:

1. Ось вращения прибора находится в вертикальном положении;

2. Ось цилиндрического уровня - в горизонтальном положении.

Измерение горизонтального угла теодолитом Визирование

Визирование – совмещение центра сетки нитей с точкой.

Сетка нитей – это стеклянная пластина с нанесёнными на нём линиями (характер их нанесения может быть разным). Пересечение средних линий называют центром сетки нитей Z.

Устройство теодолита и работа с ним - фотография 41 - изображение 41

Наведение центра нитей на точку

Для визирования теодолита на точку необходимо:

1. Закрепить лимб.

2. Открепить алидаду для того, чтобы по грубому визиру, расположенному наверху зрительной трубы, установить прибор примерно на искомую точку.

3. Закрепить алидаду.

4. Для наблюдения установить зрительную трубу так, чтобы сетка нитей имела резкое изображение. Эта операция называется установкой по глазу и производится вращением окулярного колена.

5. Установить зрительную трубу так, чтобы точка визирования была видна наилучшим образом. Эта операция называется установкой по предмету и производится вращением кремальеры.

6. Навести центр сетки нитей точно на точку визирования посредством наводящих винтов алидады и зрительной трубы. Если вертикальный круг оказывается с правой стороны от трубы, если смотреть со стороны окуляра, говорят "круг право" (КП). Если вертикальный круг оказался слева – "круг лево" (КЛ).

Измерение горизонтального угла β

Измерение горизонтального угла теодолитом предполагает установку прибора в вершине измеряемого горизонтального угла (т.н. станция), а рейки на станциях n+1 и n–1.

Перекрестие сетки нитей совмещают с самой нижней видимой точкой рейки так, чтобы вертикальная нить совпадала с осью рейки.

Затем выполняют следующую последовательность действий (первый полуприём):

1. Наводят центр сетки нитей на вершину заднего (правого) угла (n – 1) и снимают отсчёт по лимбу горизонтального круга - отсчёт а1;

2. Наводят на вершину переднего (левого) угла (n + 1) снимают отсчет а2;

3. Нпределяют значение угла при круге лево βкл = а1-а2.

Принцип работы теодолита - фото 42 - изображение 42

Измерение горизонтального угла на станции n:

β – горизонтальный угол

До начала второго полуприёма (КП) разблокируют зрительную трубу и переводят через положение зенита. Затем разблокируют алидаду и поворачивают прибор на 180° , проводят измерения при КП. При втором полуприёме (КП) визирование и измерения производят аналогично, различия в значениях угла в двух полуприёмах (С) не должно превышать двойной точности прибора (t): С < 2t.

Принцип работы теодолита - фото 43 - изображение 43

Измерение горизонтального угла β на станции n (КЛ):

n – станция

n–1 – вершина заднего угла

n+1 – вершина переднего угла

а1 – отсчёт на вершину заднего угла

а2 – отсчёт на вершину переднего угла

Вычисление горизонтальных углов

При выполнении условия расхождения в значениях угла, полученных за два полуприёма, средний горизонтальный угол рассчитывают по формуле: βср = (βКЛ + βКП) /2.

Лимб горизонтального угломерного круга оцифрован всегда от нуля до 360? через 1?, слева направо.

Отсчёт по горизонтальному кругу берут следующим образом:

· считывают по шкале алидады количество градусов отсчётного штриха (по рисунку – 125°);

· считывают минуты слева направо от нуля, учитывая, что цена деления на шкале ГУ – 5´ (по рисунку – 07´).

Принцип работы теодолита - фотография 44 - изображение 44

Отсчётный микроскоп теодолита RGK TO-15:

отсчёт по ГУК – "125°07´"

отсчёт по ВУК – "-0°35´"

Измерение вертикального угла теодолитом

Измеренный угол наклона может иметь как положительное, так и отрицательное значение, изменяясь от -90° до 90°.

Работа с теодолитом требует проводить горизонтирование алидады каждый раз при отсчёте. Горизонтальным считается положение, когда пузырёк цилиндрического уровня алидады или трубы расположен посередине ампулы. Однако, даже при нахождении пузырька в центре ампулы линия нулей отсчётного устройства может находиться под небольшим углом по отношению к линии горизонта, который называется место нуля вертикального круга (М0).

Важной чертой измерения вертикальных углов является необходимость учёта места нуля вертикального круга. Для этого при создании съёмочного обоснования снимают отсчёты по вертикальному угломерному кругу (ВУК) при КЛ и КП, а при тахеометрической съёмке - на каждой станции перед началом работы определяют место нуля.

При измерении вертикальных углов теодолитом центр сетки нитей переводят на высоту инструмента, ранее отмеченную на рейке. Высоту инструмента определяют с помощью листа белой бумаги и рейки, приставляя её почти вплотную к окуляру. Пользователь при этом должен вести наблюдение в объектив. Лист передвигают по рейке, пока он не закроет ровно ½ поля зрения. Высоту инструмента на рейке удобно отмечать тонкой круглой резинкой.

Сначала снимают отсчёт, визируя при круге лево. Затем, переведя трубу через зенит, визируют и снимают отсчёт при круге права.

Существует несколько способов оцифровки лимба вертикального угломерного круга (ВУК). У теодолита RGK TO-15 (TO-05) оцифровка секторная, при которой ВУК разбит на 4 сектора по 90°, из которых два сектора имеют положительную оцифровку, а два других – отрицательную.

Для взятия отсчёта:

· считывают количество градусов отсчётного штриха (по рисунку – "-0°");

· считывают минуты – если вверху стоит "-0" – по отрицательной шкале от нуля до отсчётного штриха, если вверху стоит "+0" – по положительной шкале от нуля до отсчётного штриха (по рисунку – "-35?").

Далее проводят вычисление вертикального угла. При этом отсчёты от 0° до 90° соответствуют измеряемому положительному вертикальному углу.

Вычисление вертикальных углов

После снятия отсчётов рассчитывают вертикальный угол через М0, либо по результатам двух отсчётов, полученных при визировании на цель в двух положениях зрительной трубы (КЛ и КП).

Расчётные формулы для секторной оцифровке лимба вертикального круга от нуля в обе стороны – по ходу и против хода часовой стрелки (RGK TO-05 и TO-15):

М0 = (КП + КЛ)/2; v = МО-КП; ν=КЛ−М0

При расчёте по этим формулам не обязательно добавлять 360°.

Измерение расстояний теодолитом

В этом разделе рассмотрим, как работать с теодолитом для измерения расстояний. В сетке нитей зрительной трубы теодолита имеются два дополнительных горизонтальных дальномерных штриха, расположенных по обе стороны от центра сетки нитей на равных расстояниях. Наличие этих штрихов позволяет производить измерение теодолитом расстояния D от прибора до рейки.

Для этого по рейке определяют величину дальномерного интервала n в сантиметрах, умножая полученное число на 100, затем полученное значение из сантиметров переводят в метры (дальномерный коэффициент зрительной трубы, как правило, равен 100) , т. е.

D = K*n = 100*n

В случае, приведенном на рисунке:

· отчет по верхнему дальномерному штриху – 1747 мм;

· отчет по нижнему дальномерному штриху – 1856 мм.

Дальномерный интервал n равен разности отчетов по нижнему и верхнему дальномерным штрихам.

n = 1856 - 1747 = 109 мм = 10,9 см.

По формуле вычисляем расстояние: D = 100*10,9 см = 1090 см = 10,9 м

Для измерения теодолитом расстояний при помощи нитяного дальномера относительная ошибка обычно составляет от 1/100 до 1/300.

Принцип работы теодолита - фото 45 - изображение 45

Измерение теодолитом расстояния по дальномерным штрихам

В настоящее время наряду с топографическими картами для изучения местности и ориентирования на ней широко используются фотоснимки, получаемые путем фотографирования местности с самолета или какого - либо другого летательного аппарата. Такие изображения местности называются аэрофотоснимками или сокращенно аэрофотоснимками. Процесс фотографирования земной поверхности с самолёта называется аэрофотосъемкой или воздушным фотографированием.

Промежуток времени от начала фотографирования местности до получения аэрофотоснимков обычно сравнительно небольшой, поэтому по аэрофотоснимкам можно получить более свежие и достоверные данные о местности, чем по топографической карте. Преимущество аэрофотоснимка по сравнению с картой заключается еще и в том, что на нем получается подробное изображение всего, что имелось на местности в момент фотографирования, включая и временно находящиеся на ней различные предметы (объекты).

Если сфотографировать местность, на которой происходят боевые действия войск, то по полученному аэрофотоснимку можно обнаружить места расположения и сосредоточения войск и боевой техники, начертание траншей и противотанковых рвов, огневые позиции артиллерии и многие другие данные о противнике, необходимые для принятия решения при организации и ведении боя. Таким образом, аэрофотоснимки являются одним из средств разведки.

Виды аэрофотоснимков. В момент фотографирования земной поверхности фотоаппарат может занимать отвесное или наклонное положение, в зависимости от этого различают два вида аэрофотосъемки - плановую и перспективную. Фотографирование местности при отвесном (вертикальном) положении аэрофотоаппарата называется плановой съемкой (рис.1), а аэрофотоснимки, полученные при такой съемке - плановыми.

Если же в момент фотографирования аппарат находится в наклонном положении, то такая съемка называется перспективной (рис.2), а полученные аэрофотоснимки - перспективными. На перспективных аэрофотоснимках изображается местность, расположенная в момент фотографирования впереди самолета или в стороне от него. Поэтому местные предметы на них изображаются так, как видны в натуре. При этом изображения местных предметов на переднем плане аэрофотоснимка будет более крупным, чем на дальнем плане.

Принцип работы теодолита - фото 46 - изображение 46

Рис.1 Плановая аэросъёмка.

Принцип работы теодолита - фото 47 - изображение 47

Рис.2 Переспективная аэросъёмка.

Достоинством перспективных аэрофотоснимков является то, что по ним легко опознать изображенные местные предметы, особенно расположенные на переднем плане, и получить общее представление о сфотографированной местности. Однако детально изучить местность по перспективным аэрофотоснимкам нельзя, так как часть сфотографированной местности на них не просматривается — она закрыта предметами, расположенными на переднем плане.

Например, на рис.3 видна только часть реки, а дальше, за поворотом, она закрыта населенным пунктом. Не видны, будут также предметы, расположенные за возвышенностями, дороги в лесу и т. д. Кроме того, масштаб перспективного аэрофотоснимка в различных его частях разный: на переднем плане масштаб крупнее, чем на дальнем, поэтому производить измерения по такому аэрофотоснимку сложно.

Принцип работы теодолита - фото 48 - изображение 48

Рис.3 Переспективный аэрофотоснимок.

Практически в войсках, особенно при решении задач командирами подразделений, чаще используются плановые аэрофотоснимки (рис.4), на которых все местные предметы изображаются так, как они видны сверху. При этом если на аэрофотоснимке сфотографирована относительно ровная местность, то размеры местных предметов, независимо от того, в какой части аэрофотоснимка они расположены, уменьшаются при изображении на аэрофотоснимке примерно в одинаковое число раз, т. е. масштаб такого снимка практически одинаков на всей его площади.

На плановых аэрофотоснимках в отличие от перспективных можно рассмотреть весь участок сфотографированной местности. Они позволяют изучить местность с большой подробностью и производить необходимые измерения практически так же, как на карте. Однако опознавание местных предметов на плановом аэрофотоснимке затруднено тем, что изображение предметов получается в непривычном виде. Поэтому, чтобы изучать местность по плановым аэрофотоснимкам, надо знать отличительные признаки предметов, а также уметь определять масштаб аэрофотоснимка и производить по нему измерения.

Принцип работы теодолита - фото 49 - изображение 49

Рис.4 Плановый аэрофотоснимок.

Масштаб планового аэрофотоснимка. Масштабом аэрофотоснимка, как и карты, называется отношение, показывающее, во сколько раз изображение линейных отрезков местности на аэроснимке меньше этих же отрезков на местности. Он может быть определен одним из следующих способов.

Непосредственным измерением длин отрезков на местности и аэроснимке. Для этого необходимо измерить на местности по прямой линии расстояние между двумя местными предметами, которые четко опознаются на аэроснимке (перекрестки дорог, мосты на дороге, перекрестки улиц в населенном пункте, просеки в лесу и т. п.).

Измерив расстояние между этими же предметами на аэроснимке и разделив его на измеренную длину линии на местности, получим масштаб аэрофотоснимка. Например, расстояние, измеренное на местности, равно 600 м, на аэроснимке этот отрезок равен 12 см. Разделив 12 см на 60000 см, получим масштаб аэрофотоснимка 1:5000, т. е. 1 см на аэроснимке соответствует 50 м на местности.

По карте масштаб аэрофотоснимка определяется в такой последовательности (рис.5):

Принцип работы теодолита - фото 50 - изображение 50

Рис.5 Определение масштаба аэрофотоснимка по карте.

- находят на аэроснимке и на карте две общие точки: перекресток дорог и угол огорода 2 на северо-восточной окраине Демидове;

- измеряют расстояние между указанными точками на аэроснимке (6 см);

- измеряют расстояние между этими же точками на карте и, пользуясь масштабом карты, определяют, чему оно равно на местности (расстояние на карте масштаба 1:25 000 равно 5,6 см, следовательно, расстояние на местности будет равно 1300 м);

- делят расстояние на аэроснимке (6 см) на расстояние, полученное по карте (1300 м или 130000 см), и получают масштаб аэрофотоснимка 1:21 666.

По известному размеру предмета. Допустим, что на аэроснимке четко опознано изображение моста. Длина моста на снимке равна 2 мм, а указанная на карте—14 м. Следовательно, масштаб аэрофотоснимка будет равен 2 : 14000 = 1:7 000.

Измерение расстоянийний по плановому аэроснимку практически не отличается от измерения расстояний по карте. Трудности заключаются лишь в том, что аэроснимок может иметь необычный по сравнению с картой масштаб (например, 1:7540, 1:20600 и т. п.), что вызывает необходимость каждый раз вычислять расстояния. Для удобства измерения расстояний строят линейный масштаб для данного аэрофотоснимка по тем же правилам, что и для линейного масштаба шагов.

Прямая геодезическая задача состоит в вычислении точки по координатам исходной точки, дирекционному углу и горизонтальному проложению между ними.

Например даны координаты точки 1 х1 = +2120, 80 м, у1 = - 509,25м , s1-2 = 462,80, r1-2 = ЮВ:640 11,. Вычислить координаты точки 2.

По формулам находим:

ΔхАВ = sАВсоs rАВ; ΔуАВ =  sАВ sin rАВ

Δх1-2 = s1-2соs r1-2 = 462,30

Принцип работы теодолита - фотография 51 - изображение 51

(-0,43544) = -201,52 м;

Δу1-2 = s1-2 sin r1-2 = 462,80

Принцип работы теодолита - фото 52 - изображение 52

0,90022 = +416,62 м.

По формуле вычисляем координаты точки 2:

хВ =  хА + ΔхАВ; уВ = уА + ΔуАВ;

х2 = х1 + Δх1-2 = +2120,80 + (-201,52) = +1919,28 м;

у2 = у1 + Δу1-2 = -509,25 + (+416,62) = -92,63 м.

Обратная геодезическая задача состоит в вычислении дирекционного угла и горизонтального проложения по координатам её концов. Пусть координаты точек А и В хА, уА и хВ, уВ известны. По катетам прямоугольного треугольника, можно вычислить дирекционный угол αАВ по формулам:

tg αАВ=

ctg αАВ=

По тангенсу или котангенсу угла, пользуясь таблицами тригонометрических функций, находят градусную величину румба, а по знакам приращений координат определяют его название. Затем по румбу вычисляют дирекционный угол.

Горизонтальное проложение линии вычисляют в соответствии с формулой

sАВ=;

или по теореме Пифагора:

sАВ=

В таблице 1 дана схема решения обратной геодезической задачи по формулам с использованием таблиц натуральных значений тригонометрических функций.

Расхождение значений sАВ1 и sАВ2допускается не более двух единиц последней значащей цифры.

Обратная геодезическая задача имеет большое практическое значение при вычислении длин проектных линий, привязке теодолитных ходов к пунктам государственной геодезической сети, сетей сгущения и съёмочных сетей, для определения направления при отсутствии видимости с пункта на пункт.

Таблица 1. Решение обратной геодезической задачи

Обозначения величин Порядок записей и вычислений Значения величин
ХВ ХА   +1919,28 +2120,80
ХВ - ХА УВ УА   - 201,52 - 92,63 - 509,25
ХВ - ХА tg αАВ rАВ αАВ sin αАВ соs αАВ sАВ1 sАВ2 sААср   +416,62 - 2,06739 ЮВ:64011,2' 1150 48,8' +0,90022 - 0,43544 462,80 462,80 462,80  

Геометрическое нивелирование – это наиболее распространенный способ определения превышений. Его выполняют с помощью нивелира, задающего горизонтальную линию визирования.

Устройство нивелира достаточно простое. Он имеет две основные части: зрительную трубу и устройство, позволяющее привести визирный луч в горизонтальное положение.

Геометрическое нивелирование можно выполнять по следующей схеме:

Принцип работы теодолита - изображение 53 - изображение 53

Рис. 61. Способы нивелирования

При нивелировании из середины нивелир располагают между двумя точками примерно на одинаковых расстояниях (рис.61, а). В точках устанавливают отвесно рейки с сантиметровыми делениями. Их ставят на колышек, вбитый вровень с землей, или на специальный костыль, так как рейка под собственной тяжестью будет давить на землю и отсчет по ней будет меняться. Визирный луч зрительной трубы нивелира последовательно наводят на рейки и берут отсчеты З и П, которые записывают в миллиметрах в журнал нивелирования. Отсчет по рейке производят по средней нити нивелира, т.е. по месту, где проекция средней нити пересекает рейку. Превышение между точками определяют по формуле

h = ЗП

где З – отсчет назад на заднюю точку А; П – отсчет вперед на переднюю точку B.

При нивелировании вперед прибор устанавливают над точкой А (рис. 61, б), измеряют его высоту V и берут отсчет П по рейке в точке В. Превышение определяют вычитанием из высоты прибора V отсчета П.

h = VП.

Высоту передней точки В вычисляется по формуле:

Принцип работы теодолита - изображение 54 - изображение 54

Высоту визирного луча на уровенной поверхностью называют горизонтом инструмента HГИ (рис. 61) и вычисляют

НГИ = НА + З = НА + V.

Место установки нивелира называется станцией. Если для определения превышения между точками А и В достаточно установить прибор один раз, то такой случай называется простым нивелированием.

Если же превышение между точками определяют только после нескольких установок нивелира, такое нивелирование называют сложным или последовательным (рис. 62).

Принцип работы теодолита - фотография 55 - изображение 55

Рис. 62. Последовательное нивелирование.

В этом случае точки С и D называют связующими. Превышение между ними определяют как при простом нивелировании:

Принцип работы теодолита - фотография 56 - изображение 56

Принцип работы теодолита - фото 57 - изображение 57

;

Принцип работы теодолита - фото 58 - изображение 58

;

Принцип работы теодолита - фото 59 - изображение 59

h = ∑З∑П

Такую схему нивелирования называют нивелирным ходом.

Устройство теодолита

Принцип работы теодолита - фотография 60 - изображение 60

Геометрическая схема измерения горизонтальных и вертикальных углов

 

Принцип работы теодолита - фотография 61 - изображение 61

Рис. 15.2 – Геометрическая схема измерения горизонтальных и вертикальных углов
 

Принцип работы теодолита - фотография 62 - изображение 62

Рис. 15.2 – Геометрическая схема измерения горизонтальных и вертикальных углов

Принципиальная схема конструкции теодолита изображена на рис. 15.2. На схеме отображены четыре главные оси теодолита:

-

Принцип работы теодолита - фотография 63 - изображение 63

- вертикальная ось вращения теодолита;

-

Принцип работы теодолита - фотография 64 - изображение 64

- ось цилиндрического уровня;

-

Принцип работы теодолита - изображение 65 - изображение 65

- горизонтальная ось вращения зрительной трубы;

-

Принцип работы теодолита - фотография 66 - изображение 66

- визирная ось зрительной трубы.

 

Принцип работы теодолита - фото 67 - изображение 67

Рис. 15.3 – Схема геометрических осей теодолита

Вертикальная ось вращения теодолита

Принцип работы теодолита - изображение 68 - изображение 68

должна занимать отвесное положение. Приведение вертикальной оси вращения

Принцип работы теодолита - фотография 69 - изображение 69

в отвесное (выделенное) положение выполняется с помощью цилиндрического уровня, продольная ось

Принцип работы теодолита - изображение 70 - изображение 70

которого должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения теодолита

Принцип работы теодолита - изображение 71 - изображение 71

(

Принцип работы теодолита - фото 72 - изображение 72

).

Наведение визирной оси

Принцип работы теодолита - фотография 73 - изображение 73

зрительной трубы теодолита на точку осуществляется путем поворотов подвижной части теодолита вокруг вертикальной оси вращения

Принцип работы теодолита - изображение 74 - изображение 74

и зрительной трубы вокруг горизонтальной оси

Принцип работы теодолита - фото 75 - изображение 75

. Для этого горизонтальная ось вращения зрительной трубы

Принцип работы теодолита - фотография 76 - изображение 76

должна быть перпендикулярна вертикальной оси

Принцип работы теодолита - фото 77 - изображение 77

(

Принцип работы теодолита - фото 78 - изображение 78

), а визирная ось

Принцип работы теодолита - фотография 79 - изображение 79

зрительной трубы должна быть перпендикулярной горизонтальной оси вращения зрительной трубы

Принцип работы теодолита - фотография 80 - изображение 80

(

Принцип работы теодолита - изображение 81 - изображение 81

).

Визирная ось зрительной трубы физически представлена в теодолите перекрестием сетки нитей зрительной трубы. В отличие от трех предыдущих осей визирную ось нельзя пощупать, это не материальное вещь, а «мнимая прямая», проходящая через заднюю главную точку объектива и перекрестие сетки нитей [5, с.87] . Поэтому фактически на точку наводится перекрестие сетки нитей, которое находится на визирной оси

Принцип работы теодолита - фотография 82 - изображение 82

теодолита.

Повороты теодолита вокруг его вертикальной оси вращения

Принцип работы теодолита - изображение 83 - изображение 83

фиксируются по лимбу горизонтального круга

Принцип работы теодолита - изображение 84 - изображение 84

, а повороты зрительной трубы вокруг ее горизонтальной оси вращения

Принцип работы теодолита - фото 85 - изображение 85

- по лимбу вертикального круга

Принцип работы теодолита - изображение 86 - изображение 86

. Для этого горизонтальный и вертикальный круги имеют оцифровку, а с теодолитом и зрительной трубой связаны отсчетные индексы, по которым берутся отсчеты по

Принцип работы теодолита - фотография 87 - изображение 87

и

Принцип работы теодолита - фото 88 - изображение 88

.

Таким образом, принципиальная схема теодолита предполагает выполнение следующих геометрических условий:

1 – вертикальная ось вращения

Принцип работы теодолита - фото 89 - изображение 89

должна занимать отвесное положение;

2 – продольная ось

Принцип работы теодолита - изображение 90 - изображение 90

цилиндрического уровня должна быть перпендикулярная вертикальной оси вращения

Принцип работы теодолита - фотография 91 - изображение 91

;

3 – горизонтальная ось вращения

Принцип работы теодолита - фото 92 - изображение 92

зрительной трубы должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения

Принцип работы теодолита - фотография 93 - изображение 93

;

4 – визирная ось

Принцип работы теодолита - изображение 94 - изображение 94

зрительной трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси вращения

Принцип работы теодолита - изображение 95 - изображение 95

зрительной трубы;

5 – перекрестие сетки нитей должно лежать на визирной оси

Принцип работы теодолита - фотография 96 - изображение 96

зрительной трубы либо находится в коллимационной плоскости.

Коллимационной плоскостью называется плоскость, получаемая при вращении визирной оси

Принцип работы теодолита - фотография 97 - изображение 97

вокруг горизонтальной оси вращения

Принцип работы теодолита - фотография 98 - изображение 98

зрительной трубы.

Устройство теодолита рассмотрим на примере теодолита Т30 (рис. 2). При этом будем использовать термин «теодолит» без указания его модели. Лишь в тех случаях, когда модели имеют какие-либо отличия, будем указывать название модели.

Конструктивно теодолит Т30 состоит из 2-х частей: нижней неподвижной, называемой подставка (иногда называют трегер), и верхней несъемной подвижной части, называемой алидада. Обе части соединены друг с другом посредством вертикальной осевой системы (рис.1, ось

Принцип работы теодолита - фотография 99 - изображение 99

).

Алидада – это часть геодезического прибора, расположенная соосно с лимбом и несущая элементы отсчетного устройства [ 1, ГОСТ 21830-76].

Лимб – это рабочая мера геодезического прибора в виде круговой шкалы, предназначенная для воспроизведения единицы плоского угла [1, ГОСТ 21830-76].

В теодолите Т30 лимб представляет собой круглую стеклянную пластину, на одной из поверхностей которой ближе к краю пластины выгравированы штрихи круговой шкалы, предназначенной для производства по ним отсчетов, как например, по обычной линейке. Только в отличие от линейки, которая всегда прямолинейна, шкала на лимбе круговая, т.е. расположена вдоль окружности.

 

Принцип работы теодолита - фотография 100 - изображение 100

Рисунок 15.4 – Теодолит Т30 и его основные конструктивные элементы: А) штатив и его элементы: 1 – ножка штатива; 2 – головка штатива; 3 – становой винт; 4 – крючок для нитяного отвеса; 5 – нитяный отвес; Б) теодолит и его элементы: 6 – основание подставки (футляра) теодолита; 7 – подъемные винты подставки; 8 – подставка теодолита; 9 – закрепительный винт алидады горизонтального круга; 10 – наводящий винт алидады горизонтального круга; 11 – установочный цилиндрический уровень; 12 – наводящий винт зрительной трубы; 13 – несущие колонки; 14 – рукоятка винта фокусировки зрительной трубы (кремальера); 15 – закрепительный винт зрительной трубы; 16 – коллиматорные визиры; 17 – зрительная труба; 18 – корпус вертикального круга; 19 – посадочный паз для буссоли; 20 – отсчетный микроскоп; 21 – диоптрийное кольцо окуляра зрительной трубы; 22 – объектив зрительной трубы; 23 – диоптрийное кольцо окуляра отсчетного микроскопа; 24 – зеркальце иллюминатора для подсветки оптической системы внутри теодолита; 25 – корпус горизонтального круга;. 26 – наводящий винт лимба горизонтального круга; 27 - закрепительный винт лимба горизонтального круга.

Лимб всегда закреплен на носителе лимба, который называется кругом лимба. Круг лимба – это деталь геодезического прибора, несущая лимб [1, ГОСТ 21830-76] . Различают горизонтальный и вертикальный круги. Первый из них несет лимб, предназначенный для измерения горизонтальных углов, а второй – вертикальных. Часто используют более короткие выражения типа «горизонтальный круг» или «вертикальный круг» вместо более длинных словосочетаний «лимб горизонтального круга» или «лимб вертикального круга». Соответственно, когда речь идет об алидаде, то используют выражения «алидада горизонтального круга» или «алидада вертикального круга», вместо того, чтобы говорить «отсчетное устройство или часть теодолита, предназначенная для взятия отсчетов по лимбу горизонтального круга» или «отсчетное устройство или часть теодолита, предназначенная для взятия отсчетов по лимбу вертикального круга»

Подставка 8 (рис.2) с тремя подъемными винтами 7 жестко скреплена с круглым основанием 6 металлического футляра теодолита. Этим круглым основанием теодолит устанавливается на головку 2 штатива и скрепляется с ней с помощью станового винта 3. В становом винте имеется крючок 4 для закрепления нити 5 отвеса, посредством которого теодолит центрируется над точкой. Штатив со становым винтом, крючком для отвеса и сам отвес не являются конструктивными элементами теодолита, а являются отдельными самостоятельными устройствами.

Верхняя подвижная часть теодолита состоит из корпуса горизонтального круга 25 и двух вертикальных несущих колонок 13, на одной из которых размещен корпус вертикального круга 18. Все эти части выполнены как единое целое и, как указано выше, именуется алидадой горизонтального круга. Следует, однако, заметить, что среди перечисленных выше частей не указана главная – отсчетная система, из-за которой вся верхняя подвижная часть теодолита и называется алидадой. Отсчетная система находится внутри корпуса алидады горизонтального круга.

Между несущими колонками находится корпус зрительной трубы 17 теодолита, выполненный как единое целое вместе с горизонтальной осью трубы (рис.1, ось

Принцип работы теодолита - изображение 101 - изображение 101

). Концы горизонтальной оси закреплены в так называемых лагерах (втулках), расположенных в несущих колонках алидады горизонтального круга.

Зрительная труба имеет внутреннюю фокусировку и является сложным оптико-механическим устройством. Оптическая схема зрительной трубы (рис.3) включает в себя такие оптические элементы как объектив 1, фокусирующую линзу 2, плоскопараллельную пластинку с сеткой нитей 3 и окуляр 4.

 

Принцип работы теодолита - фото 102 - изображение 102

Рисунок 15.5 – Оптическая схема зрительной трубы теодолита Т30

Объективом называется линза или система линз оптического прибора, обращенная к наблюдаемому предмету и строящая действительное обратное изображение этого предмета в своей задней фокальной плоскости [6, Федоров, с.43]. Объектив 22 (рис. 2) находится с того конца зрительной трубы, который имеет больший диаметр.

Окуляр служит для увеличения действительного изображения, образованного объективом, которое совмещено с передней фокальной плоскостью окуляра, и используется как лупа, с той лишь разницей, что через лупу рассматривается предмет, а через окуляр его изображение, построенное объективом [6, Федоров, с.43]. Окуляр 21 (рис. 2) располагается на противоположном от объектива конце трубы и обращен к глазу наблюдателя.

Между фокусирующей линзой 2 (рис.3) и окуляром 4 внутри зрительной трубы размещена сетка нитей, в плоскости которой формируется изображение рассматриваемого предмета. Сетка нитей – это плоскопараллельная пластинка 3 с выгравированными на ней пересекающимися штрихами, которые видны в поле зрения окуляра зрительной трубы (рис.4).

Основные штрихи сетки используются для наведения зрительной трубы в горизонтальной и вертикальной плоскости на наблюдаемую точку или объект. Система двух вертикальных штрихов называется биссектором. Наведение зрительной трубы в горизонтальной плоскости на наблюдаемую точку рекомендуется выполнять с помощью биссектора, поскольку такое наведение всегда более точное, чем по одной нити. Точка пересечения основных штрихов сетки называется перекрестием сетки нитей. Перекрестие сетки нитей используется для визирования на наблюдаемые точки.

 

Принцип работы теодолита - фото 103 - изображение 103

Рисунок 15.6 – Сетка нитей зрительной трубы теодолитов Т30, 2Т30

Фокусирующая линза и плоско-параллельная пластинка с сеткой нитей находятся внутри зрительной трубы и непосредственно для наблюдателя не видны.

Как отмечалось в разделе 2 (стр. 12) мысленная линия, соединяющая перекрестие сетки нитей и заднюю главную точку объектива, называется визирной осью зрительной трубы, а ее продолжение до наблюдаемого предмета или цели – линией визирования. Для правильной установки визирной оси оправа сетки нитей имеет два горизонтальных и два вертикальных исправительных или иначе юстировочных, что одно и то же, винта (рис.4), которые используются при исправлении или юстировке положения сетки нитей. С помощью исправительных винтов плоскопараллельная пластинка, на которой выгравирована сетка нитей, перемещается при исправлении ее положения влево-вправо или вверх-вниз.

Наблюдатель в процессе визирования на цель должен видеть в поле зрения трубы четкие изображения штрихов сетки нитей и рассматриваемого объекта. Операция по обеспечению этого условия называется установкой зрительной трубы по глазу и по предмету.

Четкое изображение штрихов сетки нитей получают путем вращения диоптрийного кольца окуляра 21 (рис.2). Эта операция называется установкой зрительной трубы по глазу и выполняется каждым наблюдателем в зависимости от остроты его зрения перед началом наблюдений и периодически уточняется.

Установку зрительной трубы по предмету или, иначе говоря, фокусировку зрительной трубы, выполняют при помощи рукоятки фокусировочного винта или (другое название) кремальеры 14 (рис.2) при визировании на каждый предмет (при этом перемещается фокусирующая линза 2 (рис.3) внутри зрительной трубы).

Строение и принцип работы теодолита

Принцип работы теодолита - изображение 104 - изображение 104

12Следующая ⇒

Введение

Геодезия – наука об определении формы и размеров Земли, об измерениях на земной поверхности, вычислительной обработке их для построения карт, планов, профилей и для решения инженерных, экономических и других задач.

Геодезия возникла в глубокой древности и развивалась с ростом потребностей человека в жилье, делении земельных массивов, изучении природных богатств и их освоении.

Научно-технические задачи геодезии в обобщенном виде заключаются в следующем:

− определение положения точек в выбранной системе координат;

− составление карт и планов местности разного назначения;

− обеспечение топографо-геодезическими данными нужд обороны страны;

− выполнение геодезических измерений для целей проектирования и строительства, землепользования, кадастра, исследования природных ресурсов и др.

Под съемкой понимают совокупность измерений, выполняемых на местности с целью создания карты или плана. Различают горизонтальную (контурную), вертикальную и топографическую съемки. В результате горизонтальной съемки получают контурный план, на котором изображены только предметы и контуры местности .При вертикальной съемки получают план, на котором горизонталями изображен рельеф участка местности. Топографическая съемка – это совокупность горизонтальной и вертикальной съемок, в результате которых на плане (карте) получают изображение предметов, контуров и рельефа местности.

Съемка выполняется с точек, расположенных определенным образом на местности и положение которых заранее известно. Применяют различный виды съемок.

Горизонтальная съемка

Как правило, горизонтальная съемка является теодолитной съемкой. Теодолитная съемка — топографическая съемка, выполняемая с помощью теодолита и мерных приборов или дальномеров .

Обычно цель теодолитной съемки — получение контурного плана местности — плана, на котором отображена только ситуация, а изображение рельефа отсутствует. Измерение горизонтальных и вертикальных углов при этом осуществляется теодолитом, а измерение сторон — лентами или дальномерами. Теодолитная съемка применяется в равнинной местности, в населенных пунктах, на застроенных участках и проч. Для получения изображения рельефа выполняют нивелирование поверхности по квадратам или магистральным ходам.

Теодолитная съемка разделяется на следующие процессы:

1) создание планового съемочного обоснования;

2) его привязка к пунктам геодезической сети;

3) съемка ситуации.

При этом выделяют полевые и камеральные работы — обработку материалов полевых работ. План топографической съемки составляют по материалам теодолитной съемки в камеральных условиях.

Перед выполнением съемки наземными методами на снимаемом участке местности создается съемочная геодезическая сеть, или съемочное обоснование — геодезическая сеть, предназначенная для непосредственного выполнения топографических съемок. Съемочное обоснование, как правило, создается в виде теодолитных ходов (обычно на застроенной территории), реже — построением микротриангуляции (только на открытой местности). В процессе создания планового съемочного обоснования стороны теодолитного хода стремятся прокладывать по ровным, твердым и удобным для измерений местам. Длина сторон теодолитного хода зависит от масштаба предстоящей топографической съемки и колеблется в пределах от 20 до 400 м, углы наклона могут достигать 5°. Съемка подробностей (ситуации) проводится с опорных точек и линий теодолитного хода, который прокладывается между опорными пунктами триангуляции, полигонометрии или образуется в виде системы замкнутых полигонов (многоугольников). Качество проложенного теодолитного хода определяется путем сопоставления фактических ошибок (невязок) с допустимыми. Погрешность измерения углов в теодолитном ходе обычно составляет 0,5—1'. Точность измерения длин сторон характеризуется относительной погрешностью, составляющей не более 1:2000 их длины.

Имеющую координаты и высоту в соответствующей системе координат и высот и закрепленную на местности точку съемочного обоснования, с которой выполняется съемка данного участка местности, называют съемочной точкой, или станцией. Точку земной поверхности, положение которой определяется относительно станции в процессе съемки, называют съемочным пикетом (иногда — пикетом).

Теодолитная съемка заключается только в горизонтальной съемке, которая сводится к определению планового положения отдельных точек земной поверхности и геопространственных объектов в некоторой системе координат в целях дальнейшего нанесения их изображений на план.

Строение и принцип работы теодолита

Прибор для измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов называется теодолитом. Устройство теодолита основано на законах оптики, механики, электроники.

У первых теодолитов в центре угломерного круга на острие иголки помещалась линейка, которая могла свободно вращаться на этом острие (как стрелка у компаса); в линейке были сделаны вырезы и в них натянуты нити, играющие роль отсчетных индексов. Центр угломерного круга помещали в вершину измеряемого угла и надежно его закрепляли. Поворачивая линейку, совмещали ее с первой стороной угла и брали отсчет N1 по шкале угломерного круга. Затем совмещали линейку со второй стороной угла и брали отсчет N2. Разность отсчетов N2 и N1 равна значению угла. Подвижная линейка называлась алидадой, а сам угломерный круг назывался лимбом. Для совмещения линейки-алидады со сторонами угла применялись примитивные визиры.

Современные теодолиты, сохранив идею измерения угла, конструктивно значительно отличаются от старинных теодолитов.

На Рисунке 1 представлено устройство теодолита.

Принцип работы теодолита - изображение 105 - изображение 105

Рисунок 1 – основные части теодолита

1 – подставка

2 – закрепительный винт лимба

3 – наводящий винт алидады

4 – наводящий винт зрительной трубы

5 – окуляр отсчётного устройства

6 – оптический визир

7 – вертикальный круг

8 – закрепительный винт зрительной трубы

9 – кремальера

10 – исправительные винты уровня

11 – уровень

12 – закрепительный винт алидады

13 – наводящий винт лимба

14 – трегер

15 – подъёмные винты

16 – пружинящая пластина

У оптических теодолитов данного типа отсчётными устройствами являются: штриховой и шкаловой микроскопы. На рисунке 2а показано поле зрения штрихового микроскопа, где кроме делений лимба с ценой деления 10' виден штрих, по которому на глаз оценивают десятые доли наименьшего деления лимба.

Более точные отсчёты даёт шкаловой микроскоп. На рисунке 2б изображена шкала с наименьшим делением лимба 60'. Шкала микроскопа разделена на 12 частей, т.е. одно деление равняется 5'.

Принцип работы теодолита - изображение 106 - изображение 106

Принцип работы теодолита - изображение 107 - изображение 107

Рисунок 2а Штриховой микроскоп

Рисунок 2б Шкаловой микроскоп

Принцип теодолитной съемки заключается в получении неизвестных значений координат и высот требуемой точки, опираясь на точки с известными значениями.

Перед началом съемки теодолит необходимо привести в рабочее положение. Инструмент устанавливается на штативе над точкой с известными координатами и приводится в горизонтальное положение специальными винтами, расположенными на подставке. В окуляр мы видим центр визируемой точки, над которой устанавливаем инструмент, а уровни помогают нам контролировать горизонтальное положение инструмента. Работая зажимными винтами штатива и подставки, добиваемся такого положения, когда инструмент установлен горизонтально над стартовой точкой. В высокоточных инструментах система центрировки – оптическая, в остальных используется отвес на нити.

Далее визиром грубо наводимся на цель, а винтами плавно подводим сетку нитей на центр снимаемого объекта, контролируя процесс с помощью зрительной трубы. Так как инструмент оптический, снять отсчет в тёмное время суток невозможно. Для работы нам понадобится настроить зеркальце таким образом, чтобы в систему попадало как можно больше света. После визирования цели берем отсчет, воспользовавшись окуляром микроскопа.

Поверки теодолита

Поверками теодолита называют действия, имеющие целью выявить, выполнены ли геометрические условия, предъявляемые к инструменту. Для выполнения нарушенных условий производят исправление, называемое юстировкой инструмента.

1. Ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга должна быть перпендикулярна к оси вращения алидады.

Это условие необходимо для приведения оси вращения инструмента (алидады) в рабочее положение, то есть чтобы при измерениях углов она была вертикальна. Для проверки выполнения условия поворотом алидады устанавливают ось проверяемого уровня по направлению каких-либо двух подъёмных винтов и одновременным вращением их в разные стороны приводят пузырек уровня в нуль пункт (на середину ампулы), тогда ось уровня займет горизонтальное положение. Повернем алидаду, а вместе с ней и уровень точно на 180 градусов.

Если после приведения пузырька уровня в нуль пункт и поворота алидады на 180° пузырек уровня останется на месте, то условие выполнено.

2. Одна из нитей сетки должна находиться в вертикальной плоскости.

Поверку и юстировку этого условия можно выполнить при помощи отвеса, установленного в 5—10 м от инструмента. Если поверяемая нить сетки не совпадет с изображением отвеса в поле зрения трубы, то снимают колпачок, слегка ослабляют (примерно на полоборота) четыре винта, крепящих окулярную часть с корпусом трубы, и поворачивают окулярную часть с сеткой до требуемого положения. Закрепляют винты и надевают колпачок. После юстировки вторая нить сетки должна быть горизонтальна.

3. Визирная ось должна быть перпендикулярна оси вращения зрительной трубы.

Это условие необходимо для того, чтобы при вращении трубы вокруг её оси визирная ось описывала плоскость, а не конические поверхности. Визирную плоскость называют также коллимационной. Вертикальный круг вращается вокруг оси вместе с трубой. Для перевода трубы из положения КП в положение КЛ или наоборот надо перевести её через зенит при неподвижном лимбе и повернуть алидаду на глаз на 180°, чтобы можно было наводить трубу на один и тот же предмет при различных её положениях. При этом на том месте относительно лимба, где находится верньер 1, теперь будет расположен диаметрально противоположный верньер 2, а отсчёты числа градусов, взятые по верньеру I до поворота алидады и по верньеру II после поворота алидады на 180°, должны быть одинаковы. Если визирная ось перпендикулярна оси вращения зрительной трубы, то при наведении её при КП и КЛ на удалённую точку, расположенную приблизительно на уровне оси вращения зрительной трубы, по закреплённому горизонтальному лимбу получим верные отсчёты дуги с помощью I (при КП) и II (при КЛ) верньеров. Если же визирная ось не перпендикулярна оси вращения трубы и занимает при КП и при КЛ неверное положение, то в отсчёты по горизонтальному лимбу войдет ошибка, соответствующая повороту визирной оси на угол, называемый коллимационной ошибкой. Проекция этого угла на горизонтальную плоскость лимба меняется в зависимости от угла наклона визирной оси. Поэтому при выполнении этой поверки линия визирования должна быть по возможности горизонтальна.

Юстировка: ослабив слегка один вертикальный, например верхний, исправительный винт при сетке нитей, передвигают сетку, действуя боковыми исправительными винтами при ней до совмещения точки пересечения нитей с изображением наблюдаемой точки.

4. Ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна оси вращения инструмента (алидады).

Это условие необходимо для того, чтобы после приведения инструмента в рабочее положение коллимационная (визирная) плоскость была вертикальна. Для поверки выполнения данного условия приводят инструмент в рабочее положение и направляют точку пересечения сетки нитей на высокую и близкую (на расстоянии 10—20 м от инструмента) точку, выбранную на какой-нибудь светлой стене. Не поворачивая алидады, наклоняют трубу объективом вниз до примерно горизонтального положения её оси и отмечают на той же стене точку, в которую проецируется точка пересечения нитей. Переведя трубу через зенит, при другом положении круга снова направляют визирную ось на ту же точку и подобно предыдущему, наклонив трубу до приблизительно горизонтального положения, отмечают точку. Если обе точки совместятся в одной точке, то условие выполнено.

5. Место нуля вертикального круга теодолита должно быть постоянным.

Для поверки горизонтируют теодолит и 2-3 раза определяют место нуля. Определение места нуля включает визирование на одну и ту же точку при КЛ и КП. При каждом наведении на выбранную точку производят отсчет по вертикальному кругу теодолита. Если нет компенсатора, то предварительно пузырёк уровня при алидаде вертикального круга обязательно устанавливают в нуль-пункт. Если колебания места нуля не превышают двойной точности отсчета по кругу, то можно считать, что поверка выполняется, в исключительных случаях производится дополнительный замер через баланс осей.

1.3 Составление плана горизонтальной съемки

1.4 Вычерчивание плана горизонтальной съемки

Вертикальная съемка

Вертикальная съемка имеет своей целью отображение на планах и картах естественного и искусственного рельефов — совокупности неровностей земной поверхности. Один из способов вертикальной съемки — геометрическое нивелирование. Кроме топографической съемки в практике строительных работ часто возникает необходимость нивелирования некоторых площадей, например при определении объемов земляных работ. Существует два способа геометрического нивелирования поверхности: по квадратам и по магистралям.

Нивелирование поверхности по квадратам применяется на незастроенных территориях. При использовании этого способа с помощью теодолита и мерной ленты или рулетки на местности разбивается сетка квадратов. Вершины сетки квадратов закрепляются кольями, отрезками труб, металлическими штырями и т.п. Размеры квадратов зависят от сложности рельефа и сложности сооружения и могут быть 10, 20, 40 или 50 м.

При малых размерах сетки, если позволяет рельеф участка местности, ее нивелирование осуществляется с одной постановки инструмента (станции). При больших размерах сетки прокладывается нивелирный ход, в который включается некоторое число вершин сетки квадратов, высоты которых вычисляются в результате обработки хода и от которых затем можно будет определить высоты всех остальных ее вершин.

При проложении нивелирного хода может одновременно выполняться съемка сетки квадратов. Преимущество такой организации работ заключается в более высокой производительности труда. Недостаток же состоит в том, что при получении недопустимой невязки требуется не только повторное проложение хода, но и повторное выполнение съемки квадратов.

Принцип работы теодолита - изображение 108 - изображение 108

Рисунок 3 - Нивелирование по квадратам

Рассмотрим в качестве примера рис.3 . На нем изображен проложенный для определения высот сетки квадратов разомкнутый ход технического нивелирования от Рп. 1 до Рп. 2, в который были включены вершины квадратов, помеченные как А, В и С. После камеральной обработки нивелирного хода были получены высоты перечисленных точек А, В и С. После этого выполнялась вертикальная съемка участка. Нивелир был установлен на станции 1 и с него выполнена съемка вершин квадратов, помеченных малыми залитыми кружками. Для этого была установлена рейка на вершину А и взят отсчет а по ее черной стороне. Поскольку высота точки А известна (из обработки нивелирного хода), можно вычислить горизонт прибора ГП, = НА + а. Затем на каждой доступной с данной станции вершине сетки квадратов (помечены залитым кружком) устанавливается рейка и берется отсчет Ь по черной стороне. Высота вершины вычисляется как разность //, = ГП, - Ьг Затем был осуществлен переход на станцию 2 и выполнено определение высот вершин, помеченных незалитыми кружками, после этого — переход на станцию 3 и т.д.

На застроенной территории нивелирование поверхности осуществляется по магистралям и поперечникам к ним. С этой целью по магистральным линиям прокладываются совмещенные теодолитные и нивелирные ходы и осуществляется их привязка к опорной сети.

12Следующая ⇒

Читайте также:Жанры народного творчества: Эпохи, люди, их культуры неповторимы. Каждая из них имеет... Опасности нашей повседневной жизни: Опасность — возможность возникновения обстоятельств, при которых... Социальное обеспечение и социальная защита в РФ: Понятие социального обеспечения тесно увязывается с понятием ... Основные научные достижения Средневековья: Ситуация в средневековой науке стала меняться к лучшему с... Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

©2015-2020 poisk-ru.ru Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.

Устройство теодолита и работа с ним

Принцип работы теодолита - фото 109 - изображение 109

Целью работы является изучение устройства теодолита 2ТЗО, ознакомление с правилами выполнения его поверок и юстировок, а также умение на практике измерять расстояния, вертикальные и горизонтальные углы с помощью этого прибора. Работа выполняется группами по 2–5 студентов. Содержание работы следующее:

1. Изучить устройство теодолита.

2. Выполнить поверки (при необходимости юстировку) теодолита.

3. Научиться пользоваться отсчетным устройством прибора и измерить в лабораторных условиях расстояние, горизонтальные и вертикальные углы, заданные преподавателем.

4. Оформить лабораторную работу на бумаге формата А4 и в назначенный срок представить к защите.

2.2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Теодолит – это прибор для измерения и построения на местности горизонтальных и вертикальных углов.

Наиболее распространены на практике следующие типы теодолитов: теодолиты с металлическими лимбами (обычной конструкции) и оптические теодолиты (теодолиты со стеклянными кругами). Отечественной промышленностью выпускаются теодолиты серий 2Т2, 2Т5, 2Т5К, 2Т2А, 2Т30, 3Т2КП, 3Т5КП и др.

Теодолиты 2Т30 широко применяются при создании съемочных сетей, для теодолитно-тахеометрической съемки, при выполнении инженерно-изыскательских и маркшейдерских работ.

2. Две нивелирные рейки, две вехи.

2.4. УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Необходимо осторожно обращаться с вешками и штативами, так как они имеют острые концы, а также оберегать геодезические приборы от ударов и сотрясений. Переносить приборы нужно в специальных футлярах.

1 – основание; 2 – подъёмные винты; 3 – подставка; 4 – закрепительный винт лимба; 5 – наводящий винт лимба; 6 – закрепительный винт алидады; 7 – наводящий винта алидады; 8 – уровень алидады горизонтального круга; 9 – закрепительный винт трубы; 10 – наводящий винт трубы; 11 – кремальера наведения на резкость; 12 – окуляр трубы; 13 – оптический визир; 14 – кремальера фокусировки трубы; 15 – фокусировочное кольцо окуляра шкалового микроскопа; 16 – вертикальный круг

Рисунок 2.2 – Схема взаимного расположения осей в теодолите:

ZZ1

UU1 – ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга – воображаемая прямая, касательная к внутренней поверхности уровня в его нуль-пункте;

1

WW1 – визирная ось зрительной трубы – воображаемая прямая, проходящая через центр сетки нитей, и оптический центр объектива

Перед началом работ для обеспечения необходимой точности измерения углов выполняют поверки соблюдения геометрических условий, которым должен удовлетворять теодолит. Прежде чем выполнить поверки, теодолит устанавливают на штатив и приводят в рабочее положение (рис. 2.3).

2.5.1.1. Поверка цилиндрического уровня

Ось цилиндрического уровня UU1 при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к основной оси вращения теодолита ZZ1, (рис.2.3).

Выполнение поверки: установить уровень параллельно линии, проходящей через любые два подъемных винта. Привести пузырек уровня в нуль-пункт, вращая эти подъемные винты в разные стороны или навстречу друг другу. Повернуть алидаду на 180°.

Условие считается выполненным, если после поворота пузырек остался в нуль-пункте или отклонился не более чем на 1,5 деления.

Юстировка: определить, на сколько делений пузырек сместился от нуль-пункта (например, на 3 деления). Переместить пузырек исправительными винтами уровня 1 к середине на половину дуги отклонения (на 1,5 деления). Привести пузырек уровня в нуль-пункт подъёмными винтами (еще на 1,5 деления), повторить поверку.

Вертикальная нить сетки при отвесном положении вертикальной оси теодолита должна совпадать с отвесной линией (рис. 2.5а). Если условие не выполнено (рис. 2.5б), необходимо провести юстировку.

Первый способ (по точке): навести край вертикальной нити на какую-либо точку и закрепить лимб и алидаду. Вращая трубу наводящим винтом в отвесной плоскости, необходимо следить за положением вертикальной нити относительно наблюдаемой точки. Условие выполнено, если вертикальная нить проходит через точку. Если условие не выполнено, необходимо провести юстировку.

Второй способ (по отвесу): навести вертикальную нить сетки на нить отвеса (рис. 2.5). Условие выполнено, если нить сетки совпадает с нитью отвеса (рис. 2.5а). В противном случае (рис. 2.5б) необходимо поворачивать окуляр вместе с сеткой до тех пор, пока вертикальная нить сетки не совпадет с нитью отвеса.

Принцип работы теодолита - фото 110 - изображение 110

2.5.1.3. Поверка коллимационной ошибки

11

Коллимационной ошибкой называется угол, на который визирная ось трубы отклоняется от перпендикулярного направления к горизонтальной оси вращения трубы (угол С на рис. 2.7).

Неперпендикулярность визирной оси трубы к горизонтальной оси вращения зрительной трубы вызывается смещением центра сетки нитей в сторону от геометрической оси трубы.

КЛ КП С
142°11¢ 322°17¢

Перевести трубу через зенит и при положении круга (КП) навести трубу на ту же точку. Произвести отсчет по горизонтальному кругу (КП = 322°17¢) и записать в тетрадь.

11 теодолита.

Опустить трубу до горизонта инструмента и отметить на стене проекцию а1 на пересечении сетки нитей. Перевести трубу через зенит. Открепить алидаду и при КЛ навести пересечение сетки нитей на точку А и закрепить алидаду. Опустить трубу до уровня ранее отмеченной точки и отметить проекцию а2 пересечения сетки нитей.

121а2

Второй способ: при КП визируют высоко расположенную точку А. Поворотом трубы в вертикальной плоскости проектируют точку А на заранее установленную горизонтально нивелирную рейку (рис. 2.9) и снимают отсчет а1. Те же действия выполняют и при КЛ и снимают отсчет а2.

1 – а2

После проведения поверок и соблюдения всех геометрических условий, которым должен удовлетворять теодолит, можно приступать непосредственно к полевым работам.

способ приемов.

Станция Положение вертикального круга
А КЛ 227°45¢ 249°06¢
КП 46°45¢ 68°06¢

112

221

ср12

Шкала для вертикального круга имеет 2 ряда цифр со знаком «+» и «–». По шкале от 0 до 6 берется отсчет в том случае, когда показания лимба положительны.

Для этого приводят пузырек уровня при визирной трубе в нуль-пункт и визируют на точку, берут отсчет КЛ, затем на ту же точку при КП.

Если условия не выполняются, проводится юстировка теодолита. Не смещая трубы с наблюдаемой точки при КЛ, наводящим винтом зрительной трубы установить по вертикальному кругу отсчет, равный углу наклона n (при этом горизонтальная нить сетки сместится с наблюдаемой точки). Совместить исправительными винтами сетки нитей 1 (рис. 2.6) горизонтальную нить с наблюдаемой точкой.

Станция МО Угол наклона n
КЛ КП
А 4°29¢ 0°01¢ 4°28¢

2016-11-23683

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 639)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты