Маслов А.В., Гордеев А.В., Батраков Ю.Г. - Геодезия

8.3. Полевой журнал тахеометрической съемки 3ТА5

Дата 12.11.03. Наблюдатели: Семенов А. Н., Иванов А. К.

8.9. ЭЛЕКТРОННАЯ ТАХЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА

Электронную тахеометрическую съемку (ЭТС) эффективно

применять на открытой равнинной местности (речные поймы,˝ отведенные для строительства мелиоративных систем и др.)˝, когда с исходной съемочной точки открывается видимость на расстояния в 1...2 км. С помощью электронных тахеометров можно

выполнять исполнительные съемки построенных осушительн˝ых и

оросительных систем.

Экономический эффект от применения ЭТС прежде всего до-

стигается за счет увеличения площади съемки, выполняемой˝ с одной установки прибора. При этом вследствие значительной д˝альности действия тахеометра сокращаются затраты труда на р˝азвитие съемочного обоснования.

Применение электронных тахеометров особенно эффективно˝ при работе с передвижных наружных знаков с платформами (рис. 8.10), с помощью которых обеспечивается поднятие тахео-˝ метров над поверхностью земли на 2...3 м, в результате чего открывается хороший обзор местности, позволяющий выполнит˝ь тахеометрическую съемку в радиусе 1...2 км. Использование

261

указанных устройств позволяет значительно повысить производительность труда при съемке.

Технология ЭТС дает воз-

можность представить топографические планы как в традиционной графической форме, так и в виде цифровых моделей местности и рельефа, т. е. в форме, удобной для использования в системах автоматического проектирования (САПР).

Основными техническими средствами ЭТС являются:

электронные тахеометры (ЭТ), регистраторы информации на т˝ехнический носитель (диктофон), комплексы носимых и перевоз˝и- мых радиостанций, программируемые микрокалькуляторы ил˝и управляюще-вычислительные комплексы на базе мини-ЭВМ.

Требованиям технологии ЭТС отвечают отечественные элек˝т- ронные тахеометры 3Та5 и зарубежные SET3, Trimble 3600 и др. Можно применять полуавтоматические или гибридные топог˝рафические системы, изготовленные в виде насадки топографи˝че- ского светодальномера СТ5 на оптический теодолит 3Т5К или 3Т2.

Экономическая эффективность ЭТС во многом определяется˝ связями технологического процесса. В зависимости от спос˝оба, места и времени обработки результатов съемки ЭТС может бы˝ть реализована в трех вариантах: с централизованной обработ˝кой, де-

централизованной и одновременной.

Первый вариант отвечает классической схеме наземных топ˝о-

графических съемок, при которой основные технологически˝е

процессы последовательно сменяют друг друга. Численност˝ь то-

пографической бригады составляет два человека. Служебную и

метрико-семантическую информацию записывают на техниче˝с-

кий носитель. При устойчивой двусторонней радиосвязи фун˝кции

регистрации информации на технический носитель (диктофо˝н)

могут быть переданы рабочему, так как качество записи пра˝кти-

чески одинаково как с голоса, так и с микрофона радиостанц˝ии.

Этим высвобождается дополнительное время исполнителя р˝абот для постоянного отслеживания визирной цели, чем сокращае˝тся

время на поиск в дискретном режиме отслеживания. Обрабаты˝ва-

ют результаты измерений и составляют топографические пл˝аны в

этом варианте ЭТС в основном в условиях стационарного кам˝е-

рального производства.

262

Второй вариант ЭТС отличается от первого тем, что обработ˝ку материалов съемки ведут на базе полевой бригады, когда ра˝зрыв

между полевыми и камеральными работами не превышает нескольких суток.

Третий вариант отвечает принципиально новой схеме орган˝и- зации работ, при которой основные процессы съемки (полевы˝е и

камеральные) ведут одновременно. Численность топографич˝еской бригады при этом увеличивается на одного человека за счет˝ орга-

низации в ближайшем к объекту населенном пункте выездног˝о командно-диспетчерского камерального поста (КДКП) с пере˝да-

чей ему функций регистрации информации на технический но˝си-

тель, за счет обработки ее по мере поступления и отображен˝ия на составляемых тут же топографических планах.

Одновременности выполнения полевых и камеральных работ˝

достигают за счет организации радиосвязи между всеми уча˝стни-

ками съемки и ее камеральной обработки. Связь осуществляю˝т с помощью мобильных радиостанций. При этом оператор тахеом˝ет-

ра управляет перемещением рабочего с отражателем по объе˝кту съемки, принимает семантическую информацию с места устан˝ов-

ки отражателя и передает ее вместе с метрической информац˝ией на КДКП. Оператор КДКП, находясь в ближайшем от объекта на-

селенном пункте (или кузове специального автомобиля), не т˝олько принимает и обрабатывает метрико-семантическую инфор˝ма-

цию, но и активно управляет плотностью набора пикетов, зак˝рывая «белые пятна» в съемке, а в необходимых случаях требуе˝т от

оператора тахеометра набора контрольных пикетов и т. п. О˝дно-

временность набора и отображения съемочных пикетов на со˝- ставляемых топографических планах позволяет исключить ˝недо-

статки, свойственные обычной тахеометрической съемке, пр˝и- ближая ее к мензульной. При этом за счет большой дальности˝ действия тахеометра значительно увеличивается площадь ˝съемки, выполняемая с одной установки прибора и, как следствие, ум˝еньшается потребность в числе пунктов съемочного обоснован˝ия.

Однако при определении высот пикетов на значительных (по˝-

рядка 1 км и более) расстояниях с малой (0,5 м и менее) высотой˝

сечения рельефа возникает необходимость учета поправок˝ за вертикальную рефракцию и кривизну Земли. Рассматривая после˝д- ний член известной формулы тригонометрического нивелир˝ования

видим, что он представляет собой суммарную поправку, обус˝лов-

263

Поправка за кривизну Земли в современных электронных тах˝еометрах учитывается автоматически. Не вызывает затруднен˝ий и учет этой поправки в случае применения топографических с˝ветодальномеров СТ5, СТ10 и др., так как значение ее зависит только˝

от дальности.

Учет же поправки за вертикальную рефракцию — достаточн˝о

сложная задача. При распространении визирного луча в слое˝ воздуха выше границы автоконвекции (10...15 м) обе поправки час-

тично компенсируются, так как коэффициент вертикальной р˝еф-

ракции, рекомендуемый геодезическими руководствами для˝ сред-

ней полосы России, положительный (чаще всего принимают k = +0,14).

Однако по последним исследованиям при низких высотах рас˝-

пространения визирного луча и положительных температур˝ах воз-

духа в период с 8 до 20 ч коэффициент вертикальной рефракции˝

может иметь знак «минус» (k = –1, –2, –3 и более).

Так как при тахеометрической съемке с помощью электронны˝х тахеометров определяют высоты пикетов в радиусе до 1000 м и ˝бо-

лее, то возникает необходимость в оперативном и надежном ˝учете

влияния вертикальной рефракции. В качестве примера замет˝им,

что при угле рефракции 40² и расстоянии до съемочного пикета в

1000 м поправка в превышение за рефракцию составляет 0,19 м (табл. 8.4).

8.4. Поправки в превышения за влияние рефракции, см

Если иметь в виду крупномасштабную тахеометрическую съе˝м- ку с сечением рельефа через 0,5 м, характерную для съемки об˝ъектов, предназначенных для мелиоративного строительства, т˝о нетрудно заметить, что неучет этой поправки может существен˝но

исказить съемку рельефа.

Разработана методика учета поправки за вертикальную реф˝рак-

цию при низком прохождении визирного луча и нормальном со˝-

264

стоянии слоя воздуха1. Ее сущность состоит в следующем. На уча- стке тахеометрической съемки разбивают рефракционный б˝азис длиной 1000...1500 м в зависимости от максимальных расстояний до пикетов. Определяют высоты концов базиса Í1 è Í2 геометри-

ческим нивелированием. Вычисляют истинное значение угла˝ на-

клона

ãäå s — длина базиса; R — средний радиус Земли.

Наблюдают высокоточным теодолитом угол наклона n с на- чального на конечный пункт базиса на данный момент времен˝и.

После этого определяют угол рефракции по формуле

r0 = n – n0,

а затем поправку в превышение за влияние рефракции

П р и м е р. Определить поправку в превышение за влияние вертикально˝й рефракции по данным: s = 1000 ì, R = 6370 êì, Í2 – Í1 = 10 ì, n = 34¢56,6².

Имеем

r0 = 34¢56,6² – 34¢06,4² = + 50,2²;

Исследованиями установлено, что для обеспечения необход˝и- мой точности определения высоты пикетов r0 нужно определять на базисе каждые три часа.

По формуле (8.1) рассчитаны значения поправок за влияния

рефракции dh, которые приведены в таблице 8.4.

Практически это означает, что поправки следует определят˝ь

перед началом работы и два-три раза в течение рабочего дня˝.

1При нормальном состоянии слоя воздуха вертикальные град˝иенты температуры принимают отрицательные значения, т. е. температура па˝дает с высотой. Это характерно для солнечного дня. Ночью, а также в отдельные з˝имние дни воздух оказывается теплее, чем подстилающая поверхность, что соо˝тветствует положительному температурному градиенту. Между этими состояни˝ями может наблюдаться нейтральное состояние — адиабатическое условие˝.

265

Рис. 8.11. График зависимости коэффициента рефракции от высо˝ты визирного луча

Исследованиями, выполненными на объектах мелиоративног˝о строительства, установлено, что рефракционный базис след˝ует

разбивать при каждой установке тахеометра. При этом высота ви-

зирной цели на конце базиса должна быть равна высоте отра˝жателя, принимаемой при съемке, т. е. 2...3 м.

При топографических съемках с высотой сечения рельефа 1...2 м и нормальной стратификацией приземного слоя атмосфе˝ры

может быть использован статистический метод определени˝я поправки за влияние вертикальной рефракции. В этом случае к˝оэф-

фициент рефракции определяют по графику в зависимости от˝ вы-

соты визирного луча (рис. 8.11), составленному на основе обши˝р- ных экспериментальных данных, полученных в разных регион˝ах

страны. Среднюю высоту визирного луча в условиях плоскора˝в- нинного пойменного рельефа можно вычислить по формуле

hñð = 3,85 + 0,5(υ – 3,5).

П р и м е р. Определить поправку в превышение за влияние вертикально˝й рефракции, если высота визирной цели (отражателя) υ = 2,87 м; расстояние до съемочного пикета s = 1200 м; стратификация атмосферы нормальная; время наблюдения 13 ч; температура воздуха t = +23 °Ñ.

Определяют среднюю высоту визирного луча

hñð = 3,85 + 0,5(2,87 – 3,5) = 3,53 ì.

266

8.10. ЭЛЕКТРОННАЯ ТАХЕОМЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА ПО МЕТОДУ СВОБОДНОГО ВЫБОРА СТАНЦИЙ

По способу развития съемочного обоснования, а также в зависимости от физико-географических условий местности элек˝тронную тахеометрическую съемку можно выполнять в трех техно˝логических вариантах: раздельно с развитием съемочного обо˝снования, одновременно с развитием съемочного обоснования и по˝ методу свободного выбора станций, когда съемочное обоснова˝ние как таковое не создается, а получается в результате косве˝нных измерений.

Максимальная эффективность ЭТС достигается в варианте п˝о методу свободного выбора станций. В этом случае при миним˝уме собственных измерений недостающие элементы съемочного ˝обоснования (длины линий, горизонтальные углы) определяют ко˝с- венным путем.

На исходных пунктах Ê è L измеряют примычные углы α è β (рис. 8.12). Съемку выполняют с пунктов À, Ñ è L, выбранных на местности с учетом максимального ее обзора, а следователь˝но, наибольшей площади съемки, возможной с этих пунктов. В ряд˝е случаев для достижения большей обзорности местности точ˝ки установок электронного тахеометра целесообразно выносить за пределы снимаемого участка. Наличие видимости между двум˝я смежными установками тахеометра необязательно. Во время˝ съемки должны быть измерены расстояния до исходного пунк˝таÊ

èсвязующих точек Â è D (при съемке с пункта À), до точек Â, D, E

èF (при съемке с пункта Ñ) и до точек Å è F (при съемке с пункта L), а также горизонтальные углы между направлениями на связ˝у- ющие точки с каждого пункта съемки. Все указанные измерен˝ия

выполняют одновременно со съемкой, никаких дополнительн˝ых измерений вне пунктов съемки, кроме измерения примычных у˝г- лов, не выполняют. Используя перечисленные данные, можно в˝ы- числить координаты всех связующих точек и оценить точнос˝ть как отдельных элементов сети, так и всей сети в целом. Связу˝ю- щие точки Â, F è D, E можно рассматривать как промежуточные пункты полигонометрических ходов KBFL è KDEL. Длины сторон

267

Находят недостающие элементы сети (см. рис. 8.12), используя

треугольник ÀÂÊ и четырехугольник ABCD. Задача сводится к следующему.

1. В треугольнике ÀÂÊ в процессе полевых работ измерили две стороны ÀÊ è ÀÂ, а также угол À между ними. Длина основания

этого треугольника ÂÊ, являющегося стороной воображаемого полигонометрического хода нижней ветви, может быть найдена˝ по

теореме косинусов

Значения прилежащих к этой стороне углов Ê è Â можно найти

по известным формулам тригонометрии

2. Далее рассмотрим четырехугольник ABCD. Как следует из схемы развития съемочного обоснования, в ходе набора съем˝оч-

ных пикетов в этой фигуре измерены все четыре стороны и дв˝а

противоположных угла À è Ñ. Для нахождения двух других углов Â è D, необходимых для отыскания полных углов поворота полиго-˝

нометрических ходов, могут быть использованы формулы:

В этих формулах длина диагонали BD четырехугольника ABCD, делящей углы Â è D на две части, может быть найдена дважды по формуле (8.2).

Координаты связующих точек, полученные в ходе развития съемочного обоснования по методу свободного выбора стан˝ций, могут быть использованы для выноса проектов в натуру и ко˝нтроля за строительством объектов мелиорации, сельского и дру˝гого назначения. В этом случае связующие точки должны быть зак˝реп-

лены постоянными геодезическими знаками для обеспечени˝я дол-

говременной сохранности.

Метод свободного выбора станций открывает возможность д˝ля

применения самого эффективного варианта ЭТС — блочной электронной тахеометрической съемки (БЭТС). Сущность метода

заключается в том, что подлежащий съемке участок местност˝и условно делят на более мелкие участки — блоки, съемка в пределах которых может быть выполнена с одной установки электр˝он-

268

ного тахеометра. Площадь отдельного блока в зависимости от усло-

вий местности может быть в пределах от нескольких до деся˝тков и даже сотен гектаров. Места установок электронного тахео˝метра могут быть как в пределах участка съемки, так и вне его (мет˝од свободного выбора станций). При этом координаты установо˝к

электронного тахеометра не определяют. Съемку можно начи˝- нать с любого места. Набор пикетов в блоке можно выполнять˝ в

любом и даже свободном ориентировании лимба горизонталь˝ного круга тахеометра. В программе набора съемочных пикетов˝

должно быть предусмотрено лишь измерение углов и линий на˝

связующие точки смежных блоков для последующего составл˝е- ния по ним свободного топографического плана на весь учас˝ток местности.

Необходимое условие блочной ЭТС — наличие связующих то˝-

чек. Эти точки устанавливают при рекогносцировке участка˝, в ходе которой намечают приблизительные места установок т˝ахео-

метра, с которых будут выполнять съемку. Связующие точки р˝асполагают в зонах перекрытия съемок, выполняемых с двух см˝еж-

ных пунктов, и их число должно быть не менее двух на каждой смежной стороне участка. Допускается вынесение связующи˝х то-

чек за пределы съемочного участка, если по условиям местн˝о- сти обеспечивается их долговременная сохранность. В каче˝стве

связующих точек можно использовать характерные предмет˝ы местности (трубы, мачты, шпили церквей и др.), если они нахо-

дятся вблизи участка местности и вписываются в геометриче-

ские параметры съемочного обоснования по методу свободн˝ой станции.

Связующим точкам отведена роль соединения отдельных

блоков съемки в единый для всего участка топографический˝

план. При этом составление топографического плана допуск˝а-

ется выполнять двумя способами: графическим и графоанали˝- тическим.

Сущность графоаналитического способа заключается в сов˝мещении одноименных связующих точек блока и основы будущег˝о плана, на которую их предварительно наносят по вычисленны˝м и уравненным координатам. После совмещения точек ситуацию˝ и рельеф переносят на составляемый топографический план.

Графический способ составления топографического плана ˝не

требует вычисления координат связующих точек. План соста˝вля-

ют в два этапа. На первом этапе выполняют мозаичное совмеще-

ние отдельных блоков по имеющимся на них одноименным связ˝у-

ющим точкам. Составленный таким путем топографический пл˝ан не ориентирован. На втором этапе совмещают на просвет с ис˝- пользованием светокопировального стола одноименные пун˝кты съемочного обоснования, имеющиеся на плане и на местности˝. В процессе съемки плановое положение таких пунктов должно

быть определено геодезическими методами.

269

Графический способ составления топографического плана ˝в

сравнении с графоаналитическим менее точен, но при неболь˝- шом числе блоков (до шести) дает удовлетворительные резул˝ь- таты.

После совмещения отдельных блоков съемки в единый топо-

графический план его вычерчивают в принятых условных зна˝ках. В случае отсутствия на планшете связующих точек (например, при

составлении топографического плана на планшетах прямоу˝гольной разграфки) дополнительные точки могут быть получены ˝из

графических построений или аналитически.

Контрольные вопросы и задания

1. Объясните сущность тахеометрической съемки. 2. Каково уст˝ройство номограммного тахеометра? 3. Изобразите и объясните поле зре˝ния зрительной трубы номограммного тахеометра. 4. Расскажите о тахеометриче˝ской съемке номограммным тахеометром. 5. Как обрабатывают результаты тахе˝ометрической съемки? 6. Дайте определение электронному тахеометру. 7. Каковы у˝стройство и структурная схема электронного тахеометра 3Та5? 8. Как прово˝дят электронную тахеометрическую съемку? 9. Как определить поправки за вли˝яние рефракции? 10. Как проводят электронную тахеометрическую съемку по ме˝тоду свободного выбора станций?

270