Геодезия_1_-_48

17.Устройство точного нивелира с цилиндрическим уровнем, поверка главного условия нивелира, юстировка (с числовым примером).

Нивелиры с цилиндрическим уровнем имеют две основные части: трубу и точный цилиндрический уровень. Трубы нивелиров устроены так же, как трубы теодолитов, могут давать обратное (Н-3) и прямое (Н- 5) изображение. Сетка нитей у нивелиров с цилиндрическим уровнем не имеет юстировочных винтов. Приближенное наведение трубы на рейку выполняется по визиру, а точное - с помощью наводящего винта. Закрепительного винта трубы может не быть (Н-5). В этом случае нивелир снабжается червячной передачей, т.е. бесконечным наводящим винтом, рукоятки которого выводятся с двух сторон от объектива. Резкое изображение сетки нитей устанавливается с помощью диоптрийного кольца окуляра, а наблюдаемого предмета - с помощью кремальеры.

Ось вращения прибора устанавливается в отвесное положение приближенно по круглому (установочному) уровню с помощью подъемных винтов. Перед отсчетом по рейке визирную ось точно устанавливают в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню с помощью элевационного винта, изменяющего наклон трубы и оси связанного с ней уровня. Для удобства наблюдения за положением пузырька цилиндрического уровня в нивелире Н-5 служит зеркало. В нивелире Н-3 цилиндрический уровень снабжен системой призм, позволяющих получить совмещенное изображение концов пузырька в поле зрения окуляра (рис. 4.7,а, б). Такой уровень называется контактным.

Совмещение (контакт) в поле зрения концов пузырька (рис. 4.8,а), достигаемое с помощью элевационного винта, соответствует положению

пузырька уровня в нульпункте (рис. 4.8, б). При этом визирная ось должна располагаться горизонтально

Цилиндрический уровень обязательно снабжается юстировочными винтами.

Поверка главного условия нивелира. Условие: визирная ось VV трубы нивелира в момент отсчета по рейке должна быть горизонтальна. (визирная ось VV должна быть параллельна оси цилиндрического уровня UU)

Поверка главного условия может выполняться различными способами. В лабораторных условиях студенты выполняют эту поверку на специальном стенде способом двойного нивелирования одних и тех же точек, расстояние между которыми около 50 м. Первое нивелирование выполняется из середины (рис. 4.13), т.е. с равными расстояниями от нивелира до реек (плечами), второе - с неравными плечами (рис. 4.14).

В точках А и В устанавливают рейки, между ними точно в середине устанавливают нивелир, приводят его в рабочее положение и берут отсчеты по рейкам a1 и b1. Вычисляют правильное значение превышения: h1= al- bl.

Выполняют второе нивелирование тех же точек. Нивелир устанавливают перед передней точкой В на расстоянии 2...2,5 м от неё. Приводят прибор в рабочее положение, берут отсчеты a2 и b2 и снова вычисляют превышение: h2 = a2 - b2

По действующим инструкциям допустимая величина угла негоризонтальности визирной оси равна 10", что соответствует 2,5 мм погрешности в отсчете по рейке при расстоянии между точками А и В 50 м. В лабораторных условиях этот допуск увеличивают примерно в два раза и полагают: если разность полученных превышений х = h1- h2< 4 мм, то условие считают выполненным. В противном случае производят юстировку. Для этого вычисляют правильный отсчет a2' (рис. 4.14) a2' = a2+ x = b2+ h1.

Например: a1= 1578; b1= 1225; h1= + 353; a2= 1420; b2= 1090; h2= + 330; x = + 23 > 4 мм; a2'= 1420 + 23 = 1090 + 353 = 1443

При юстировке нивелиров с цилиндрическим уровнем правильный отсчет a2' устанавливают на рейке с помощью элевационного винта. При этом пузырек цилиндрического уровня сойдет с нульпункта. Вращая шпилькой вертикальные юстировочные винты этого уровня, возвращают пузырек в нульпункт.

При работе с юстировочными винтами следует помнить правило: сначала ослабляют один винт, затем подтягивают второй; если юстировочных винтов четыре, т.е. два горизонтальных и два вертикаль¬ных, то сначала слегка ослабляют горизонтальные винты, а затем вращают вертикальные.

Для контроля поверку повторяют. Например: a3= 1444; b3=1090; h3= + 354; х =h1- h3= - 1 мм < 4 мм .

21

18.Устройство точного нивелира с компенсатором, поверка главного условия нивелира, юстировка (с числовым примером)

Нивелиры с компенсатором имеют две основные части: трубу и оптико-механический компенсатор наклона оси вращения. Компенсатор работает в небольшом диапазоне (±10...30'). Предварительная установка оси вращения в отвесное положение выполняется с помощью подъемных винтов по круглому уровню, цена деления которого должна быть меньше диапазона работы компенсатора. Принципиальная схема работы компенсатора показана на рис. 4.9.

Компенсатор состоит из двух элементов: неподвижного А , скрепленного с корпусом трубы, и подвижного В, свободно подвешенного на нитях, лентах или подшипниках. При отклонении оси вращения прибора О1О1 от отвесного положения ОО наклоняется труба, а с ней смещается и сетка нитей С. Точка подвеса элемента В выбирается так, чтобы при отклонении оси вращения прибора в сместившееся положение сетки нитей C1 приходил луч от отсчета ао, соответствующего горизонтальному положению визирной оси.

Сетка нитей нивелиров с компенсатором обязательно снабжается юстировочными винтами.

Нивелир типа Н-3К выпускался под шифром Н-3К, Н-3КЛ. Нивелир типа Н-10К выпускался под шифром Н- 10КЛ, 2Н-10КЛ. Все эти нивелиры снабжены бесконечным наводящим винтом, а для наблюдения за положением пузырька круглого уровня в процессе работы имеют зеркало.

Нивелир 2Н-10КЛ имеет следующие важные особенности: кнопку-толкатель для проверки работоспособности компенсатора и фиксатор, позволяющий отключать компенсатор и тем самым предохранять его от поломки при транспортировке.

Поверка главного условия нивелира. Условие: визирная ось VV трубы нивелира в момент отсчета по рейке должна быть горизонтальна. (визирная ось VV должна оставаться горизонтальной при наклоне оси вращения прибора в пределах расчетного угла компенсации)

Влабораторных условиях студенты выполняют эту поверку на специальном стенде способом двойного нивелирования одних и тех же точек, расстояние между которыми около 50 м. Первое нивелирование выполняется из середины, второе - с неравными плечами.

Вточках А и В устанавливают рейки, между ними точно в середине устанавливают нивелир, приводят его в рабочее положение и берут отсчеты по рейкам a1 и b1. Вычисляют правильное значение превышения:

h1= al- bl.

Выполняют второе нивелирование тех же точек. Нивелир устанавливают перед передней точкой В на расстоянии 2...2,5 м от неё. Приводят прибор в рабочее положение, берут отсчеты a2 и b2 и снова вычисляют превышение: h2 = a2 - b2

По действующим инструкциям допустимая величина угла негоризонтальности визирной оси равна 10", что соответствует 2,5 мм погрешности в отсчете по рейке при расстоянии между точками А и В 50 м. В лабораторных условиях этот допуск увеличивают примерно в два раза и полагают: если разность полученных превышений х = h1- h2< 4 мм, то условие считают выполненным. В противном случае производят юстировку. Для этого вычисляют правильный отсчет a2' (рис. 4.14) a2' = a2+ x = b2+ h1.

Например: a1= 1578; b1= 1225; h1= + 353; a2= 1420; b2= 1090; h2= + 330; x = + 23 > 4 мм; a2'= 1420 + 23 = 1090 + 353 = 1443

При юстировке нивелиров с компенсаторами центр сетки нитей совмещают с правильным отсчетом a2' вращая

вертикальные юстировочные винты сетки нитей.

При работе с юстировочными винтами следует помнить правило: сначала ослабляют один винт, затем подтягивают второй; если юстировочных винтов четыре, т.е. два горизонтальных и два вертикаль¬ных, то сначала слегка ослабляют горизонтальные винты, а затем вращают вертикальные.

Для контроля поверку повторяют. Например: a3= 1444; b3=1090; h3= + 354; х =h1- h3= - 1 мм < 4 мм .

22

20.Плановые геодезические опорные сети: назначение, классификация, закрепление, на местности, точность измерения углов в сетях сгущения.

Геодезическая опорная сеть (ГОС) - совокупность закрепленных на местности пунктов, координаты которых известны.

Главным назначением ГОС является создание возможности выполнения любых геодезических работ в единой системе координат и высот и их надежного контроля.

ГОС создаются по основному метрологическому принципу перехода от общего к частному, т.е. по принципу перехода от фигур с длинными сторонами и высокой точностью измерений к фигурам с более короткими сторонами и измерениям меньшей точности. При этом достигается экономия средств и возможность работы многих исполнителей.

ГОС делят на плановые (x,y; B,L) и высотные (H). Для выполнения специальных задач могут создаваться геодезические сети специального назначения, например, создаваемая сейчас специальная реперная система для контроля плана и профиля железнодорожного пути.

По государственной классификации ГОС делят на: государственную геодезическую сеть; геодезические сети сгущения 1-го и 2-го разрядов; съемочные сети.

Пункты плановых ГОС закрепляют на местности подземными (или стенными) центрами и наземными знаками. Центр долговременно сохраняет координаты пункта. Знак обозначает положение пункта на местности, может служить высоким штативом для установки геодезического прибора и визирной цели. Такие знаки называются сигнал или пирамида.

Конечный продукт построения ГОС - закрепленные на местности пункты и каталог их координат и высот

Классификация ГОС

24

22.Государственная нивелирная сеть: назначение, классификация, закрепление на местности, точность измерения превышения

Наряду с ГГС создана государственная нивелирная сеть (ГНС). Нормальные высоты пунктов ГНС определяются в Балтийской системе, исходным началом которой является нуль Кронштадтского футштока.

Метод создания ГНС - геометрическое нивелирование. Созданная к современному периоду ГНС включает в себя: 1.высокоточную сеть нивелирования I и II классов (110 полигонов I класса общей протяженностью 115000 км и 850 полигонов II класса общей протяженностью 340 000 км; Любая точка территории страны удалена от линий I и II классов не более чем на 75 км; Нивелирная сеть I и II классов распространяет по всей охваченной ею территории единую Балтийскую систему высот; По результатам нивелирования I и II классов определены разности уровней морей; 2.нивелирные сети III и IV классов (проложенные внутри полигонов сети высших классов и служащие для обеспечения съемок всех масштабов и инженерных изысканий).

Нивелирные сети закрепляют на местности постоянными знаками: фундаментальными реперами и рядовыми знаками, к которым относятся грунтовые реперы, стенные марки и реперы. Фундаментальные реперы устанавливаются через 50...80 км на линиях I и II классов. Рядовые реперы и марки устанавливают на линиях нивелирования всех классов через 5...7 км. Каждому нивелирному знаку присваивают номер. На территории России общее количество нивелирных знаков, закрепляющих ГНС, более 512 000, средняя плотность - один нивелирный знак на 34 кв. км.

Линии государственного нивелирования проложены вдоль всех железных дорог России.

В рамках Концепции перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых определений разрабатывается метод спутникого нивелирования, как альтернативного методу геометрического нивелирования определения нормальных высот, а также совместного использования ГЛОНАСС/GPS — измерений и нивелирных измерений I и II классов для более точного определения единой системы высот на всю территорию России.

Высотные местные сети сгущения создаются в виде отдельных ходов или систем ходов для целей топографической съемки и решения инженерно-геодезических задач при выполнении высотных геодезических разбивочных работ и при определении осадок и деформаций инженерных сооружений.

Реперы и марки. Пункты высотных сетей закрепляются на местности реперами и марками. Конструкции этих знаков зависят от условий местности и регламентируются инструкциями по нивелированию.

Реперы государственной нивелирной сети подразделяются на вековые, фундаментальные, грунтовые, скальные, стенные и временные. Вековые реперы отличаются повышенной устойчивостью и сохранностью. Они позволяют изучать современные вертикальные движения земной коры и колебания уровней морей и океанов. Вековыми реперами закрепляют места пересечений линий нивелирования I класса. Фундаментальные реперы тоже закладывают в скальные породы или в грунт. Они обеспечивают сохранность высотной основы на длительное время. Их закладывают на линиях нивелирования I и II классов не реже, чем через 60 км. Грунтовые, скальные и стенные реперы используются для закрепления нивелирный сетей I, II, III и IV классов. Стенные реперы отливаются из чугуна и закладываются на цементном растворе в фундаменты каменных зданий, а также в отвесные стенки выходов скальных пород. Временные реперы служат высотной основой при топографических съемках. Временные реперы включают в линии нивелирования II, III и IV классов.

Для закрепления высотных пунктов еще используют стенные марки. Они, как и стенные реперы, закладываются в стены зданий. Основное их различие состоит в том, что стенной репер имеет выступ, на который устанавливают рейку, а стенная марка содержит в диске отверстие, в которое вставляют иглу для того, чтобы на нее подвесить специальную рейку.

23. Техническое нивелирование: область применения, порядок работы на станции, высотная привязка нивелирного хода, её назначение

С помощью технического нивелирования определяют высоты пунктов съемочного обоснования, нивелируют профили для линейных сооружений, геофизические профили, поверхности местности сравнительно большой площади. При проектировании различных линейных сооружений (дорог, трубопроводов, ЛЭП, каналов и т.п) техническое нивелирование называется продольным или нивелированием трассы.

Для ТС масштаба 1:2000 и крупнее необходимы один репер на 5 — 7 км2 и дальнейшее сгущение до 1 пункта на 2 км2, а для инженерных изысканий — 8 пунктов на 1 км2. Длина нивелирных ходов зависит от высоты сечения рельефа (Табл. 6.7). Если удаление исходных реперов от района работ более предельной длины хода, то проектируют несколько ходов с пересечениями в

узловых точках сети так, чтобы длины L отдельных ходов остались допустимыми. Измерения производят нивелиром (H10) с увеличением зрительной трубы не менее 20х и ценой деления уровня не более 45" / 2 мм; удобны две нивелирные рейки, обычно складные трехметровые с шашечным рисунком черного и красного цветов.

Техническое нивелирование выполняют в такой последовательности.

1.Устанавливают нивелир в рабочее положение по круглому уровню. 2.Визируют на черную сторону задней рейки, приводят элевационным винтом пузырек цилиндрического уровня в нульпункт и записывают отсчет по средней нити Зч в полевой журнал. При работе нивелиром с компенсатором отсчет делают сразу после наведения зрительной трубы на рейку. 3.Визируют на черную сторону передней рейки, приводят элевационным винтом пузырек цилиндрического уровня в нульпункт и записывают отсчет по средней нити Пч в полевой журнал. 4.Переднюю рейку поворачивают красной стороной и по средней нити берут отсчет Пк. 5.Визируют на красную сторону задней рейки, устанавливают элевационным винтом пузырек цилиндрического уровня в нульпункт и записывают отсчет по средней нити Зк.

На станции производят вычисления: hч = Зч - Пч; hK = Зк - Пк. Контроль: |hч – hк| <= 5 мм; Зк - Зч = Пк - Пч в

пределах 5 мм. Вычисляют среднее превышение с точностью до целых миллиметров: hср = (hч + hк)/2.

После этого задний реечник последовательно встает на все промежуточные точки. Визирование производят только на черную сторону, и каждый раз берут отсчеты по средней нити С, после приведения пузырька цилиндрического уровня в нульпункт элевационным винтом.

В производственных условиях часто используют одну рейку, иногда даже с одной стороной. Предпринимаются меры контрольного характера: измерения выполняют с двух независимых стоянок нивелира, меняя его высоту или переставляя штатив в новое место; для объективной проверки нивелир между связующими точками ставят дважды (первый раз, пройдя от задней точки на 1 / 4 или 1/3 расстояния до передней точки, второй раз — не доходя до нее на столько же, рис. 6.11, б). В среднем значении превышения компенсируют ошибки кривизны Земли и частично рефракции, полностью — невыполнение главного условия нивелира. Вторичным проходом промежуточных точек Сi достигается полный контроль их высот.

Для контроля точности нивелирования и вычисления отметок точек съемочной сети в государственной системе высот нивелирные ходы прокладывают между реперами (марками) нивелирных сетей с известными отметками, т.е. выполняют привязку. При привязке хода нивелирную рейку устанавливают на центр сферической головки грунтового репера (рис. 6.12, а) или на верхний выступ стенного репера (рис. 6.12, б), а при привязке к марке (рис. 6.12, в), находящейся обычно выше горизонта прибора, используют специальную подвесную двухстороннюю короткую рейку, отсчетам по которой приписывают знак «минус» (отсчеты возрастают от нуля книзу). Если подвесной рейки нет, то проецируют на стену три нити сетки зрительной трубы нивелира, а затем измеряют от них расстояния до центра отверстия (диаметр 4 мм) марки с помощью металлической рулетки. Из трех отсчетов берут среднее.

27

24. Обработка журнала технического нивелирования: вычисление превышений, постраничный контроль, вычисление невязки хода, оценка её допустимости, вычисление отметок связующих и промежуточных точек, горизонт прибора.

В результате обработки журнала должны быть получены отметки точек пикетажа. Пикетаж - это система обозначения и закрепления точек трассы. Методика обработки нивелирного хода аналогична методике обработки теодолитного хода. Пример обработки одной страницы журнала приведен в табл. 6.

Порядок обработки журнала

1.На каждой станции по отсчетам, взятым по черным и красным сторонам реек, дважды вычисляют превышения h между связующими точками по формуле h = a-b где а - отсчет по задней, b- отсчет по передней рейке. Результаты записывают в графу 6. Если расхождение между превышениями на станции не более 5 мм, то вычисляют среднее превышение, округляя его до целых миллиметров. Результаты записывают в графу 7.

28

25.Построение геодезических опорных сетей с использованием спутниковых измерений.

Спутниковыми методами можно строить любые опорные сети: государственные, сети сгущения, съемочные и производить саму съемку.

Спутниковые методы по сравнению с традиционными обладают рядом преимуществ.

Это возможность оперативной и точной передачи координат на любые расстояния;

необязательная взаимная видимость между пунктами, что позволяет располагать пункты в местах, наиболее благоприятных для их сохранности и последующего использования, без сооружения геодезических знаков;

снижение требований к плотности геодезической основы, позволяющее в десятки раз сократить число опорных пунктов;

простота организации работ, особенно в труднодоступных и климатически сложных районах;

высокий уровень автоматизации, отсутствие технической зависимости от времени суток, года, погодных условий;

большие возможности для объединения плановой и высотной геодезической основы на базе использования единой технологии.

Спутниковая технология успешно используется при объединении существующих местных условных систем координат, при создании метрологической основы геоинформационных систем, при построении каркаса высокоточных специальных сетей с погрешностями взаимного положения пунктов 1-2 см на расстояниях 3-5 км.

Однако использование американской системы GPS, работающей во всемирной системе координат WGS-84, требует знания координат пунктов российских ГОС в системе WGS-84. До решения проблемы установления связи между российской референцной системой и системой WGS-84 можно пользоваться следующим способом (Параметры преобразования координат из системы ПЗ-90 в систему WGS-84: ∆x = -0,3 м. ∆y = 2,2

м. ∆z = 1,0 м.) или вычислять координаты пунктов в местной системе по измеренным приращениям координат.

При использовании спутниковой технологии определяются широта, долгота и геодезическая высота, т.е. высота над поверхностью отсчетного эллипсоида. Определение геодезических высот точек по результатам спутниковых измерений называется спутниковым нивелированием. Нормальная высота точки равна разности геодезической высоты и высоты квазигеоида над отсчётным эллипсоидом. Для использования спутникового нивелирования необходима точная карта высот квазигеоида. Для построения такой карты на территории страны наряду с ГГС и ГНС создана государственная гравиметрическая сеть.Спутниковые измерения, данные высокоточного нивелирования и гравиметрические высоты квазигеоида дают возможность создания и распространения более точной единой системы высот.

29

26.Горизонтальная съемка. Плановая привязка теодолитного хода к пунктам геодезических опорных сетей: назначение и схемы привязки, полевые и камеральные работы

Горизонтальная съёмка – комплекс геодезических работ, выполняемых для получения контурного (ситуационного) плана местности. Такая съемка выполняется напр. для составления плана ЖД станции. Съёмку выполняют с пунктов планового съёмочного обоснования - съёмочных сетей. Масштаб съемки зависит от назначения составляемого плана (ЖД станция 1:1000, сложные горловины - 1:500). Сеть обычно создают в виде системы теодолитных ходов. Основными приборами служат электронные тахеометры, теодолиты,

светодальномеры.

Плановой привязкой называются геодезические работы, в результате которых определяют 1) координаты начального пункта и 2) дирекционный угол начальной стороны теодолитного хода. Назначение привязки - выполнение вычислений в единой системе координат и контроль измерений. Схем привязки известно много,

однако практически применяется только самая простая и надёжная - теодолитный ход начинают на пункте А с известными координатами (рис. 9.2), а дирекционный угол на начальную сторону А-1 передают от исходной стороны А-В. Для этого на исходном пункте А измеряют

примычный угол β по правилу: от исходной до начальной стороны по часовой стрелке.

Полевые работы — это проложение теодолитных ходов и съемка ситуации. Вначале производят рекогносцировку

(ознакомление с местностью для правильного закрепления пунктов ходов), а также измерения горизонтальных углов теодолитом типа Т30 и длин линий мерной лентой. Выбор способа съемки зависит от вида снимаемого объекта, от условий местности. Результаты съемки заносят в абрис (схематический чертеж, на котором показаны снимаемые контуры и местные предметы).

СПОСОБЫ СЪЕМКИ (рис 9.4): Способ прямоугольных координат (перпендикуляров). Часто применяется для съемки элементов станционной ситуации. Для определения положения точек 1 и 2 измеряются расстояния х1 , х2 вдоль линии 1-2 теодолитного хода и перпендикуляры у1 , у2 . Перпендикуляры восстанавливают с помощью эккера - прибора с двумя зеркалами, расположенными под углом 45°. При съемке в масштабе 1:1000 длины перпендикуляров не должны превышать 40 м. Перпендикуляры большей длины восстанавливают с помощью теодолита. Способ полярных

координат (основной). Полюсом служит точка теодолитного хода, полярной осью - сторона хода. Для определения положения точки 3 при точке хода 2 измеряются горизонтальный угол β3 от линии 2-1 и расстояние d3. Для вычисления горизонтальных проложений одновременно с горизонтальными углами измеряют углы наклона. Способ прямой угловой засечки. Применяется для съемки труднодоступных точек. Положение точки 4 определяется двумя горизонтальными углами β1 , β2 . Способ створных промеров. Применяется обычно для съемки контуров, пересекающих стороны теодолитных ходов. Для съемки точек 5 и 6 вдоль сторон хода измеряются расстояния d5 и d6. Способ обмера сооружений. Применяют при съемке производственных, служебнотехнических, жилых и других сооружений. Их обмеряют по внешнему периметру, указывают характеристики: наименование, материал стен, фундамента и кровли, состояние и принадлежность.

Камеральные работы. 1.проверяют полевые журналы и вычерчивают схему теодолитных ходов, на которую выписывают средние значения горизонтальных углов, горизонтальные проложения и исходные данные (дирекционные углы, координаты пунктов). 2.По ходам (полигонам) подсчитывают практические и теоретические суммы горизонтальных углов и определяют угловые невязки, которые сравнивают с их допустимыми значениями. Все эти данные выписывают на схему. После вычисления координат пунктов теодолитных ходов приступают к построению сетки координат и нанесению точек хода на план. На листе А1 строят сетку квадратов со сторонами 10

см на координатографе (можно построить вручную с помощью линейки топографической). После подписывают линии числами, кратными сотням знаменателя масштаба плана (для масштаба 1:2000 — кратными 200 м).

По полевым материалам составляют инженерно-топографический план. Точки ситуации наносят на основе абриса с помощью измерителя, масштабной линейки и транспортира. Нанесенные точки оформляют по условным знакам.

ИТ планы проверяют в поле: производят контрольные измерения, которые сравнивают с планом. Расхождение между расстояниями, полученными при контрольных измерениях и взятыми с плана, не должно превышать 0,4 мм в масштабе плана. При недопустимых расхождениях сначала проверяют правильность накладки точек на плане согласно данным абриса, и только после этого повторяют измерения в натуре. Приемка инженернотопографического плана оформляется актом.

30