- •270100 – «Строительство», 270200 – «Транспортное строительство».
- •Лекция 1 Предмет и задачи геодезии, методы геодезических исследований Инженерная геодезия в строительстве
- •Краткая история развития геодезии и современные технологии
- •Современное представление о фигуре Земли
- •Системы координат применяемые в геодезии
- •Изображение рельефа на планах и картах
- •Номенклатура топографических карт России
- •Общие характеристики топографических карт
- •Измерение площадей фигур
- •Лекция 3. Геодезические измерения и съемки
- •Угловые измерения
- •Лекция 4. Линейные измерения
- •Лекция 5 Измерение превышений – нивелирование
- •Способы геометрического нивелирования
- •Принципиальное устройство и поверки нивелира
- •Лекция 6. Назначение и виды опорных геодезических сетей
- •Топографические съемки
- •Плановая основа
- •Детальная горизонтальная съемка
- •Вертикальная съемка
- •Тахеометрическая съемка
- •Основы аэрофотосъемки и наземной фотосъемки
- •Лекция 7 работы на строительной площадке Обзор геодезических работ при возведении сооружений
- •Лекция 8. Геодезические работы по вертикальной планировке
- •Выбор и проектирование трасс линейных сооружений по топографической карте
- •Работы по горизонтальной планировке
- •Полярный метод разбивки сооружений
- •Перенесение в натуру геометрических элементов разбивочного чертежа
- •Наблюдение за креном сооружений
Лекция 4. Линейные измерения
В
настоящее время геодезия располагает
большим арсеналом средств для линейных
измерений. Мерные ленты и рулетки
применяют для измерения небольших
расстояний (до нескольких сот метров)
с относительной ошибкой
;
оптические дальномеры – для измерения
линий от нескольких метров до 150 – 200 м
с погрешностью
;
радио– и светодальномеры – для измерения
расстояний в земных условиях до нескольких
десятков километров с ошибкой 1 – 5 см.
большие лазерные дальномеры используют
в космических исследованиях.
Все линейные мерные приборы делятся на три категории: эталоны, образцовые и рабочие меры. Для установления фактической длины мерного прибора рабочую меру сравнивают с образцовой, а образцовую – с эталонной. Этот процесс называется компарированием. В ходе его определяют уравнение мерного прибора
при
,
(39)
где l0 – номинальная длина рулетки (ленты), – температура компарирования.
Иногда вместо сравнения с образцовой мерой рабочей рулеткой измеряют некоторый закрепленный отрезок на местности, ранее измеренный более точным прибором. Такой эталонный отрезок называют полевым компаратором. Если L0 – длина полевого компаратора, L – результат измерения рабочей мерой, то поправка в ее длину
, (40)
где
n
– число уложений рабочей меры в полевом
компараторе. Например, L0
=
100,00 м, l0
=
20 м, L
= 100,05 м,
и
при
.
Измерение длин линий по земле мерными рулетками и лентами начинается после расчистки трассы. Если линия проходит по местности с несколькими перегибами, то ее разбивают на части, и каждый отрезок измеряют отдельно путем последовательного уложения рулетки по направлению измеряемой линии. Каждое уложение ленты фиксируется на земле металлической шпилькой.
Длину отрезка S находят по формуле
при
, (41)
где
– домер (остаток). Для контроля каждый
отрезок измеряют дважды в прямом и
обратном направлении. Расхождения в
результатах допустимы не более чем 5 см
на каждые 100 м.
В
измеренную длину линии вводят три
поправки:
а)
за длину мерного прибора (компарирование)
(знак поправки тот же, что у
),
Рис.2.10. Поправка
за наклон линии
,
где
– коэффициент линейного расширения
материала, из которого изготовлена
рулетка,
в)
за наклон линии к горизонту (рис.2.10) –
при вычислении горизонтальной проекции
отрезка. Эта поправка всегда вводится
с отрицательным знаком.
Согласно рис.2.10
;
;
(42)
или
;
;
,
и
при
.
(43)
Е
Рис.2.11.Определение неприступного
расстояния
на
рис.2.11) определяют косвенным путем из
решения вспомогательного треугольника,
в котором непосредственно измеряют
базисную сторону AB
и все углы. В целях большей надежности
базисную сторону измеряют несколько
раз и вводят в результат измерений все
необходимые поправки. Тогда
.
Оптические дальномеры
Принцип действия всех оптических дальномеров основан на решении параллактического треугольника (рис.2.12). В нем может быть известен (постоянен) базис b, перпендикулярный измеряемой линии, и измерен угол φ, под которым виден этот базис, или наоборот, постоянен угол φ, а измеряется базисный отрезок b. Поэтому различают два вида оптических дальномеров с постоянным углом φ или постоянным базисом:
;
.
(44)
П
Рис.2.12. Параллактический
треугольник
Этот
отрезок пропорционален измеряемому
расстоянию. Согласно рис.2.13 имеем
,
где
– постоянное слагаемое. Из подобия
треугольников данной схемы следует:
;
. (45)
О
Рис.2.13. Схема
нитяного дальномера
бычно
в таком дальномере k
= 100, а в итоге
. (46)
Последняя
формула справедлива для случая, когда
визирная ось зрительной трубы
перпендикулярна рейке. В современных
зрительных трубах с внутренним
фокусированием используют более сложные
оптические схемы и у них практически c
= 0. Точность работы этого дальномера
зависит от точности взятия отсчетов по
рейке при оценке базисного отрезка l.
В среднем эта точность характеризуется
ошибкой в 1 – 2 мм. Однако на точность
отсчета заметное влияние оказывает еще
атмосферная рефракция, из–за которой
визирные лучи испытывают неодинаковое
искривление. Установлено, что при
измерении линий нитяным дальномером
относительная ошибка составляет
или 0,05 % от измеряемого расстояния.
При определении наклонного расстояния нитяным дальномером в общем случае визирная ось трубы не перпендикулярна рейке и формула (46) видоизменяется.
На
рис.2.14 дальномерные нити отсекают на
рейке отрезок ab
=
l,
а так как угол φ здесь мал (
),
то можно считать, что все визирные лучи
практически параллельны. Тогда отрезок
,
соответствующий перпендикулярному
положению рейки и визирной оси, равен
.
Подставив эту величину в формулу
дальномера (46), получим при c
=
0:
,
(47)
а горизонтальная проекция этой линии
. (48)
Ф
Рис.2.14. Определение
наклонного расстояния нитяным дальномером
ормула
справедлива для современных зрительных
труб с внутренним фокусированием.
Более точные оптические дальномеры снабжены зрительными трубами двойного изображения, и в них базисный отрезок оценивается на порядок выше, чем у нитяного дальномера по величине смещения видимого изображения рейки. Эта точность заметно повышается, если рейку устанавливать горизонтально.
Д
о
недавнего времени на практике
использовались и дальномеры с постоянным
двухметровым базисом, который устанавливали
перпендикулярно измеряемому расстоянию.
С конца линии измерялся угол φ, под
которым был виден этот базис (рис.2.15).
Рис.2.15. Дальномер
с постоянным базисом
Точность работы такого дальномера зависит от точности измерения угла , так как
.
(49)
И здесь справедливо соотношение
,
(50)
из которого следует, что при постоянной ошибке относительная погрешность измерения дальности уменьшается по мере увеличения угла , то есть более короткие расстояния измеряются точнее. Чтобы погрешность измерения оказалась в пределах 1/1000 ~ 1/2000, ошибка измерения угла должна быть не более 1 – 2''. Поэтому эти углы измерялись точными теодолитами Т1, Т2, либо на зрительную трубу устанавливали специальную насадку для точного измерения малых углов .
Описанный дальномер применим для измерения линий от 100 до 300 м. В настоящее время эти дальномеры вытеснены на производстве радио– и светодальномерами.
Радио– и светодальномеры
Принцип действия этих приборов основан на измерении времени t, за которое электромагнитные колебания проходят отрезок искомой линии. Такие дальномеры состоят из приемопередатчика, устанавливаемого на одном конце линии, и отражателя волн, располагаемого на другом ее конце. В процессе измерения луч света или радиоволна проходит двойное расстояние, и потому
.
(51)
где v– скорость распространения электромагнитных колебаний в атмосфере. Так как скорость света в вакууме c = 299792,5 км/с 3108 м/с, то чтобы добиться точности измерений хотя бы до 1 м, время t прохождения сигнала должно регистрироваться с погрешностью t<0,710–8 сек.
Современные дальномеры бывают двух видов: импульсные, в которых время t измеряют прямым путем с помощью осциллографа (в военных локаторах), и фазовые дальномеры, в которых время t находят по разности фаз поданного и принятого сигналов.
Импульсные дальномеры нашли широкое применение в космических исследованиях, а фазовые дальномеры непрерывного действия – в наземных измерениях. В этих дальномерах мерой для измерения расстояний служит длина волны модулированных электромагнитных колебаний, и искомое расстояние
,
(52)
где n – число уложений волн в двойном измеренном отрезке, – домер, определяемый по фазовому углу . Для решения неоднозначности при определении числа n измерения выполняют на разных частотах с известными длинами волн. Современные дальномеры снабжены счетно–решающими устройствами и световыми табло, на котором показывается результат измерений.
В измеренное расстояние вносят три поправки: за метеоусловия наблюдений, наклон линии к горизонту и постоянное слагаемое. Точность таких дальномеров характеризуется погрешностью 0,2 – 2 см.
В последнее время в строительной практике нашли применение компактные лазерные рулетки, с помощью которых бесконтактным способом (без отражателей) с достаточной точностью измеряются небольшие расстояния и размеры строительных конструкций.
