Оптический теодолит, классификация и виды
Угломерный геодезический инструмент, с помощью которого измеряют углы в горизонтальной и вертикальной плоскости, называемые соответственно горизонтальными и вертикальными. Совместно с измерениями расстояний между точками, дальнейшими вычислениями и уравниванием получают конечный результат в виде пространственных координат снимаемых точек.
Теодолиты имеют свою историю развития. Изначально его конструкция представляла механическое устройство с металлическим угломерным кругом (лимбом), с дополнительным отсчетным приспособлением (верньером), со зрительной трубой. С появлением стеклянных круговых лимбов, оптической системы передачи и считывания угловых отсчетов (микроскопа) возникла эра оптических теодолитов. При возникновении новых электронно-вычислительных технологий в геодезическое приборостроение стали внедряться новые типы теодолитов, называемые электронными. В них применяется двоичная система кодирования отсчетов на лимбе с передачей цифровой информации угловых измерений на экран дисплея.
В настоящее время применение оптических теодолитов, из-за слабой конкурентной способности с новейшими электронными тахеометрами, можно считать прикладным. Возможно, в будущем они сами станут историей. Но сейчас они могут использоваться:
- в северных регионах с экстремально низкими температурными условиями в зимнее время, в которых не всякая электронная техника срабатывает;
- в подземном шахтном строительстве с опасными и вредными внешними факторами;
- при разбивочных работах в строительстве малоэтажных зданий и подземных инженерных коммуникаций;
- для выполнения отдельных геодезических процессов с использованием геометрических возможностей прибора (выставление опалубочных, железобетонных и металлических всевозможных конструкций, исполнительных съемок);
- возможно и другое применение, связанное с решением различных задач инженерной смекалкой.
Классификации и виды теодолитов
В соответствии с государственными стандартами все теодолиты согласно конструктивной точности измерений именно горизонтальных углов делят на группы:
- высокоточных (Т1, ТБ1), со среднеквадратической погрешностью (СКП) измерения одиночного угла не более одной секунды;
- точных (Т2, Т5) со СКП не более пяти секунд;
- технической точности (Т15, Т30), к которой относятся все другие угломерные инструменты.
В связи с конструктивными особенностями приборов в номенклатуре теодолитов после значений СКП указываются буквенные символы, означающие соответствующий тип инструмента:
- 2Т5К, с компенсатором;
- 4Т30П, с прямым изображением;
- 3Т2КА с автоколлимационным окуляром;
- 2Т30М, маркшейдерский;
- Т30, без буквенных обозначений означает традиционный инструмент с цилиндрическим уровнем при вертикальном круге.
В зависимости от конструкции элементов горизонтальных кругов, статического или вращающегося положения и взаимосвязи лимба и алидады можно выделить еще два вида инструментов:
- повторительные, дающие возможность лимбу вращаться или не вращаться совместно с алидадой вокруг оси, при закреплении алидады и откреплении лимба;
- не повторительные приборы только с закрепляющей функцией лимбов.
Каждый оптический теодолит можно также отнести к какому-то типу в зависимости от назначения его применения:
- геодезический;
- маркшейдерский;
- астрономический;
- тахеометр, которыми были теодолиты с маркировкой ТТ и такие модели Т5, Т30.
Устройство теодолита
Все группы теодолитов имеют практически одну принципиальную схему своей конструкции. В нее входят такие основные части:
- основание с подставкой, на котором закреплена вращающаяся часть инструмента;
- собственно вращающаяся часть, состоящая из нижнего горизонтального круга с цилиндрическим уровнем, двух вертикальных колонок (одна с вертикального кругом и компенсатором наклона), зрительной трубы и микроскопа отсчитывания.
Более детальное строение подробно изображено на Рис.1. Внешний вид оптического теодолита Т30. Каждый отдельный узел у него имеет свое назначение и взаимоувязан геометрическими и конструктивными связями.
Металлическая широкая площадка (1), служит для крепления инструмента на штативе с помощью станового винта.
Горизонтальный круг (2) в нижней части корпуса прибора состоит из отсчетного механизма (алидады) с закрепительным винтом (3), микрометренного винта (4) наведения, цилиндрической ампулы горизонтального уровня (5) служит для вращения на 360º.
Вертикальный круг (19), представляющий единое целое с вертикальной стойкой (12), содержит в себе отсчетное приспособление с зеркалом подсветки (16) и паз для фиксации буссоли (18). Имеет своим предназначением измерять вертикальные углы (наклона).
На второй вертикальной стойке установлен закрепительный винт (8), кремальера (7) для фокусирования изображения и микрометренный винт вертикального круга (6) для точного выведения зрительной трубы.
В состав зрительной трубы, конструктивно закрепленной между двух стоек, входят визир (9), окуляр в виде линзы для просмотра изображения в поле зрения трубы (10), окуляра отсчетного микроскопа (11) и объектива (17). Она предназначена для наведения на визирные цели.
В конструкции трегера (21), содержащего подъемные винты (15), находятся лимб в виде круглого кольца с размеченными делениями на его шкале (13), его закрепительный (14) и микрометренный (20) винты.
Рис.1.Внешний вид оптического теодолита Т30
Оптические теодолиты, основное предназначение которых в измерении углов, представляют конструктивную схему, состоящую из трех систем:
- измерительной;
- наведения;
- ориентирования.
В систему ориентирования входят геометрические взаимные связи отвесного и горизонтального положения между осями вращения инструмента, уровнями и отвесами.
Система наведения включает в себя вращающиеся механизмы, геометрию и оптику зрительной трубы.
Система измерений представляет вертикальный и горизонтальный круги со шкалами обоих лимбов, отсчетных приспособлений алидады и оптического микроскопа.
Система измерений теодолита
Представляет собой механизм считывания со шкалы недвижимого кольца лимба относительно штриха подвижной алидады угловых отсчетов и передачи через оптическую систему в окуляр микроскопа. Считывание ведется в одних моделях приборов по горизонтальному и вертикальному кругу по одной стороне лимба (односторонняя система), а в других инструментах по двум сторонам (двухсторонняя). Штриховой микроскоп с односторонней системой считывания показан на Рис.2. Отсчеты вертикального и горизонтального угла.
Рис.2. Отсчеты вертикального и горизонтального угла.
В разных теодолитах в зависимости и от их точности, и от конструктивных особенностей отсчетные устройства могут быть и другого вида: шкаловые микроскопы, оптические микрометры.
Система наведения теодолита
Состоит из зрительной трубы и связанными с ней микрометренными винтами для точного наведения на цель наблюдения. Сама зрительная труба представляет металлический корпус, оптическую систему, состоящую из объектива (1) с окуляром (2), сетки нитей (5), фокусировочной линзы (3) с кремальерой (4). Оптическая схема основной детали устройства наведения показана на Рис.3. Зрительная труба.
Рис.3. Зрительная труба.
Визирование на удаленные точки осуществляется через линзу окуляра и фокусирование изображения с помощью винта или кольца кремальеры, передвигающей внутреннюю фокусировочную линзу. При появлении четкого изображения в объективе точное наведение на цель выполняют с применением сетки нитей, видимость которой регулируется диоптрийным кольцом. Линия, невидимо проходящая через центры окуляра и объектива, считается визирной осью. Соответствие ее положения конструктивным и геометрическим условиям относительно осей других узлов оптического прибора проверяется выполнением рабочих испытаний инструмента.
Рис.4. Устройство сетки нитей (а) и изображение в поле зрения окуляра в приборах Т30 (б), Т30М (в).
Система ориентирования теодолита
Дает возможность ориентировать инструмент относительно отвесной линии и точного центрирования над пунктами с известными координатами, определяющими их положение в пространстве. К этим устройствам в теодолитах относятся:
- узлы оптического отвеса, нитяного подвеса и точки центрировки (сверху трубы);
- ампулы цилиндрического и круглого уровней.
Испытания и поверки теодолита
Получив прибор в эксплуатацию, необходимо обязательно провести испытания на соответствие его рабочим характеристикам. С каждым из них в укладочной коробке должна быть инструкция по эксплуатации или паспорт с техническими параметрами, комплектованием, устройством и особенностями данной конкретной модели, техническими и регламентными работами по обслуживанию, поверками, способами их проведения, юстировок и исправления, позволяющими привести прибор в рабочее состояние. У каждой конкретной модификации инструмента существуют свои конструктивные особенности. И полученное руководство, поможет правильно разобраться с эксплуатационными особенностями, отсчетными устройствами и другими характерными деталями теодолита.
Независимо от того, имеется ли в паспорте прибора отметка о его метрологической проверке, необходимо самостоятельно провести стандартные поверки. Весь комплекс испытаний, как правило, записывается в специальный журнал поверок с их результатами. В стандартные поверки по соблюдению геометрических условий осевых элементов теодолита входят поверки:
- взаимодействия деталей;
- уровней, компенсатора;
- устойчивости штатива и подставки;
- наклона горизонтальной нити сетки нитей;
- отвесности оси оптического центрира;
- определение наклона горизонтальной оси прибора относительно вертикальной;
- определения коллимационной ошибки и места нуля;
- определение коэффициента нитяного дальномера;
- определение рена отсчетного устройства.
Периодически, помимо обычно ежегодной метрологической проверки, в течение года проводятся регламентные работы по техническому обслуживанию.
Теодолиты: устройство, правила работы
Теодолит представляет собой геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов. Он используется при топографических, геодезических работах, в строительстве, при монтаже промышленных механизмов, элементов машин, возведении сооружений и т.д.
Устройство теодолита
Основные элементы стандартного теодолита следующие:
– лимб. Угломерный круг, на который нанесены градусные деления – от 0 до 360.
– алидада. Подвижная часть прибора, к которой крепятся зрительная труба и система отсчитывания по лимбу. Изменение положения алидады осуществляется путем регулировки подъемных винтов.
– зрительная труба (крепится к алидадной части)
– вертикальный круг. Предназначен для измерения вертикальных углов.
– подставка (также называемая трегер). На ней располагаются подъемные винты.
– зажимные (стопорные) винты, а также винты перестановки лимба и винты фокусировки зрительной трубы
– уровни горизонтального и вертикального круга
Более детальное устройство теодолита представлено на рисунке. Обозначения: 1 – головка штатива; 2 – основание; 3 – подъемный винт; 4 – наводящий винт алидады; 5 – закрепительный винт алидады; 6 – наводящий винт зрительной трубы; 7 – окуляр зрительной трубы; 8 – предохранительный колпачок сетки нитей зрительной трубы; 9 – кремальера; 10 – закрепительный винт зрительной трубы; 11 – объектив зрительной трубы; 12 – цилиндрический уровень; 13 – кнопочный винт для поворота лимба; 14 – закрепительный винт; 15 – окуляр отсчетного микроскопа с диоптрийным кольцом; 16 – зеркальце для подсветки штрихов отсчетного микроскопа; 17– колонка; 18 – ориентир-буссоль; 19 – вертикальный круг; 20 – визир; 21 – диоптрийное кольцо окуляра зрительной трубы; 22 – исправительные винты цилиндрического уровня; 23 – подставка.
Принцип работы теодолита
Основной принцип работы теодолита заключается в следующем: при наведении зрительной трубы на исследуемую область (при условии, что центр визирной линии попадает на нужный объект), можно измерить угол каждой из осей (горизонтальной и вертикальной). Измерения проводятся при помощи шкалы, градуированной в угловых секундах. Стороны угла, который необходимо измерить, проектируются на плоскость лимба подвижной вертикальной плоскостью (ее также называют коллимационной, она образуется при вращении зрительной трубы вокруг своей оси). Далее отсчет производится по горизонтальному кругу.
Работа с теодолитом требует соблюдения определенных правил (геометрических условий): ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к оси вращения алидады; ось вращения алидады должна находиться в строго вертикальном положении; визирная ось и ось вращения трубы должны располагаться перпендикулярно друг к другу; ось вращения алидады также должна быть перпендикулярна оси вращения трубы; одна из нитей сетки должна располагаться в вертикальной плоскости. Регулировка прибора для достижения этих правил называется юстировкой.
Как пользоваться теодолитом?
Перед тем, как пользоваться теодолитом желательно пройти обучение ну и, конечно же, обязательно следует ознакомиться с инструкцией по эксплуатации прибора. Помните, что действия наобум не дадут нужных результатов.
В этой статье обозначим лишь основные нюансы, как работать с теодолитом.
Порядок действий следующий:
– сначала теодолит надежно закрепляется на штативе, при необходимости проводится калибровка.
– выбираются две точки объекта измерения (к примеру, назовем их А и Б).
– с помощью фокусирующего винта и диоптрийного кольца зрительная труба наводится на выбранные точки.
– далее зрительная труба вертикальной нитью наводится на точку А, по горизонтальному кругу считываются показания (результаты измерений фиксируются в журнале). Ослабив фиксирующий винт, зрительная труба перемещается по часовой стрелке на точку Б, снимаются показания. Следующий полуприем выполняется при ином положении круга, переведя зрительную трубу через зенит. Измерения при каждом полуприеме должны быть примерно одинаковыми (допустимое расхождение – не более двойной точности микроскопа). Итоговое значение определяется как среднеарифметическое.
При работе с теодолитом можно пользоваться так называемым круговым приемом, он целесообразен в том случае, если необходимо произвести измерения из одной точки. Выполняется этот прием следующим образом:
– Теодолит устанавливается непосредственно над точкой. Обратите внимание, что лимба в данном случае должна быть приближена к нулю.
– Алидаду вращают, соединяя нулевой штрих микроскопа со штрихом нулевого давления на лимбе. Далее, чуть ослабить винт, необходимо закрепить алидаду и навести трубу на точку.
– После закрепления стопорного винта проводятся расчеты.
– Для снятия отсчета со следующей точки необходимо, двигая трубу по часовой стрелке, направить ее на цель.
– Затем алидада переводится в исходное положение, зрительная труба переводится через зенит и точно таким же образом снимаются отсчеты второго полуприема.
– Далее необходимо вычислить среднее значение, при этом важно учитывать погрешность.
Инженерная графика! Лекции
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»
КАФЕДРА МЕХАНИКИ И ГРАФИКИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»
КАФЕДРА МЕХАНИКИ И ГРАФИКИ
Учебное пособие предназначено для студентов всех специальностей,
«Инженерная компьютерная графика».
Пособие содержит теоретические основы начертательной геометрии и инженерной графики, примеры решения геометрических задач и построение графических проекций. Учебное пособие предназначено для всех специаль-
ностей изучающих курс «Инженерная графика»
1 Основы начертательной геометрии…………………………………………. 7
1.2 Центральное проецирование………………………………………….. . 8
1.3 Параллельное проецирование………………………………………… 9
1.4 Прямоугольное (ортогональное) проецирование…………………… 10
1.5 Проецирование точки…………………………………………………. 12
1.6 Проецирование прямых общего положения………………………. 15
1.7 Деление отрезка в заданном отношении……………………………… 16
1.9 Метод прямоугольного треугольника…………………………………. 17
1.10 Проецирование прямых частного положения……………………….. 18
1.11 Взаимное положение точки и прямой……………………………. 20
1.12 Взаимное положение прямых………………………………………….. 20
1.13 Определение видимости гранного тела……………………………….. 25
1.15 Точка и прямая в плоскости………………………………………….. 28
1.16 Взаимное положение прямой и плоскости, плоскостей……………. 34
1.17 Способы преобразования комплексного чертежа…………………… 45
2 Основные правила оформления чертежей………………………………… 60
2.1 Единая система конструкторской документации. Стандарты ЕСКД. 60
2.6 Изображения на технических чертежах……………………………… 66
2.7 Графические обозначение материалов в сечениях………………….. 78
2.9 Наглядные аксонометрические изображения……………………….. 92 3 Деталирование……………………………………………………………… 97
3.1 Содержание и объем работы…………………………………………… 98
3.2 Чтение сборочного чертежа……………………………………………. 97
З.3 Пример чтения чертежа……………………………………………….. .99
3.5 Выбор и нанесение размеров…………………………………………. 111
3.6 Заполнение основной надписи…………………………………………118
3.7 Определение размеров детали по ее изображению с использованием графика масштабов…………………………………………………….
4.1 Резьбовые соединения………………………………………………… 123
4.2 Расчет винтового соединения……………………………………. 123
В число дисциплин, составляющих основу инженерного образования, входит “Инженерная графика”.
Инженерная графикаэто условное название учебной дисциплины, включающей в себя основы начертательной геометрии и основы специального вида технического черчения.
Начертательная геометрия – наука, изучающая закономерности изображения пространственных форм на плоскости и решения пространственных задач протекционно-графическими методами.
Исторически методы изображения возникли еще в первобытном мире.
В начале развития появился рисунок, потом буква – письменность. Вехи развития графики: наскальный рисунок, творение великих художников эпохи возражения.
Однако формирование научной теории изображения началось в 17 веке, когда возникло учение об оптике. В 1636 году геометр Жирар Дизарг дал стройную теорию изображений в перспективе.
В дальнейшем развитии чертежа огромную роль сыграли французский математик и инженер Гаспар Монж (1746-1818).Заслуга Г. Монжа в том, что он обобщил имеющиеся данные о построении плоского чертежа и создал самостоятельную научную дисциплину под названием “Начертательная геометрия” (1798 год). Г. Монж говорил: начертательная геометрия преследует следующую цель: на чертеже, имеющем два измерения с точностью изобразить тела трех измерений. С этой точки зрения эта геометрия должна быть необходима как для инженера, составляющего проект, так и для того, кто по этим проектам доложен работать.
Метрическая (измерительная) геометрия, созданная, как известно, трудами Евклида, Архимеда и других математиков древности, выросла из потребностей землемерия и мореплавания.
Всестороннее и глубокое научно-теоретическое обоснование начертательная геометрия получила только после рождения геометрии на псевдосфере. Создал его великий русский геометр Лобачевский (1793-1856г.).
В России начертательную геометрию стали изучать с 1810 года в институте корпуса инженеров путей сообщения в Петербурге.
Начертательная геометрия является разделом геометрии, изучающим пространственные формы по их проекциям на плоскости. Ее основными элементами являются:
1. Создание метода изображения
2. Разработка способов решения позиционных и метрических задач при помощи их изображения.
Начертательная геометрия является связующим звеном между математикой, техническим черчением и другими предметами. Дает возможность построения геометрических форм на плоскости и по плоскому изображению представить форму изделия.
Студенты при изучении курса начертательной геометрии наряду с освоением теоретических положений приобретают навыки точного графического решения пространственных задач метрического и позиционного характера. Умение найти более короткий путь решения графической задачи формирует общую инженерную культуру молодого специалиста.
Изучение начертательной геометрии позволяет:
1. Научиться составлять чертежи, т.е. изучать способы графического изображения существующих и создаваемых предметов.
2. Научиться читать чертежи, т.е. приобрести навыки мысленного представления по чертежу формы и размеров предмета в натуре.
3. Приобрести навыки в решении пространственных задач на проекционном чертеже.
4. Развить пространственное и логическое мышление.
Инженерная графика является тем фундаментом, на котором в дальнейшем будут основываться все технические проекты науки и техники, и которая дает возможность студенту, а затем инженеру выполнять конструкторскую работу и изучать техническую литературу, насыщенную чертежами.
Прочесть или составить чертежи можно лишь в том случае, если известны приемы и правила его составления. Одна категория правил имеет в основе строго определенные приемы изображения, имеющие силу методов, другая категория – это многочисленные, часто не связанные между собой условности, принятые при составлении чертежей и обусловленные ГОСТами.
ГОСТы – это государственные общесоюзные стандарты, комплекс которых составляет Единую систему конструкторских документов, принятых в России. Основное назначение стандартов ЕСКД заключается в установлении на всех предприятиях России единых правил выполнения, оформления и обращения конструкторской документации.
Теоретической основой черчения является начертательная геометрия. Основной целью начертательной геометрии является умение изображать всевозможные сочетания геометрических форм на плоскости, а так же умение производить исследования и их измерения, допуская преобразование изображений. Изображения, построенные по правилам начертательной геометрии, позволяют мысленно представить форму предметов и их взаимное расположение в пространстве, определить их размеры, исследовать геометрические свойства, присущие изображаемому предмету. Изучение начертательной геометрии способствует развитию пространственного воображения, необходимое инженеру для глубокого понимания технического чертежа, для возможности создания новых технических объектов. Без такого понимания чертежа немыслимо никакое творчество. В любой области техники, в многогранной инженерной деятельности человека чертежи являются единственными и незаменимыми средствами выражения технических идей.
Начертательная геометрия является одной из дисциплин, составляющих основу инженерного образования.
Т.о., предмет “Инженерная графика” складывается из двух частей:
1. Рассмотрения основ проецирования геометрических образов по курсу начертательной геометрии и
2. Изучения законов и правил выполнения чертежей по курсу технического черчения.
Теодолитный ход — виды, назначение и вычисление
Теодолитный ход – это одна из самых важных частей работы в геодезии. Часто это понятие переплетается с деятельностью инженеров и включается в различные работы.
Многие геодезисты годами обучаются тому, чтобы правильно и с первого раза прокладывать верную схему данных ходов. Также часто употребляют этот термин, как ломаное построение.
Определение и назначение теодолитных ходов
Теодолитный ход – это определенная линия, которая выполнена в ломаной последовательности. Нередко его используют для того, чтобы вычислить координаты определенной местности.
Более опытные геодезисты знают огромное количество таких систем. Нужны они также для того, чтобы точно отобразить нужную местность, определить углы на карте крупного масштаба или на специальных планах участка.
Само теодолитное построение отображается на плане или карте системой точек, которые закреплены на полотне. Благодаря им измеряется необходимый угол.
Основные виды теодолитных ходов
Опытные эксперты выделают несколько типовых схем ломаного построения:
Замкнутый ход представляет собой многоугольную фигуру, которая имеет начало и конец в одной только точке. Само название говорит о построении этой линии. Замкнутая фигура это и есть система такого вида. Чаще всего нужна такая линия для того, чтобы создать контур на любой местности.
Висячий ход используют редко, потому что для его вычисления потребуется специальная формула. Суть его такова, что он имеет только начало в определенной точке координат. Конец нужно вычислять.
Разомкнутый ход можно охарактеризовать как простую линию. Проект трассы или любого другого продолжительного участка невозможен без разомкнутой линии. Опора у нее на известные точки. В отличие от замкнутого, начало и конец располагаются в разных точках.
Схема теодолитного хода
Каждый путь имеет определенную схему, по которой можно определить его вид и назначение, положение. Как говорилось ранее, каждая линия имеет свои отличительные признаки.
Замкнутая схема напоминает собой закрытую фигуру. Для того, чтобы огородить любой участок, нужно именно это построение.
Необходима только одна известная относительная точка, чтобы сделать замкнутое пространство. Так как линия состоит из множества координат, то нахождение углов не является проблемой. Схема напоминает многоугольник.
Висячий ход нужен для тех участков, которые еще находятся в проекте. Эта схема имеет единственную координату, так как конца у нее нет. Конец у данной линии свободен.
Разомкнутый план удобен тем, что координаты известны. Остается только вычислить необходимые углы по координатам.
Начало и конец на данной линии лежат на геодезических обоснованиях. Эта фигура любима многими геодезистами-новичками, которые только пришли в это дело, для них есть допустимая минимальная погрешность.
Обработка результатов измерений
Мало знать точки, может произойти невязка. Для качественного выполнения полевой работы необходимо знать углы, с помощью которых строится то или иное пространство.
Для начала составляют проект, от которого будут отталкиваться на местности, часто это делается онлайн. Вычисление координат геодезических обоснований – важный шаг в работе.
Чтобы качественно обработать полученные результаты измерений, необходимо:
Составить таблицу с полученными углами.
Выписать точки начала и конца.
С помощью различных формул вычисляется сумма углов, а также длина. Расчет оформляется на отдельном полотне.
Далее необходимо вычислить теоретическую сумму для того, чтобы составить верное построение. Для каждого построения свои формулы.
Составление плана
Качественное построение системы предполагает собой точную ведомость всех необходимых данных. Недостаточно знать примерный чертеж или точки. Различаются виды планов, для которых присутствует своя система.
Теодолитная съемка нужна для того, чтобы составить план. Необходима такая последовательность действий:
создание сетки координат;
нанесение координат с предельной точностью;
отображение местной ситуации;
оформление по критериям.
Заключение
Построение системы и точное знание каждого угла поможет с высокой точностью наметить необходимые построение. Геодезисты больше всего времени тратят на то, чтобы составить точный план.
Ошибки в расчетах могут привести к трате времени или потере проекта. Выполнение всех пунктов последовательности приведёт к отличной и законченной работе.
Теодолитный ход в геодезии – определение и назначение, как правильно проложить
Теодолитный ход является наиболее востребованной частью геодезических работ, переплетаясь со многими видами инженерной деятельности. В чем же его назначение и какие особенности выполнения разберем по порядку в нашей статье.
Назначение и основные разновидности
Проводится с целью точного отображения местности и расположенных на ней объектов на крупномасштабной карте, плане или специальных схемах.
Данная процедура подразумевает создание системы точек, закрепленных в натуре, и определение их горизонтальных углов при помощи теодолита или тахеометра. Расстояние между пунктами определяется при помощи светодальномеров, рулеток и других приборов, позволяющих обеспечить необходимую точность. По форме обычно принято различать следующие виды ходов:
В разомкнутом первая и последняя точка базируется на разные пункты и направления геодезической сети, чьи координаты и дирекционные углы уже определены, а замкнутый образует геометрическую фигуру, поэтому может опираться только на один. Особенность же висячего хода состоит в том, что один его конец примыкает к пункту геодезического обоснования, а второй остается свободным.
Его форма во многом зависит от того, на какой территории проводятся измерения. Например, для автодорог и трубопроводов хорошо подойдет разомкнутый ход, а на строительных площадках и земельных участках обязательно должен быть построен замкнутый полигон.
Достаточно распространённой процедурой является прокладывание внутри больших полигонов дополнительных сетей, чтобы полностью отобразить ситуацию на плане.
Порядок проведения
Выполнение теодолитного хода начинают с рекогносцировки, подразумевающей изучение ее особенностей и определение наиболее подходящих мест для установки точек.
Расстояние между ними должно варьироваться в пределах от 20 до 350 метров, но оно зависит также и от масштаба съемки. Наилучшей точности можно добиться, если расстояние будет одинаковым, но особенности территории далеко не всегда позволяют это сделать.
Съемку осуществляют на открытом пространстве с хорошей взаимной видимостью между пунктами, закрепленными специальными кольями из дерева, металла и других материалов. Для их долговременной сохранности нередко используются бетонные монолитные столпы. Также рекомендуется привязать каждый знак к твердым объектам поблизости, чтобы можно было восстановить его в случае потери.
Когда все подготовительные процедуры завершены и определено местоположение пунктов начинаются полевые работы. Прибор устанавливают на точке и измеряют угол за один прием, визируясь на соседние, после чего определяют расстояния между ними.
Если строится замкнутый полигон, за начальный берут магнитный азимут одной из сторон. Привязка к пункту геодезической сети необходима для определения дирекционного угла и координат, что позволит обеспечить должный контроль полученных результатов.
Все данные записываются в специальный журнал или автоматически заносятся в память электронного измерительного устройства. В дальнейшем они используются для камеральной обработки, которая подразумевает проведение расчетов с целью вычисления координат пунктов и жестких контуров.
Параллельно со съемкой составляется схематический чертеж, отображающий местоположение объектов на местности, который называется абрисом. Он представляет собой полноценный документ, является неотъемлемой частью технической документации и служит источником информации при построении плана или карты.
Во время составления абриса необходимо отобразить на нем как можно больше информации. Особенно важно обозначить все метрические данные и сделать его понятным для прочтения.
Во время снегопада, дождей и других неблагоприятных погодных условий, а также при плохой освещенности, проводить измерения запрещается.
Основные технические требования к линейным измерениям
Любые геодезические работы должны быть выполнены с четким соблюдением всех правил, дабы обеспечить получение самых точных результатов измерений. Основные требования к данной процедуре изложены в инструкции по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500, а также ряда других нормативных документов.
В зависимости от предельной относительной погрешности длина теодолитного хода должна соотносится со следующими показателями, приведенными в табл.1.
| Буровая установка | № скважины | Литологический тип | Коэф. крепости | Размер отдельности, м | Скорость фактическая, м/c |
|---|---|---|---|---|---|
| DM LP | 6,0 | 4,0 | 2,0 | 6,0 | 3,0 |
| СБШ | 3,0 | 2,0 | 1,0 | 3,6 | 1,5 |
| 1:1000 | 1,8 | 1,2 | 0,6 | 1,5 | 1,5 |
| 1:500 | 0,9 | 0,6 | 0,3 | — | — |
(m_) – среднеквадратическая ошибка измеренных расстояний.
Показатели предельно допустимых длин между узловой точкой и исходной уменьшается на 30%, а также должны быть:
– больше 20 м, но меньше 350 м на застроенных участках;
– свыше 40 м и не более 350 м.
Аналогичные требования (табл. 2) есть и к висячим теодолитным ходам:
| Масштаб | Местность | |
| Застроенная | Не застроенная | |
| 1:5000 | 350 | 500 |
| 1:2000 | 200 | 300 |
| 1:1000 | 150 | 200 |
| 1:500 | 100 | 150 |
Измерение длин необходимо проводить в обе стороны и высчитать их среднее значение, а точность приборов должна быть не менее 30”. Допустимое отклонение при центрировании – не более 3 мм.
Съемка ситуации и ее виды
Прокладывание теодолитного хода, как правило, проводят для последующего отображения особенностей территории работ. Конечная цель – получения данных о местоположении снимаемых объектов в пространстве и составление контурной карты или плана местности без отображения рельефа. Фиксируются наиболее значимые элементы окружения:
– деревья и крупная растительность;
– государственные геодезические пункты;
– контуры зданий, сооружений и других жестких объектов.
Процесс их измерения называется съемкой ситуации, которая выполняется следующими способами:
- Способ перпендикуляров. Применяют для съемки объектов вытянутой формы, которые расположены преимущественно на открытом пространстве и близко к пунктам. Основной принцип выполнения этого способа строится на определении основания перпендикуляра, а также измерении его длины до станции.
- Полярных координат. Проводится, если снимаемая цель находится на большом расстоянии от пункта. Одна сторона принимается за полярную ось, а ее вершина – за полюс. Измеряются горизонтальные углы направления на заданную точку и определяют линейное расстояния до нее.
- Угловая засечка. Хорошо подходит для съемки труднодоступных точек. Их местоположение определяют совмещением сторон углов, измеренных от вершины теодолитного хода до заданного пункта с двух направлений.
- Метод створа (линейных промеров) используется, когда контуры местности пересекают уже построенный ход или его продолжение, а также для определения дополнительных точек посредством линейных измерений. Данный способ активно применяется на сильно застроенных участках.
- Способ обхода используют, как правило, на закрытой местности, если необходимо снять особо важный объект, но от вершин сторон это сделать невозможно по причине наличия препятствий или дальности. Прокладывают дополнительные пикеты, которые и привязывают к основным пунктам, а границы контура снимают методом перпендикуляра.
Геодезические работы основаны на принципе «от общего к частному». Поэтому, в теории, лучше всего сперва построить теодолитный ход, а потом уже провести съемку подробностей.
Обработка полученных результатов измерений
Выполнение контурной съемки проводится с целью получения данных, необходимых для дальнейшего расчета координат:
– длин сторон теодолитного хода;
Подсчет теоретической суммы угловых измерений () хода осуществляют по формуле (табл. 3).
| замкнутый | разомкнутый |
| (beta _ |
(beta _ |
n – количество точек;
(alpha _<н>)– значение начального дирекционного угла, –конечного;
Далее производят расчет угловой невязки:
(beta _<изм>)– сумма измеренных углов.
Следующим шагом будет сравнение (f_
(f_
При правильном выполнении расчетов сумма поправок будет иметь отрицательное значение:
Далее следует вычисление дирекционного угла (α), который начинают отчитывать от северного направления осевого меридиана по часовой стрелке.
В данном выражении (alpha _
(beta _<пр.исп>)– исправленное значение правого по ходу угла, (beta _<л.исп>)– исправленное значение левого по ходу угла.
Начальный α должен равняться конечному. Если же полученный α больше 360°, то перед тем, как занести показатели в журнал из них вычитают 360°.
Теперь вычисляется румб (r), который отсчитывают от самого близкого окончания осевого меридиана до ориентированной линии. Рассчитывается в зависимости от своего местоположения относительно четверти координат (табл. 4).
Таблица 4. Формула румба для каждой четверти.
| Четверть и ее название | Пределы α | Формула | Знаки приращения координат | |
| ΔХ | ΔУ | |||
| 1 С.В. | 0° – 90° | r = α | + | + |
| 2 Ю.В. | 90°-180° | r = 180° – α | – | + |
| 3 Ю.З. | 180°-270° | r = α – 180° | – | – |
| 4 С.З. | 270°-360° | r = 360° – α | + | – |
Приращение геодезических координат определяют:
где: d – горизонтальное проложение;
r – румб стороны.
Уравнивание проводят при помощи приведенных ниже формул:
( sum Delta X_) и (sum Delta Y_)– сумма приращений координат, которые были определены с учетом знаков;
(sum Delta X_
Стоит отметить, что в замкнутом полигоне последние значение равняются нулю, поэтому невязки должны быть равны сумме приращений или приближенными к нему.
Проверка условия допустимости:
1. Абсолютного значения:
где Р – периметр хода (сумма его горизонтальных проложений).
(left | f_ <отн>right |leq left | f_ <абс>right |)
Невязки раскидывают с обратным знаком, предварительно выполнив поправки на приращение каждой стороны при помощи таких формул:
(imath) – номер точки;
Все координаты вершин рассчитываются таким образом:
Составление плана
Полученные в процессе съемки и дальнейшей обработки данные используются для построения картографического материала, как с помощью специальных программ, так и вручную.
Выполняется в крупном масштабе и содержит подробную информацию о местности. Последовательность построения следующая:
- Создание координатной сетки. Берутся либо уже заранее подготовленные листы или чертятся с помощью линейки Дробышева. Также можно построить ее посредством проведения через плотный лист бумаги двух диагональных линий и последующего откладывания отрезков от их пересечения. Очень важно начертить сетку таким образом, чтобы схема хода и прилегающие территории находились в середине.
Правильность нанесения пунктов на план можно проверить по расстоянию между ними, которое не должно быть больше 0,2 мм. Кроме того, отображают ситуацию на нем при помощи методов, используемых во время полевых работ.
- Нанесение вершин и отображение ситуации. Точки пикетов отображаются на плане или карте, а потом переносят элементы окружающей местности, которые были предварительно зарисованы на абрисе. Отображаются они в виде символических графических обозначений, передающие информации об объекте, существующем в реальности – условных знаков.
- Зарамочное оформление. Обязательно указывают в каком масштабе выполнен план и какая местность и ситуация на нем изображена.
На сегодняшний день обработку и создание графических материалов выполняют при помощи специально созданного для этих целей программного обеспечения (ГЕОМИКС). Благодаря ему процессы камеральной обработки стали значительно проще и занимают гораздо меньше времени. Но только на на этом возможности геодезических программ не заканчиваются. Осуществив все необходимые вычисления и уравнивания, можно построить план в электронном виде и распечатать, а в случае необходимости провести коррективы.
Замкнутый теодолитный ход: обработка и методика рассчета координат
Самой распространённой процедурой в инженерной геодезии считается построение теодолитного хода – системы ломаных линий и измеренных между ними углов. Замкнутым его называют, если он опирается только на один исходный пункт, а его стороны образуют многоугольную фигуру. Рассмотрим подробнее, как создается теодолитный ход замкнутого типа и какие у него особенности.
Разновидности теодолитных ходов
Ходы могут образовывать целые сети, пересекаясь между собой и охватывая значительные территории, а их форма определяется особенностями местности. Их принято разделять на:
– замкнутый (полигон);
– разомкнутый;
– висячий;
– диагональный (прокладывают внутри других ходов).Если необходимо заснять ровный участок, вроде строительной площадки, лучшим выбором будет полигон. На объектах вытянутого типа, вроде автодорог, принято использовать разомкнутый ход, а висячий – для съемки закрытой местности, вроде глухих улиц.
Замкнутый ход по своей сути является многоугольной фигурой и опирается только на один базовый пункт с установленными координатами и дирекционным углом. Вершинами стороны выступают точки, закрепленными на местности, а отрезками – расстояние между ними. Его чаще всего создают для съемки стройплощадок, жилых зданий, промышленных сооружений или земельных участков.
Порядок выполнения работ
Как и другие геодезические мероприятия, эта процедура проводится с предварительной подготовкой для получения точных метрических данных. Немаловажную роль играет также их математическая обработка. Сами работы выполняются по принципу от общего к частному и состоят из следующих этапов:
- Рекогносцировка местности. Оценка снимаемой территории, изучение ее особенностей. На этом этапе определяется местоположение снимаемых точек.
- Полевая съемка. Работы непосредственно уже на местности. Выполнение линейных и угловых измерений, составление абрисов, предварительные расчеты и внесение изменений при необходимости.
- Камеральная обработка. Завершающий этап работ, который заключается в вычислении координат замкнутого теодолитного хода и последующего составления плана и технического отсчета.
Рекогносцировка и полевые измерения выполняются непосредственно на объекте и являются наиболее трудоемкими и затратными мероприятиями. Тем не менее, от качества их проведения зависит дальнейший результат.
Обработка данных проводится уже в помещении. Сегодня она осуществляется при помощи специального программного обеспечения, хотя и ручные расчеты все также остаются актуальными и могут быть использованы геодезистом в целях проверки.
Обработка данных
Обработка результатов измерений замкнутого теодолитного хода позволит оценить качество проделанной работы и внести исправления в полученные геометрические величины. Чтобы убедится в том, что угловые и линейные измерения находятся в допуске, еще во время полевых работ выполняют первичные расчеты.
Для вычисления значений координат точек замкнутого хода используют такие данные:
– координаты исходного пункта;
– исходный дирекционный угол;
– горизонтальные углы;
– длины сторон.
Полевые измерения, выполненные даже при соблюдении всех правил и требований, будут иметь неточности. Они обусловлены систематическими и техническими ошибками, а также человеческим фактором.
Расчеты проводятся в определенной последовательности, которую рассмотрим далее.
Уравнивание
При начале расчетов определяют теоретическую сумму углов , а потом увязывают их, распределяя между ними угловую невязку.
n- количество точек полигона;
(sum beta _<изм>)– значение измеренных угловых величин;
Для получения (f_
В уравнивании (f_
t-точность измерительного устройства,
n – количество углов.
Уравнивание заканчивается равномерным распределением полученной невязки между угловыми величинами.
Определение дирекционных углов
При известном значении дирекционного угла ((alpha )) одной стороны и горизонтального ((beta )) можно определить значение следующей стороны:
(beta _<пр>)– значение правого по ходу угла, из чего следует:
Для левого ((beta _<лев>)) эти знаки будут противоположными:
Поскольку значение дирекционного угла не может быть больше, чем (360^
Вычисление румбов
У румбов и дирекционных углов существует взаимосвязь, а определяют их по четвертям, которые носят название четырех сторон света. Как видно из табл.1. расчёты проводят согласно установленной схеме.
Таблица 1. Расчеты румба в зависимости от пределов дирекционного угла.
| Четверть | Название относительно стороны света | Пределы α | Формула | Знаки приращений | |
| ΔХ | ΔУ | ||||
| I | СВ (северо-восточный) | 0° – 90° | r = α | + | + |
| II | ЮВ (юго-восточный) | 90°-180° | r = 180° – α | – | + |
| III | ЮЗ (юго-западный) | 180°-270° | r = α – 180° | – | – |
| IV | СЗ (северо-западный) | 270°-360° | r = 360° – °α | + | – |
Приращения координат
Для приращений координат в замкнутом ходе применяют формулы, использующиеся при решении прямой геодезической задачи. Ее суть состоит в том, что по известным значениям координат исходного пункта, дирекционного угла и горизонтального приложения можно определить координаты следующего. Исходя из этого, формула приращения значений будет иметь следующий вид:
(Delta X = dcdot cos alpha )
(Delta Y = dcdot sin alpha )
d-горизонтальное проложение;
α-горизонтальный угол.
Для полигона, который имеет вид замкнутой геометрической фигуры, теоретическая сумма приращений будет равняться нулю для обеих координатных осей:
Линейная невязка и невязка приращения значений координат
Несмотря на вышесказанное, случайные погрешности не позволяют алгебраическим суммам выйти в ноль, поэтому они будут равняться другим невязкам приращений координат:
Переменные (f_
) на координатной оси, которую можно рассчитать по формуле:
При этом (f_
), не должно быть боле, чем 1/2000 от доли периметра полигона, а распределения (f_
В этих формулах (delta X_) и (delta Y_) – поправки приращения координат.
і- номера точек;
В расчетах важно не забывать о значениях алгебраической суммы, иначе говоря – знаках. При внесении поправок они должны быть противоположны знакам невязок.
После приращений и внесения поправок в данные измерений, проводят расчет их исправленных значений.
Вычисление координат
Когда будут произведены увязки приращений точек полигона, следует определение координат, которое осуществляют с использованием следующих формул:
Значения (X_<пос>) (Y_<пос>) – координаты последующих пунктов, (X_<пр>) и (Y_<пр>) – предыдущих.
(Delta X_<исп>) и (Delta Y_<исп>) – исправленные приращения между этими двумя значениями.
Если координаты первой и последней точки совпадают, то обработку можно считать завершённой.
На основе полученных координат и составленных во время полевых измерений абрисов в дальнейшем составляется план теодолитного хода.
Теодолитные ходы. Виды теодолитных ходов. Их назначение. Порядок создания теодолитных ходов.
Теодолитный ход– система закреплённых в натуре точек, координаты которых определены при измерении правых по ходу горизонтальных углов и расстояний между ними.
Теодолитные ходы предназначеныдля создания съёмочного обоснования. Начинается теодолитный ход от постоянного пункта геодезической сети координаты которого выбирают из каталога.
Виды теодолитных ходов бывают:
Замкнутый теодолитный ход это многоугольник, у которого началом и концом является одна, обычно опорная, точка с известными координатами. Применяется для создания контурного плана участка.
Разомкнутый теодолитный ход обычно вытянутый вдоль проектируемой трассы, начало и конец которого опираются на имеющиеся опорные пункты с известными координатами. У такого теодолитного хода начальный угол (βн) и конечный угол (βк) называются примыкающими. Применяютсятакие ходы для большего сгущения опорной геодезической сети внутри замкнутого теодолитного хода, либо для создания съёмочного обоснования при сооружении объектов линейного типа (дорог, линий трубопроводов).
Висячий теодолитный ход –это разомкнутый теодолитный ход, который опирается только одним концом на точку с известными координатами.
Порядок создания теодолитного хода:
1. Осмотр местности (рекогносцировка) с целью определить самые хорошие места для закрепления точек хода и измерения расстояний между точками, чтобы было удобно мерить лентой. Точки хода закрепляют кольями или столбами.
2. Находят ближайшие точки опорной геодезической сети для привязки вашего хода к ним. Если поблизости нет опорных точек, то не менее 1/5 части точек вашего теодолитного хода надо закрепить железобетонными столбами, и каждый такой столб привязать не менее чем к 3 постоянным предметам местности (колодцев, углов капитальных зданий и т. д.) с зарисовкой на глазомерном плане (абрисе).
3. Измерение длин линий между точками. Расстояния между точками должны быть в пределах 20 – 350 метров. Это зависит от масштаба вашей топографической съёмки, степени застройки территории по которой прокладывается теодолитный ход. Общепринятая погрешность при измерении длин линий от 1/1000 до 1/2000. Например, если предельная погрешность задана 1/1000 а длина хода 148 метров, то ошибка при измерении линии туда и обратно не должна превышать 148/1000 = 14,8 см.
4. Измерение горизонтальных углов между точками теодолитного хода. Измеряются теодолитом правые по ходу горизонтальные углы. При этом, правильность измерения углов контролируют по разнице между полу приёмами.
5. Измерение вертикальных углов. Так как при вычислении координат точек теодолитного хода применяются не измеренные длины линий, а их горизонтальные проложения, то в измеренную длину надо ввести поправку за наклон местности (если уклон превышает 1º). Для этого измеряют теодолитом вертикальный угол на каждой линии.
6. Съёмка ситуации местности различными способами.
7. Для передачи координат на точки вашего теодолитного хода необходимо произвести привязку их к опорным точкам геодезической сети более высокого класса. Для этого определяют положение одной точки вашего хода относительно точек государственной опорной геодезической сети 2 или 3 класса: измеряют расстояние от опорной точки до точки вашего теодолитного хода и горизонтальный примыкающий угол. Такая привязка называется передачей координат и дирекционных углов с пунктов привязки на точки теодолитного хода.
При проведении полевых работ по созданию теодолитного хода ведётся полевой журнал в виде таблицы, в которой записываются отсчёты по нижней шкале на каждой точке при КЛ и КП (двумя полу приёмами) и по верхней шкале при КЛ и КП с вычислением места нуля МО и вертикального угла. Записываются длины линий (туда, обратно и средние). Кроме этого ведётся зарисовка абриса на плотной бумаге (абрис – глазомерный план без соблюдения масштаба воспроизводящий связь отдельных элементов). Пока на данной точке всё это не будет зафиксировано в журнале и на абрисе, снимать теодолит с точки и переносить его на другую запрещается.
Вопрос № 42.
Вычисление координат поворотных точек теодолитного хода.
Для вычисления координатповоротных точек теодолитного хода в ведомости вначале уравнивают измеренные углы. От суммы измеренных углов вычитают сумму теоретическую, вычисленную по формуле 180º * (n – 2) в замкнутом и 180º * n * (βн – βк) в разомкнутом теодолитных ходах. Полученную невязку равномерно распределяют по измеренным углам с обратным знаком и уравнивают их. Затем вычисляют азимуты всех линий полигона. Для этого к первому азимуту опорной точки прибавляют 180º и вычитают второй исправленный угол. Получается второй азимут. К нему опять прибавляют 180º и вычитают третий исправленный угол. Получается третий азимут и так далее. По вычисленным азимутам находят румбы линий. Далее находят приращения координат по формулам: ∆Х = cos R * L; ∆Y= sinR * L. Приращения уравнивают. Координат второй точки находят, прибавляя (или отнимая) к известному координату первой опорной точки первое приращение. К найденному второму координату прибавляют (или отнимают) второе приращение и получают третий координат, и так далее. В замкнутом теодолитном ходе в конце должен получиться первый координат, что является проверкой. В разомкнутом теодолитном ходе в конце получается известный координат опорной точки, на которую опирается конец разомкнутого теодолитного хода.
