§ 45. Измерение теодолитом магнитного и истинного азимутов направлений

Определение магнитного азимута теодолитом и буссолью» Магнит­ные азимуты можно измерить с помощью ориентир-буссоли, входящей в комплект технических теодолитов. Буссоль устанавливают в спе­циальный паз в верхней части прибора и закрепляют винтом. Магнит­ная стрелка показывает направление магнитного меридиана, от которо­го отсчитывается магнитный азимут ориентируемого направления.

Для измерения магнитного азимута направления теодолит с ориентир- буссолью устанавливают над исходной точкой в рабочее положение. По­ложение магнитной стрелки наблюдают в откидном зеркале. Устанавлива­ют на горизонтальном круге отсчет, равный 0°, освобождают арретиром (фиксирующим устройством) магнитную стрелку буссоли и вращением лимба приближенно наводят зрительную трубу на север. Затем закрепля­ют лимб и вращением наводящего винта лимба точно совмещают север­ный конец магнитной стрелки с нулевым делением шкалы буссоли. При этом линия визирования будет совпадать с направлением магнитного меридиана. Открепив алидаду, визируют зрительной трубой по определяе­мому направлению и берут отсчет по горизонтальному кругу. Значение отсчета будет соответствовать магнитному азимуту направления А_м.

Если известна величина склонения магнитной стрелки 8, то по изме­ренному азимуту А_м можно рассчитать истинный азимут направления как

А = А_м+ &

Определение истинного азимута по Солнцу, Более точным и доста­точно простым является способ определения азимута направления по наблюдениям Солнца на одинаковых высотах. Направление из точки местности на самую высокую точку, занимаемую Солнцем в течение дня, совпадает с южным направлением истинного меридиана.

Тщательно поверенный теодолит за 3 — 4 часа до полудня устанавли­вают над точкой М в рабочее положение (рис. 49), вращением алидады визируют на точку N ориентируемого направления МЫ и берут отсчет по горизонтальному кругу п. Наблюдения начинают в 10—11 часов по местному времени.

На окуляр надевают насад­ку с призмой и светофильт­ром и наводят зрительную трубу на Солнце так, чтобы Солнце располагалось в верх­нем правом углу поля зрения. Закрепляют трубу и с учетом видимого в трубу движения Солнца (на рис. 49 указано стрелками), действуя наво­дящими винтами алидады го­ризонтального круга и зри­тельной трубы, фиксируют момент, когда изображение Солнца коснется одновремен­но вертикальным и средним горизонтальным штрихами

сетки (положение А,). Берут отсчеты по горизонтальному кругу а_; и вертикальному кругу п₁ и фиксируют время наблюдения 1_Г До полу­дня примерно через каждые полчаса повторяют наблюдения (напри­мер, положение В₁, отсчет по горизонтальному кругу Ь₇).

Траектория движения Солнца от зенита к западу примерно симмет­рична кривой пути его подъема в зенит. Поэтому после полудня наблю­дения выполняют в моменты, когда оно находится на высотах, при которых его наблюдали до полудня, но в обратной последовательности. При каждом наблюдаемом положении Солнца (В₂, А₂) берут отсчеты по горизонтальному кругу (Ь₂, а₂).

Отсчеты по горизонтальному кругу, соответствующие наведению зрительной трубы на южное направление меридиана, определятся как

^а1 + я?

где к_1г к₂ — поправки в минутах за счет неравномерного (неполной симметрии траектории) движения Солнца до полудня и после полудня, определяемые по формуле

1М

к =

здесь I — половина промежутка времени в минутах между парными наблюдениями; Д5 — изменение склонения Солнца за 1 минуту време­ни, принимаемое по астрономическому ежегоднику; <р — широта точки наблюдения, определяемая по карте с точностью до десятой доли гра­дуса; 151 — половина времени в минутах между парными наблюдения­ми, исходя из того, что за 1 минуту Земля поворачивается на 15'.

Рис. 49. Схема наблюдений Солнца для определения истинного азимута направления

270°

Если наблюдения выполнялись с 22 декабря по 21 июня, то поправка к берется со знаком «минус», а с 22 июня по 21 декабря — со знаком «плюс».

ПШ IУГЯИУЕ НЗМЕГСШ

Как следует из рис. 49, истинный азимут направления МЫ будет равен:

А_мм=(п-а) + 180V

А_м„ = ( п - Ъ) + 180°.

За окончательное значение азимута принимают среднее. Погреш­ность определения азимута направления рассмотренным способом обыч­но не превышает 1'.

Определение истинного азимута гиротеодолитом. К числу геодези­ческих приборов, предназначенных для автономного определения ис­тинных азимутов направлений, относятся гиротеодолиты (гирокомпа­сы). Гиротеодолит представляет собой угломерный прибор, сочетающий в себе чувствительный элемент — гироскоп как датчик направления истинного меридиана и теодолит.

Рис. 50. Принципиальная схема устройства гироскопа: а — свободного; б — маятникового

Под гироскопом понимают твердое тело (ротор), быстро вращаю­щееся вокруг оси симметрии, положение которой в пространстве может меняться. Гироскоп называется свободным, если он имеет три степени свободы, а неподвижная точка совпадает с точкой пересече­ния осей подвеса ротора и совмещена с центром тяжести гироскопа (рис. 50, а).

При конструировании гиротеодолитов наибольшее распространение получили маятниковые гироскопы (рис. 50, б), в которых свобода вра­щения вокруг оси у частично ограничена грузом О. В результате этого центр тяжести 0 сместится вниз по оси 2 в точку 0_}, что вынуждает ось х принять положение, параллельное плоскости горизонта.

Принцип действия гироскопа как датчика направления истинного меридиана обусловлен действием на главную ось двух сил — суточного вращения Земли и силы тяжести (груз О). Сила тяжести направлена к центру Земли, поэтому под ее воздействием ось гироскопа старается занять горизонтальное положение. В то же время вследствие вращения Земли ось гироскопа стремится расположиться параллельно оси враще­ния Земли, т. е. в плоскости истинного меридиана.

При вращении ротора ось гироскопа совершает сложные периоди­ческие колебания относительно положения равновесия, совпадающего с плоскостью меридиана. При этом крайние положения оси гироскопа называют точками реверсии. Для определения направления меридиана с помощью специального автоколлиматора (устройства для фиксиро­вания направления), жестко скрепленного с алидадой горизонтального круга, наблюдают крайние положения точки реверсии в момент, когда происходит изменение азимутального движения оси гироскопа на об­ратное. Затем рассчитывают с учетом поправок ее среднее положение, являющееся направлением меридиана.

Гироскопический азимут ориентируемой линии определяется по формуле

А = л — п,

г о'

где л — отчет по горизонтальному кругу, соответствующий направле­нию ориентируемой линии; п₀ — отсчет по горизонтальному кругу, соответствующий направлению истинного меридиана (положение ди­намического равновесия оси гироскопа).

Истинный азимут направления определится как

А = А_г + Д_г,

где Д_г — приборная поправка гиротеодолита, определяемая из эталони­рования прибора на исходных направлениях с известными азимутами.

Определение азимутов направлений методом гироскопического ори­ентирования не зависит от погодных условий, времени года и суток, магнитных аномалий и физико-географических особенностей района работ; ориентируемые направления могут располагаться как на поверх­ности, так и в подземных или закрытых сооружениях. Отечественный гиротеодолит МТ-1 позволяет за 45 минут при наблюдении четырех последовательных точек реверсии определять азимуты направлений с погрешностью порядка 10". Указанные достоинства гироскопического метода ориентирования направлений позволяют широко использовать его в геодезической практике.