Поправка за атмосферные условия

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Необходимость ввода в измеренное значение длины линии поправки за атмосферные условия вызвано тем, что при прохождении волн оптического диапазона через атмосферу возникает явление дисперсии волн, следствием чего является замедление скорости распространения волн в среде по сравнению с вакуумом. Это означает, что если при измерениях в реальных атмосферных условиях для вычисления длины линии использовать скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, то вычисленная таким образом длина линии будет короче реальной длины. Отсюда возникает необходимость ввода в измеренное значение длины линии поправки за атмосферные условия.

Основными влияющими факторами на скорость распространения волн оптического диапазона в атмосфере являются давление , температура и влажность воздуха , причем влажность воздуха оказывает влияние существенно меньшее по сравнению с давлением и температурой.

Из формулы (1.14) следует, что на самом деле по метеорологическим параметрам вычисляется не поправка , а значение , являющееся постоянным для всех измеряемых на станции длин линий. Значение необходимо вычислить один раз перед выполнением измерений на станции и ввести в прибор, а далее это значение будет использоваться в соответствии с формулой (1.14) для вычисления всех длин линий на станции, сколько бы их не было.

В западной технической литературе поправки часто именуются пропорциональными поправками, поскольку они выступают коэффициентом пропорциональности между значением величины, стоящей в правой части, как, например, в формуле (1.13), и поправкой к этому значению. По своей сути поправка это миллионная часть чего-то (PartsPerMillion).

Производители электронных тахеометров обычно закладывают в прибор, при его разработке, такие параметры и константы, чтобы значение было равным нулю для стандартной атмосферы. При этом понятие стандартной атмосферы у каждого производителя может быть свое. В компании LeicaGeosystems стандартная атмосфера, характеризуется следующими метеорологическими параметрами:

- атмосферное давление науровня моря ,

- температура воздуха ,

- относительная влажность воздуха .

Для этих стандартных условий значение во всех электронных тахеометрах компании LeicaGeosystems равно .

Возможны три варианта вычисления и учета поправки за атмосферные условия.

1. Значение определяется графическим способом по специальной номограмме (рис. 10). Входными величинами при этом являются значение давления в миллибарах или высоты точки стояния в метрах, и температуры воздуха в градусах Цельсия. Относительная влажность воздуха при этом принимается равной 60%.

Относительная влажность воздуха – это отношение парциального давления водяного пара при конкретных атмосферных условиях к давлению насыщенного пара над плоской поверхностью дистиллированной воды при данной температуре, выраженное в процентах [5, 9].

Атмосферное давление, измеренное по барометру в миллиметрах ртутного столба, должно быть переведено в миллибары. Для этого значение давления, выраженное в миллиметрах ртутного столба, должно быть умножено на коэффициент 1.33.

Вместо значения давления может быть использована высота точки стояния над уровнем моря в метрах.

Так, например, давлению или высоте над уровнем моря , и температуре соответствует значение (27 мм/км). Условиям на уровне моря, характеризующимся давлением или высотой , и температурой , соответствует величина (11 мм/км).

Для учета поправки за атмосферные условия значение , вычисленное по номограмме, должно быть введено в прибор перед началом измерений на станции.

2. Значение определяется аналитическим способом по эмпирическим формулам Баррелла-Сирса [6]. В тахеометрах LeicaGeosystems серии TPS400 для измерения длин линий используется два режима измерений: измерения на отражатель и безотражательный режим измерений. В обоих режимах используется лазерный луч видимого красного поддиапазона световых волн с длиной волны 658 нм.

Поправка для длины волны 658 нм определяется по следующей формуле [6]

, (2.4.)

где

- атмосферное давление в миллибарах;

- температура воздуха в ºC;

- относительная влажность воздуха в %;

- ;

- .

Указанные формулы рекомендуется использовать в случаях высокоточного определения длин линий.

Для получения наиболее точных результатов измерения длин линий, значения атмосферных поправок должны определяться с точностью порядка . Это означает что:

- температура должна определяться с точностью не хуже 1°C;

- давление - до 3 миллибар;

- относительная влажность - не хуже 20%.

На рис. 11 показан график зависимости значения поправки за влажность воздуха от температуры и влажности воздуха. Из этого графика видно, что для измерений особо высокой точности относительная влажность должна обязательно определяться и учитываться вместе с такими параметрами, как атмосферное давление и температура воздуха. Особенно важно учитывать влажность воздуха в результатах измерения длин линий в условиях очень жаркого и влажного климата, в которых влажность воздуха максимальна. В целом же, из сравнения номограммы, представленной на рис. 10, и графика из рис. 11, видно, что поправка за влажность воздуха почти на порядок меньше поправки за температуру и давление.

	ppm – поправка за влажность воздуха, [мм/км], % - относительная влажность воздуха, [%] ºC – температура воздуха, [ºC]
Рисунок 11 – Поправка за влажность воздуха

Учет поправки при расчете аналитическим способом производится таким же образом, как и в первом способе, т.е. значение , вычисленное по указанным выше формулам, должно быть введено в прибор перед началом измерений на станции.

3. Значение вычисляется самим прибором по заданным значениям метеорологических параметров. Для этого измеренные значения метеопараметров вводятся в прибор на этапе подготовки измерений на станции. Вводимыми параметрами являются давление и температура.

Ввод влажности воздуха в тахеометрах серии TPS400 не предусмотрен, а принимается равной 60%. Для вычисления значения используются формула (1.15).

Важное замечание!

Поправку за атмосферные условия рекомендуется вводить только в тех случаях, когда выполняемые работы действительно требуют высокоточных измерений длин линий. В большинстве же случаев, особенно при съемке местности, поправкой за атмосферные условия можно пренебречь. В этом случае значение надо принять равным .

Обнуление атмосферной поправки предусмотрено самим прибором и выполняется в режиме настройки дальномера (EDM).

Угловые величины

Наибольшее недопонимание у студентов вызывают угловые величины.

При измерении угловых величин тахеометром важно понимать и помнить, что в горизонтальной плоскости измеряются горизонтальные направления, а в вертикальной плоскости – вертикальные углы.

Угол (имеется в виду плоский угол) – это часть плоскости, заключенной между двумя лучами, лежащими в этой плоскости и выходящими из одной точки (вершины). Т.е. для образования угла всегда необходимо два луча или два направления. Если этим двум направлениям соответствуют какие-то два отсчета и , взятые по неподвижному измерительному кругу, находящемуся в одной плоскости с указанными лучами и центр которого совмещен с вершиной лучей, образующих угол, то тогда величина этого угла может быть определена как

(2.5.)

Здесь можно провести аналогию с отрезками прямых. Для того, чтобы говорить об отрезках прямых необходимо первоначально ограничить эти прямые двумя параллельными друг другу линиями. Только в этом случае получится отрезок. Никакая одна прямая, пересекающая другую прямую, не может в отдельности образовать отрезок. Собственно, отрезок – это дуга, на которую опирается центральный угол, вершина которого находится в бесконечности.

Горизонтальное направление

Горизонтальное направление - это отсчет по горизонтальному кругу тахеометра, соответствующий тому положению коллимационной плоскости прибора, при котором она совмещена с измеряемой точкой. Это не угол, это просто отсчет.

В случае измерения угловых величин в горизонтальной плоскости, при наведении визирной оси на точку можно говорить только об измерении горизонтального направления на точку, взятии отсчета по горизонтальному кругу, но не об измерении угла, так как нет второго горизонтального направления, нет второго отсчета. Чтобы получить второй отсчет надо развернуть коллимационную плоскость на вторую точку. Но это будет уже второе наведение, второе положение коллимационной плоскости. А одному положению коллимационной плоскости всегда соответствует только один отсчет по горизонтальному кругу.

На рис. 9 показано направление на точку , соответствующее ему положение коллимационной плоскости и отсчет по горизонтальному кругу . Аналогичные элементы и величины показаны и для точки .

Вертикальный угол.

В отличие от угловых величин, измеряемых в горизонтальной плоскости, при измерениях в вертикальной плоскости можно говорить об измерении именно вертикальных углов, так как в этом случае всегда есть два направления, лежащих в одной коллимационной плоскости. Первое направление – это зенитное направление вертикальной оси вращения прибора, не связанное с наблюдаемой точкой, и которому соответствует отсчет , а второе направление – это направление визирной оси зрительной трубы (рис. 10), которому соответствует отсчет . Т.е. в этом случае при одном положении коллимационной плоскости получается сразу два отсчета, что позволяет, используя формулу (1.12), сразу же вычислить вертикальный угол.

Для сравнения, чтобы измерить горизонтальный угол между направлениями на две точки необходимо навести коллимационную плоскость сначала на одну точку и взять отсчет, а затем на вторую точку и тоже взять отсчет, т.е. выполнить наведение и измерение дважды.

В геодезической практике используется два варианта вертикальных углов: зенитное расстояние и угол наклона.

Зенитное расстояние – это вертикальный угол, отсчитываемый в отвесной (вертикальной) плоскости, проходящей через точку стояния, от зенитного направления отвесной линии до визирной (оптической) оси зрительной трубы прибора.

Угол наклона - это вертикальный угол между визирной осью и ее ортогональной проекцией на горизонтальную плоскость.

Т.е. для определения вертикального угла вообще-то тоже необходимо два направления и, следовательно, два отсчета. И, если строго подходить к вопросу, то вертикальный угол, также как и горизонтальный, вычисляется. Однако здесь есть один очень важный нюанс.

С учетом данных выше определений вертикальных углов отсчет по вертикальному кругу в обоих случаях соответствует такому положению оптической оси зрительной трубы в коллимационной плоскости, при котором оптическая ось направлена на снимаемую точку. На рис. 12-13 такому положению соответствуют линии .

В случае измерения зенитных расстояний отсчет соответствует положению оптической оси зрительной трубы, при котором указанная ось совпадает с зенитным направлением отвесной линии (рис. 12), а в случае измерения углов наклона отсчет соответствует положению оптической оси, при котором она находится в горизонтальной плоскости (рис. 13).

Рисунок -2.

Рисунок – 3.

В первом случае отсчет называется местом зенита , а во втором – местом нуля (рис. 12-13).

С учетом сказанного формула (1.16) может быть переписана под каждый из рассматриваемых случаев следующим образом:

(2.6.)

или

. (2.7.)

Угол наклона является дополнением зенитного расстояния до и наоборот, т.е.

(2.8.)

Теоретически значения места зенита или места нуля должно быть равно нулю. Однако практически это условие является трудно выполнимым даже в заводских условиях, так как требует физически выставления нулевого отсчета (индекса) шкалы вертикального круга строго в отвесное или строго в горизонтальное положение. Поэтому место зенита или место нуля практически всегда отличается от нуля. В связи с этим величина или , определяется по результатам калибровки, и после ее выполнения значение соответствующей величины записывается в память прибора.

Обеспечение постоянства указанных величин гарантируется только в случае, если вертикальная ось вращения прибора будет занимать отвесное положение. Поскольку всегда есть небольшое отклонение вертикальной оси от отвесного положения (рис. 15), то это отклонение – угол наклона вертикальной оси вращения прибора - учитывается специальным устройством – компенсатором угла наклона вертикальной оси. Этот учет заключается в том, что по измеренному с помощью компенсатора углу наклона вертикальной оси вращения прибора, вычисляются поправки в

отсчеты по вертикальному и горизонтальному кругу. Таким образом, отсчеты по указанным кругам будут свободны от ошибок из-за угла наклона вертикальной оси вращения прибора.

Компенсатор угла наклона может находиться в 3-х состояниях:

- включен, компенсация производится по двум осям;

- включен, компенсация производится по одной оси;

- выключен.

При включенном компенсаторе гарантируется соблюдение значения места нуля, определенного при калибровке. Т.е. отсчет вертикальных углов ведется не от вертикальной оси вращения прибора, а от отвесной линии. Это обстоятельство и позволяет, используя формулы (1.17) либо (1.18), вычислять значение вертикального угла за одно наведение коллимационной плоскости [1], т.е. при одном положении вертикального круга. Это и есть тот важный нюанс, о котором было сказано выше.

При компенсации угла наклона вертикальной оси по двум осям поправки за наклон вводятся как в отсчеты по вертикальному кругу, так и в отсчеты по горизонтальному кругу.

Если компенсатор включен, но только для одной оси, то поправка за наклон вводится только в отсчеты по вертикальному кругу, а в отсчеты по горизонтальному кругу не вводится. Т.е. в этом случае отсчет вертикальных углов также производится от отвесной линии.

Если компенсатор угла наклона выключен, то отсчет вертикальных углов ведется от вертикальной оси вращения прибора. Это означает, что при углах наклона вертикальной оси превышающей приборную точность измерения вертикальных углов, значения последних будут содержать ошибки, которые невозможно исключить никакими методиками измерений. Ошибки будут тем больше, чем больше отклонение вертикальной оси вращения прибора от отвесной линии. Поэтому при выключенном компенсаторе необходимо постоянно следить за «пузырьком» электронного уровня, чтобы он находился в нуль-пункте уровня.

В современных электронных тахеометрах за исходное направление при измерении вертикальных углов принимается зенитное направление. Но отсчет по вертикальному кругу, соответствующий месту зенита, обозначается в некоторых случаях в руководствах пользователя, не как , а, как , и называется, естественно, местом нуля, хотя вертикальный угол определяется по формуле (1.17). Для перехода от зенитного расстояния к углу наклона используется формула (1.19).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одним из главных достоинств использования электронных тахеометров серии Leica TPS 300 является отсутствие необходимости ведения специального журнала для записи расстояний и углов, как при работе с теодолитом, поскольку тахеометрическая съемка требует только ведения абриса. Номера пикетов, расстояния и углы сохраняются автоматически в памяти инструмента, и при изменении места его расположения необходимо будет только внести сведения о новой станции и пронумеровать пикет, после чего при нажатии специальной кнопки тахеометр сам произведет все измерения.

Также тахеометр TPS 300 позволяет производить расчет горизонтального положения автоматически – дисплей устройства показывает горизонтальные и вертикальные углы, наклонное расстояние, превышение и горизонтальное положение, а режимы отображения информации могут быть изменены при первой же необходимости.

Электронный тахеометр обладает функцией «выноса в натуру», то есть установку устройства на место с уже определенными координатами, после чего он «ориентируется» - посредством задания дирекционного угла или координат точки ориентирования, вводятся данные о точке выноса, и прибор показывает расстояние до объекта и угол, на который его следует развернуть.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ворошилов А.П. Спутниковые системы и электронные тахеометры в обеспечении строительных работ: Учебное пособие – Челябинск, 2007.

2. Захаров В.В., Хомич А.А. Электронные тахеометры NIKONNIVO – инновационные решения, доступные всем // Геопрофи. – 2009. - №6.

3. Хлебодаров М.Ю. Современные технологии традиционной геодезии // Геопрофи. – 2008. - №3.

4. Бузук Р.В., Горбунова В.А. Геодезия. Часть 1. Топографическое обеспечение городского кадастра: Учебное пособие – Кемерово, 2002.

5. Трубчанинов А.Д., Шахов А.В. Автоматизация решения геодезических задач: Учебное пособие. – Кемерово, 2004.

6. Чернявцев А.А. Новые безотражательные тахеометры SOKKIA серии 030R3 // Геопрофи. – 2004. - №1.

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1305; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!