2.1 Величины, измеряемые тахеометром на станции
Электронный тахеометр при наведении на снимаемую точку измеряет три величины:
- наклонное расстояние;
- горизонтальное направление;
- вертикальный угол.
Чтобы понять смысл измеряемых величин, рассмотрим на примере одной станции схему измерений, представленную на рис. 9.
На
схеме изображены: точка стояния тахеометра
и две снимаемых точки
и
.
Прибор выведен в рабочее положение. Это
означает, что вертикальная ось вращения
прибора занимает отвесное положение
(направлена в зенит), а плоскость
горизонтального круга находится в
горизонтальном положении. Нулевой
отсчет лимба горизонтального круга
занимает произвольное положение либо
можно считать, что он сориентирован по
какому-то начальному направлению.
Для
выполнения измерений на точку
визирная ось зрительной трубы должна
быть наведена на эту точку. С геометрической
точки зрения это означает, что
коллимационная плоскость
прибора должна быть совмещена с точкой
.
В этом случае все три измеряемых величины будут лежать в одной плоскости. Только после этого можно выполнять измерения на точку .
Аналогичным образом для выполнения измерений на точку коллимационная плоскость прибора должна быть совмещена с точкой
2.2 Длина линии
Наиболее
простой смысл имеет длина линии
.
Это измеренное наклонное расстояние
между точкой излучения сигнала в
тахеометре и точкой отражения сигнала
на отражателе, исправленное поправкой
за атмосферные условия
и постоянным слагаемым дальномера
:
, (2.1.)
Поправка за атмосферные условия вычисляется как
(2.2)
где
-
поправка в мм на 1 км длины линии;
-
длина измеряемой линии, выраженная в
миллиметрах.
В тахеометрах LeicaGeosystems серии TPS400 в качестве рабочей формулы для вычисления исправленного значения длины линии используется формула
, (2.3.
)
получающаяся в результате подстановки в (2.1.) формулы (2.2.) [1]. Все величины в (2.3.) выражены в миллиметрах.
На дисплей прибора выводится исправленное значение длина линии .
2.3. Поправка за атмосферные условия
Необходимость ввода в измеренное значение длины линии поправки за атмосферные условия вызвано тем, что при прохождении волн оптического диапазона через атмосферу возникает явление дисперсии волн, следствием чего является замедление скорости распространения волн в среде по сравнению с вакуумом. Это означает, что если при измерениях в реальных атмосферных условиях для вычисления длины линии использовать скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, то вычисленная таким образом длина линии будет короче реальной длины. Отсюда возникает необходимость ввода в измеренное значение длины линии поправки за атмосферные условия.
Основными
влияющими факторами на скорость
распространения волн оптического
диапазона в атмосфере являются давление
,
температура
и влажность воздуха
,
причем влажность воздуха оказывает
влияние существенно меньшее по сравнению
с давлением и температурой.
Из формулы (1.14) следует, что на самом деле по метеорологическим параметрам вычисляется не поправка , а значение , являющееся постоянным для всех измеряемых на станции длин линий. Значение необходимо вычислить один раз перед выполнением измерений на станции и ввести в прибор, а далее это значение будет использоваться в соответствии с формулой (1.14) для вычисления всех длин линий на станции, сколько бы их не было.
В
западной технической литературе поправки
часто именуются пропорциональными
поправками, поскольку они выступают
коэффициентом пропорциональности между
значением величины, стоящей в правой
части, как, например, в формуле (1.13), и
поправкой к этому значению. По своей
сути поправка
это
миллионная часть чего-то (PartsPerMillion).
Производители электронных тахеометров обычно закладывают в прибор, при его разработке, такие параметры и константы, чтобы значение было равным нулю для стандартной атмосферы. При этом понятие стандартной атмосферы у каждого производителя может быть свое. В компании LeicaGeosystems стандартная атмосфера, характеризуется следующими метеорологическими параметрами:
-
атмосферное давление науровня моря
,
-
температура воздуха
,
-
относительная влажность воздуха
.
Для
этих стандартных условий значение
во всех электронных тахеометрах компании
LeicaGeosystems равно
.
Возможны три варианта вычисления и учета поправки за атмосферные условия.
1.
Значение
определяется графическим способом по
специальной номограмме (рис. 10). Входными
величинами при этом являются значение
давления
в миллибарах или высоты точки стояния
в метрах, и температуры воздуха
в градусах Цельсия. Относительная
влажность
воздуха при этом принимается равной
60%.
Относительная
влажность воздуха
– это отношение парциального давления
водяного пара
при конкретных атмосферных условиях к
давлению насыщенного пара
над плоской поверхностью дистиллированной
воды при данной температуре, выраженное
в процентах [5, 9].
Атмосферное давление, измеренное по барометру в миллиметрах ртутного столба, должно быть переведено в миллибары. Для этого значение давления, выраженное в миллиметрах ртутного столба, должно быть умножено на коэффициент 1.33.
Вместо значения давления может быть использована высота точки стояния над уровнем моря в метрах.
Так,
например, давлению
или высоте над уровнем моря
,
и температуре
соответствует значение
(27 мм/км). Условиям на уровне моря,
характеризующимся давлением
или высотой
,
и температурой 
,
соответствует величина
(11 мм/км).
Для учета поправки за атмосферные условия значение , вычисленное по номограмме, должно быть введено в прибор перед началом измерений на станции.
2. Значение определяется аналитическим способом по эмпирическим формулам Баррелла-Сирса [6]. В тахеометрах LeicaGeosystems серии TPS400 для измерения длин линий используется два режима измерений: измерения на отражатель и безотражательный режим измерений. В обоих режимах используется лазерный луч видимого красного поддиапазона световых волн с длиной волны 658 нм.
Поправка для длины волны 658 нм определяется по следующей формуле [6]
, (2.4.)
где
- атмосферное давление в миллибарах;
- температура воздуха в ºC;
- относительная влажность воздуха в %;
-
;
-
.
Указанные формулы рекомендуется использовать в случаях высокоточного определения длин линий.
Для
получения наиболее точных результатов
измерения длин линий, значения атмосферных
поправок должны определяться с точностью
порядка
.
Это означает что:
- температура должна определяться с точностью не хуже 1°C;
- давление - до 3 миллибар;
- относительная влажность - не хуже 20%.
На рис. 11 показан график зависимости значения поправки за влажность воздуха от температуры и влажности воздуха. Из этого графика видно, что для измерений особо высокой точности относительная влажность должна обязательно определяться и учитываться вместе с такими параметрами, как атмосферное давление и температура воздуха. Особенно важно учитывать влажность воздуха в результатах измерения длин линий в условиях очень жаркого и влажного климата, в которых влажность воздуха максимальна. В целом же, из сравнения номограммы, представленной на рис. 10, и графика из рис. 11, видно, что поправка за влажность воздуха почти на порядок меньше поправки за температуру и давление.
|
ppm – поправка за влажность воздуха, [мм/км], % - относительная влажность воздуха, [%] ºC – температура воздуха, [ºC] |
Рисунок 11 – Поправка за влажность воздуха |
|
Учет поправки при расчете аналитическим способом производится таким же образом, как и в первом способе, т.е. значение , вычисленное по указанным выше формулам, должно быть введено в прибор перед началом измерений на станции.
3. Значение вычисляется самим прибором по заданным значениям метеорологических параметров. Для этого измеренные значения метеопараметров вводятся в прибор на этапе подготовки измерений на станции. Вводимыми параметрами являются давление и температура.
Ввод влажности воздуха в тахеометрах серии TPS400 не предусмотрен, а принимается равной 60%. Для вычисления значения используются формула (1.15).
Важное замечание!
Поправку
за атмосферные условия рекомендуется
вводить только в тех случаях, когда
выполняемые работы действительно
требуют высокоточных измерений длин
линий. В большинстве же случаев, особенно
при съемке местности, поправкой за
атмосферные условия можно пренебречь.
В этом случае значение
надо принять равным
.
Обнуление атмосферной поправки предусмотрено самим прибором и выполняется в режиме настройки дальномера (EDM).