Полевые работы при теодолитной съемке

Полевые работы включают в себя рекогносцировку снимаемого участка, прокладку теодолитных ходов и полигонов, их привязку к пунктам геодезической опорной сети и съемку ситуации.

Рекогносцировка представляет собой обход и осмотр местности с целью знакомства с объектами съемки, отыскания пунктов опорной геодезической сети, окончательного выбора местоположения точек теодолитных ходов на местности и уточнения составленного проекта.

Точки теодолитных ходов должны располагаться в местах с хорошим обзором местности; между смежными вершинами теодолитного хода должна обеспечиваться хорошая взаимная видимость. При использовании мерных лент стороны следует располагать по ровным, с твердым грунтом и удобным для измерений линиям местности. Длина сторон теодолитных ходов не должны быть более 350 м и менее 20 м, а углы наклона линий не должны превышать 5˚.

Вершины теодолитных ходов закрепляются на местности в основном временными знаками – деревянными кольями, забиваемыми вровень с поверхностью земли; центр обозначается крестообразной насечкой в торце кола либо гвоздем. В качестве временных знаков могут использоваться также металлические штыри, костыли и трубки либо гвозди, вбитые в пни деревьев, а также валуны, на которых масляной краской наносятся кресты. Для облегчения отыскания точек рядом с ними забивают сторожки – деревянные колья, выступающие над поверхностью земли на 30 – 35 см; на сторожках подписывают номера точек и дату их закладки. Закрепленные точки окапывают канавками либо обкладывают камнями по кругу диаметром 0,8 м.

Прокладка теодолитных ходов и полигонов включает в себя производство угловых и линейных измерений. Перед началом измерений следует произвести поверки и юстировку применяемых приборов.

Горизонтальные углы в теодолитных ходах измеряются техническими теодолитами (Т15, Т30, 2Т30 и др.) одним полным приемом с точностью не ниже 30″. Каждый горизонтальный угол измеряется при двух положениях вертикального круга (КП и КЛ).

Центрирование теодолита над точками осуществляется с помощью нитяного отвеса или оптического центрира с погрешностью не более 5 мм при длинах линий более 100 м.

Длины сторон в теодолитных ходах измеряют компарированными стальными мерными лентами или оптическими дальномерами, обеспечивающими установленную точность. Для контроля каждая сторона измеряется дважды одним из способов: при использовании 20 – метровой мерной ленты либо оптического дальномера – в прямом и обратном направлениях.

Расхождения между результатами двойных измерений длины каждой стороны не должны превышать 1:2000 длины в ходах 1 разряда. Одновременно с линейными измерениями определяют углы наклона v линий.

В измеренные длины вводят поправки за компарирование мерной ленты, ее температуру при измерении и за наклон линии к горизонту.

Съемка ситуации местности.

Съемка ситуации местности заключается в определении положения характерных точек контуров и местных предметов относительно вершин и сторон теодолитного хода.

Результаты измерений при съемке заносят в схематический чертеж – абрис, масштаб которого принимается произвольным.

1. Способ перпендикуляров (ординат или прямоугольных координат) – применяется в открытой местности для съемки контуров вытянутой формы и местных предметов, расположенных вблизи сторон теодолитного хода (рис.3.4,а).

2. Способ полярных координат (полярных направлений) применяется в открытой местности для съемки отдельных местных предметов и характерных точек контуров, удаленных от теодолитного хода (рис.3.4,б).

3. Способ засечек. Для съемки труднодоступных точек в открытой местности выгодно применять способ угловых засечек (рис.3.4,в,г)

4. Способ створов (промеров) применяется в случаях, когда границы ситуации пересекают (рис.3.4,д) стороны теодолитного хода или продолжение сторон, а также для определения положения вспомогательных опорных точек (точка О).

5. Способ обхода применяется в закрытой местности для съемки важных объектов, которые из-за дальности и местных препятствий не могут быть засняты от вершин и сторон основного теодолитного хода. В этом случае вокруг снимаемого объекта (рис.3.4,е) прокладывают дополнительный съемочный ход, который привязывают к основному ходу.

Рис. 3.4. Способы съемки ситуации: а- перпендикуляров; б – полярных координат; в – угловых засечек; е – линейных засечек; д – створов; е – обхода.

Съемка ситуации местности требует от исполнителей тщательности и аккуратности при производстве измерений и ведении записей и зарисовок в полевых журналах. Поскольку абрис служит основным съемочным документом, на основе которого составляется план местности, к составлению абриса следует подходить особенно внимательно.

Камеральные работы при теодолитной съемке.

Обработка угловых измерений и вычисление дирекционных углов сторон. Если в замкнутом теодолитном ходе (полигоне) из n вершин измерены все внутренние углы (рис. 3.5, а), то сумма измеренных углов будет

В то же время теоретическая сумма углов, определенная по известной формуле геометрии, должна быть равна

Разность суммы измеренных углов и теоретической суммы углов полигона называется угловой невязкой хода, т.е.

Величина угловой невязки характеризует точность измерения углов; она не должна быть больше предельно допустимой величины, определяемой по формуле

Если фактическая угловая невязка не превышает допустимой, т.е. выполняется условие

то качество угловых измерений следует признать удовлетворительным. В противном случае тщательно проверяют вычисления и записи в журналах и ведомости и, убедившись в их безошибочности, повторяют полевые измерения всех или отдельных углов полигона.

Рис3.5.Схема вычисления координат вершин полигона.

При выполнении условия угловая невязка распределяется по измеренным углам полигона поровну с обратным знаком. Поправка в каждый угол

Если невязка f_β не делится без остатка на число углов n, то несколько большие поправки вводят в углы с короткими сторонами, так как на результатах таких углов в большей степени сказывается неточность центрирования теодолита и визирных знаков (вех). Поправки δ_β с округлением до десятых долей минуты выписывают со своими знаками в ведомость над значениями соответствующих измеренных углов. При этом во всех случаях должно соблюдаться условие

т.е. сумма поправок должна равняться невязке с обратным знаком.

Алгебраически складывая вычисленные поправки с измеренными углами, получают исправленные углы.

Контролем правильности обработки угловых измерений является равенство

По известному дирекционному углу начальной стороны и значениям исправленных внутренних углов полигона последовательно вычисляют дирекционные углы всех других сторон

или

где β^ПРАВ _{ИСПР i} , β^ЛЕВ _{ИСПР i} - соответственно правые и левые по ходу исправленные углы.

Вычисление горизонтальных проекций сторон. В результате обработки линейных измерений вычисляют горизонтальные проекции сторон.

Вычисление приращений координат и координат вершин теодолитного хода. Приращения координат вычисляются по формулам прямой геодезической задачи.

Знаки приращений координат определяются с учетом четверти, в которой лежит данное направление, т.е. по дирекционному углу стороны.

Поскольку полигон имеет вид замкнутого многоугольника, то теоретическая сумма приращений координат по каждой оси должна быть равна нулю, т.е.

Однако на практике вследствие погрешностей угловых и линейных измерений суммы приращений координат равны не нулю, а некоторым величинам f_x и f_y , которые называются невязками в приращениях координат (рис. 14,б):

В результате этих невязок полигон, который должен быть замкнутым, окажется разомкнутым на величину отрезка 1 - 1′, называемую абсолютной линейной невязкой хода f_АБС. Как следует из рис. 14,б, проекции абсолютной невязки f_АБС. на оси координат являются невязками в приращениях координат f_x и f_y; отсюда

Точность угловых и линейных измерений в теодолитном ходе оценивается по величине относительной линейной невязки

где Р – периметр полигона.

Вычисленная относительная невязка сравнивается с допустимой; при этом должно выполняться условие

где f ^ДОП _ОТН – допустимая относительная невязка, величина которой устанавливается соответствующими инструкциями в зависимости от масштаба съемки и условий измерений; принимается в пределах 1:2000 – 1:1000.

Если относительная невязка допустима то это дает основание произвести увязку (уравнивание) приращений координат раздельно по абсциссам и ординатам. Невязки f_x и f_y распределяются по вычисленным приращениям координат пропорционально длинам сторон с обратным знаком. При этом поправки в приращения координат определяются по формулам

их значения с округлением до сантиметра записывают в ведомости над соответствующими вычисленными приращениями координат. Для контроля вычисляют суммы поправок δ_x и δ_y, которые должны быть равны соответствующим невязкам с обратным знаком, т.е.

По вычисленным приращениям координат и поправкам вычисляют исправленные приращения координат:

Суммы исправленных приращений координат должны быть равны нулю:

По исправленным приращениям и координатам начальной точки последовательно вычисляют координаты всех вершин полигона

Окончательным контролем правильности вычислений координат служит получение координат начальной точки теодолитного хода.

Особенности обработки результатов измерений диагонального (разомкнутого) теодолитного хода.

В общем случае угловую невязку диагонального (разомкнутого) хода вычисляют по формуле

если измерены правые по ходу горизонтальные углы, или по формуле

если измерены левые по ходу углы;

здесь N – число сторон диагонального хода.

где n – число углов в ходе, включая примычные.

Построение плана теодолитной съемки.

Для планов масштабов 1:10 000 и крупнее стороны квадратов координатной сетки принимают равными 10 см.

Построение координатной сетки начинается с расчета необходимого числа квадратов по осям х и у.

Вычерчивание координатной сетки с небольшим числом квадратов выполняется при помощи циркуля и масштабной линейки.

Координатные сетки 50×50 см удобно строить при помощи линейки Ф.В. Дробышева.

Нанесение на план точек теодолитного хода и ситуации. Оформление плана. Нанесение на план точек теодолитного хода производится по их вычисленным координатам.

Нанесение на план ситуации производится от сторон и вершин теодолитного хода согласно абрисам съемки.

3. Геометрическое нивелирование.

1. Сущность и способы геометрического нивелирования.

Нивелированием называется совокупность измерений на местности, в результате которых определяют превышения между точками местности с последующим вычислением их высот относительно принятой исходной поверхности.

Абсолютные высоты точек земной поверхности определяются в Балтийской системе высот, т.е. относительно нуля Кронштадтского футштока.

Пусть известны высота Н_А точки А и превышение h точки В над точкой А. Тогда высота точки В

т.е. высота последующей точки равна высоте предыдущей точки плюс превышение.

Геометрическое нивелирование выполняют с помощью специальных геодезических приборов – нивелиров, обеспечивающих горизонтальное положение линии визирования в процессе измерений, и нивелирных реек.

Различают два способа геометрического нивелирования: вперед и из середины

При нивелировании вперед (рис. 3.6, а) нивелир устанавливают в точке А, отметка которой Н_А известна, таким образом, чтобы окуляр зрительной трубы находился над этой точкой. В точке В отвесно устанавливают нивелирную рейку. С помощью рулетки или рейки измеряют высоту нивелира i, т.е. отвесное расстояние от центра окуляра до точки А, над которой установлен нивелир. Приводят визирную ось нивелира в горизонтальное положеиие и делают отсчет В по рейке. Как следует из рис. 3.6, а,

т.е. при нивелировании вперед превышение равно высоте прибора минус отсчет по рейке. Тогда высота точки В

Величина представляет собой высоту визирного луча нивелира над уровенной поверхностью и называется горизонтом прибора. Отсюда

т.е. высота точки равна горизонту прибора минус отсчет по рейке, установленной в этой точке.

При нивелировании из середины (рис.3.6,б) нивелир устанавливают на одинаковых расстояниях между точками А и В; в этих точках отвесно устанавливают рейки. Приводят визирную ось нивелира в горизонтальное положение, и, последовательно визируя на рейки, берут отсчеты: по задней рейке – а, по передней – b.

Как видно из рис. 3.6, б превышение точки В над точкой А.

т.е. при нивелировании из середины превышение равно отсчету по задней рейке минус отсчет по передней рейке (взгляд назад минус взгляд вперед). Превышение будет положительным при а>b (передняя точка выше задней) и отрицательным при a<b (передняя точка ниже задней). Тогда высота точки В

или

Величина , т.е. представляет собой горизонт прибора. Отсюда .

Рис. 22 Схема геометрического нивелирования.

Рис.3.6. Способы геометрического нивелирования.

Геометрическое нивелирование независимо от способа его выполнения может быть простым и последовательным. Если превышение между двумя точками местности получают в результате одной установки нивелира (с одной станции), то такое нивелирование называется простым. Если нивелирование выполняют с целью передачи отметок на значительное расстояние либо с целью построения профиля местности, то оно производится с нескольких станций; такое нивелирование называется последовательным или сложным.

При последовательном нивелировании линия АВ разбивается на части, каждая из которых нивелируется с одной станции. Установив нивелир на станции 1, берут отсчеты а₁ и b₁ по задней и передней рейкам и определяют превышение точки 1 относительно точки А. Затем заднюю рейку Р₁ из точки А переносят в точку 2, нивелир устанавливают на станции II и, взяв отсчеты по рейкам а₂ и b₂ находят превышение h₂ и т.д.

При последовательном нивелировании образуется нивелирный ход, в котором точки 1,2 . . ., n – 1, являющиеся общими для двух смежных станций (т.е. передними на предыдущей и задними на последующей станциях), называются связующими. Точки установки рейки, расположенные между связующими точками, называются промежуточными (например, точка С); они служат обычно для получения отметок характерных точек рельефа.

Как видно из рис. 3.6, в, отдельные превышения между точками будут равны:

. . . ,

Общее превышение между точками А и В будет равно алгебраической сумме превышений:

Определив превышения между связующими точками, можно последовательно вычислить их отметки:

. . . ,

Если требуется определить отметку только конечной точки хода, то ее вычисляют по формуле

Отметки промежуточных точек вычисляются, как правило, через горизонт прибора ГП после определения отметок связующих точек. Так, отметка промежуточной точки С на станции II будет

где ГП = Н₁ + а₂ = Н₂ + b₂ ; с_пр – отсчет по рейке на промежуточной точке С.

2. Нивелиры, их устройство, нивелирные рейки. Поверки и юстировка нивелиров.

Нивелиры и их классификация.

Нивелиры различаются по двум основным признакам: по точности и по способу приведения визирной оси в горизонтальное положение.

По точности нивелиры делятся на три типа:

1.Н-05 – нивелир высокоточный оптический с определением погрешности не более 0,5 мм на 1 км двойного хода; предназначен для нивелирования 1 и 2 классов.

2.Н-3 – нивелир точный для определения превышений с погрешностью не более 3 мм на 1 км двойного хода; для нивелирования 3 и 4 классов и при инженерно-геодезических изысканиях.

3.Н-10 – нивелир технический для определения не более 10 мм на 1 км двойного хода.

По способу установки визирной оси в горизонтальное положение различают два типа нивелиров:

1.нивелиры с уровнем при зрительной трубе (Н-05, Н-3, Н-10) (рис.3.7);

2.нивелиры с компенсатором (Н-05К, Н-3К, Н-10К, SOKKIA) (рис.3.8).

У нивелиров первого типа зрительная труба и цилиндрический уровень скреплены вместе

У нивелиров с компенсатором (с самоустанавливающейся линией визирования) приближенная установка оси вращения прибора производится по круглому уровню4 после этого в работу включается компенсатор, который автоматически приводит визирную ось в горизонтальное положение.

Рис. 3.7. Нивелир Н-3(с уровнем при зрительной трубе).

1-подъемные винты;2-подставка;3-круглый уровень;4-элевационный винт;

5-кремальера резкости;6-зрительная труба; 7-цилиндрический уровень;

8- визир; 9- закрепительный винт;10-пружинистая пластина.

Нивелир Н-3 состоит из двух основных частей: верхней, подвижной и нижней, представляющей собой подставку с тремя подъемными винтами и пружинящей пластиной. Через втулку пластины проходит становой винт, с помощью которого нивелир закрепляется на штативе. Верхняя часть нивелира состоит из зрительной трубы, с которой жестко связан контактный цилиндрический уровень с ценой деления 15″, и призменного устройства, передающего изображение концов пузырька уровня в поле зрения трубы; это позволяет одновременно наблюдать за рейкой и уровнем. Зрительная труба с внутренним фокусированием имеет увеличение 30,5^х, фокусирование трубы осуществляется кремальерой. Для юстировки цилиндрического уровня в корпусе со стороны окуляра имеются четыре исправительных винта, закрытых крышкой. Для грубого наведения прибора на рейку на корпусе зрительной трубы имеется мушка; точное наведение осуществляется наводящим винтом при зажатом положении закрепительного винта. Предварительная установка нивелира в рабочее положение производится по круглому уровню путем вращения подъемных винтов. Точное приведение визирной оси трубы в горизонтальное положение выполняют с помощью элевационного винта, совмещая изображения концов пузырька уровня.

Рис. 3.8. Нивелир SOKKIA (c компенсатором).

Поверки и юстировки нивелиров.

1. Поверка круглого уровня. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. Действуя тремя подъемными винтами, приводят пузырек круглого уровня в нуль-пункт. Затем поворачивают верхнюю часть нивелира на 180˚ относительно исходного положения. Если после этого пузырек уровня остался в нуль-пункте, то условие выполнено. В противном случае, действуя исправительными винтами уровня, перемещают пузырек к нуль-пункту на половину дуги его отклонения. Затем подъемными винтами вновь выводят пузырек уровня в нуль-пункт и повторяют те же действия до выполнения условия.

2. Поверка сетки нитей. Горизонтальный штрих сетки нитей должен быть перпендикулярен, а вертикальный штрих – параллелен оси вращения нивелира.

Перпендикулярность горизонтального и вертикального штрихов сетки нитей гарантируется заводом-изготовителем. Поэтому поверку удобнее выполнять по вертикальному штриху с помощью отвеса, подвешиваемого на расстоянии 20 –25 м от нивелира. По круглому уровню тщательно приводят ось вращения нивелира в отвесное положение. Зрительной трубой визируют на отвес и совмещают один из концов вертикального штриха сетки с нитью отвеса. Если другой конец вертикального штриха отходит от нити отвеса более чем на 0,5 мм, то производят исправление положения сетки нитей. Ослабив винты пластинки, несущей сетку нитей, слегка поворачивают ее в нужную сторону за счет люфта в отверстиях винтов. Затем зажимают винты и повторяют поверку.

3. Поверка главного геометрического условия.

У нивелиров с цилиндрическими уровнями (Н-3, Н-10) ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы.

Поверка нивелиров с цилиндрическими уровнями выполняется двойным нивелированием «вперед» одной и той же линии длиной 40 – 60 м с разных ее концов. Для этого концы линии АВ (рис.3.9,6) закрепляют кольями. Нивелир располагают над точкой А (рис. 3.9,а), производят предварительную установку нивелира по круглому уровню и измеряют высоту прибора i₁ с точностью до 1 мм. В точке В отвесно устанавливают рейку, с помощью элевационного винта приводят пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт и делают отсчет b₁ по рейке.

Затем меняют местами нивелир и рейку (рис. 3.9, б), измеряют высоту прибора i₂ и берут отсчет по рейке b₂ .

Рис. 3.9. Схема поверки главного геометрического условия.

Для нивелира типа Н-3 при данном расстоянии погрешность в отсчетах по рейкам не должна превышать 4 мм. В противном случае, действуя элевационным винтом, наводят средний штрих сетки нитей на правильный отсчет . При этом пузырек цилиндрического уровня отклонится от нуль-пункта. Тогда с помощью вертикальных юстировочных винтов цилиндрического уровня совмещают изображения концов пузырька уровня, предварительно ослабив боковые винты.

Нивелирные рейки.

Для производства геометрического нивелирования к каждому нивелиру прилагаются две однотипные нивелирные рейки, которые служат мерным прибором для определения превышений.

Нивелирная рейка представляет собой брусок шириной 8-10 см, толщиной 2-3 см и длиной 1,2; 1,5; 3,0; 4,0; 5,0 м. На рабочей поверхности рейки через определенный интервал нанесены штриховые или шашечные деления с надписями арабскими цифрами. Счет делений ведется от нижнего конца (пятки) рейки, устанавливаемой на точке. Нижний и верхний торцы рейки защищены металлической оковкой.

Двухсторонние шашечные рейки имеют основную (черную) и дополнительную (красные) стороны . Дециметровые деления оцифрованы; первые пять шашек каждого дециметра объединены в виде буквы Е, что значительно облегчает отсчеты. На черной стороне нуль совпадает с пяткой рейки.

3.3.3. Техническое нивелирование. Продольное инженерно-техническое нивелирование.