ЛИНЕЙНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ НА МЕСТНОСТИ



Линейные измерения (измерения расстояний) являются необходимым элементом любого вида съемки. При непосредственных измеренияхизвестный эталон — мера длины — укладывается по заданной линии. Такой мерой служат рулетки, стальные ленты, стальные или инварные проволоки. В топографо-геодезических работах распространены линейные измерения с помощью дальномеров, когда расстояния определяют путем измерения других величин, находящихся в зависимости от расстояния.

Применение того или иного способа линейных измерений обусловлено заданной точностью и видом съемки и наличием соответствующих инструментов.

Рис. 56. Зависимость длины горизонтальной проекции наклонной линии от крутизны ската

При измерении линий, расположенных на наклонной поверхности, следует учитывать, что ее горизонтальная проекция, изображаемая на карте, всегда короче измеренной величины. Как видно на рисунке 56, горизонтальная проекция линии местности D = Scosα, где S — измеренная длина, α — угол наклона; отсюда поправка за наклон ΔS = S — D или ΔS = S — S cosα=S(l — cos α), откуда

ΔS= 2sin/2

Поправка за наклон зависит от измеренного расстояния и угла наклона. Данные таблицы 6 показывают, что, например, при расстоянии 100 м и угле наклона 3° поправка равна 0,14 м, а при расстоянии, равном 300 м, и угле наклона в 5° поправка составит уже 1,1 м; ее следует учитывать при съемке в масштабе 1:10 000 и крупнее.

Таблица 6. Поправки за наклон линий (м)

α

Измеренные расстояния (м)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0,00 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02
0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,06 0,06
0,01 0,03 0,04 0,06 0,07 0,08 0,08 0,11 0,12 0,14
0,02 0,05 0,07 0,10 0,12 0,15 0,17 0,20 0,22 0,24
0,04 0,08 0,11 0,15 0,19 0,28 0,27 0,30 0,34 0,38
0,06 0,11 0,16 0,22 0,28 0,33 0,38 0,44 0,49 0,55

При непосредственных измерениях небольших расстояний пользуются тесьмяными или стальными рулетками. Прибором непосредственных линейных измерений средней точности служат также мерные ленты длиной 20 м. Это тонкие стальные ленты шириной 15—20 мм с делениями через 1 м; 0,5 м; 0,1 м. Началом счета служит штрих в прорези — крючке ленты (рис. 57). Для фиксирования концов ленты при укладке ее на грунт и счета количества укладок ленты в комплекс входят также 6 или 11 шпилек. Для контроля линии измеряют дважды, в прямом и обратном направлениях. Относительная погрешность измерения расстояний лентой около 1:2000 от длины линии. Точность измерения длин лентой зависит от правильности длины ленты, аккуратности лиц, ведущих измерения, а также от характера местности.

Рис. 57. Стальная мерная лента

Между концами линии лента должна укладываться по кратчайшему направлению, строго по прямой. Поэтому при расстояниях более 100 м концы измеряемой линии обозначаются на местности деревянными жердями — вешками, окрашенными в две краски, длиной 2 м. Затем между ними устанавливают промежуточные вешки так, чтобы они все находились в одной вертикальной плоскости — в створе. Вешение проводят обычно на глаз от задней вешки вперед к наблюдателю, стоящему в первой точке (рис. 58).

Рис. 58. Последовательность установки вешек при провешивании линий: А — на ровном участке, Б — через балку

Дальномеры, применяемые в геодезических и топографических работах, подразделяются по принципу действия на электромагнитные (электронные) и оптические. Для линейных измерений в геодезических сетях применяют основанные на физическом принципе свето- и радиодальномеры, обеспечивающие высокую точность. С их помощью расстояние до объектов определяется по времени прохождения электромагнитных волн вдоль измеряемой линии. В начальной точке линии устанавливают приемопередатчик волн (дальномер), в конечной точке — отражатель. Волны, посланные дальномером, отражаются в конечной точке и возвращаются в начальную точку, пройдя измеряемое расстояние дважды. На выходе приемника индикатор указывает промежуток времени прохождения волн в оба конца t. Если обозначить скорость распространения волн через c, то расстояние S от прибора до отражателя будет S = 1/2·tc.

Скорость распространения волн с точно известна и изменяется лишь в зависимости от метеорологических условий в момент наблюдения.

В геодезических дальномерах время прохождения волн t определяют путем измерения разности фаз двух электромагнитных колебаний. Полное расстояние от дальномера до отражателя составляют целое число волн (с известной длиной), уложившееся в измеряемом расстоянии, и дробная часть периода колебания, определяемая по разности фаз волны, посланной передатчиком, и волны отраженной, пришедшей к приемнику дальномера (рис. 59). Точность линейных измерений электромагнитными приборами очень высока.

Рис. 59. Принципиальная схема фазового дальномера (А). Поступление колебаний на фазометр (Б): сплошные линии — колебания, излучаемые передатчиком; пунктирные — колебания, прошедшие путь дважды — от передатчика к отражателю и от него — к приемнику. Разность фаз обоих колебаний измеряется фазометром. Расстояние D определяется целым числом волн и частью волны, измеренной фазометром

В светодальномерах используют инфракрасные излучения в узком спектральном диапазоне, что позволяет сконцентрировать излучение в узком пучке и увеличить дальность действия светодальномера. Приемопередатчик светодальномера включает блоки источников света и преобразователей светового потока и оптические линзово-зеркальные комплексы для излучения, отражения и приема светового потока. Отражатель устанавливается в конце измеряемой линии. Светодальномеры могут использоваться в любое время суток и года при наличии оптической видимости между пунктами.

Радиодальномеры, в которых измеряется время прохождения радиоволн вдоль измеряемой линии, имеют две взаимозаменяемые радиостанции. Каждая из них может быть как ведущей, так и ведомой, что позволяет измерять расстояния в прямом и обратном направлении. Радиодальномером можно производить измерения в любое время суток и года, даже при отсутствии оптической видимости (туман, дымка, дождь). Эти приборы работают на расстоянии 200 м — 30 км, обеспечивают высокую точность измерений. Так, например, один из дальномеров на 1 км дает погрешность 1 см.

Рис. 60. Принцип определения расстояний дальномерами геометрического типа S = S1+c, где c — расстояние от вершины параллактического угла β до оси вращения инструмента ZZ

Измерение расстояний оптическими дальномерами основано на определении высоты Si равнобедренного треугольника ABC, например, по известной стороне АВ, равной l и противолежащему острому углу β (рис. 60). Одна из величин, l или β обычно является постоянной, а другая переменной (измеряемой). Поэтому различают дальномеры с постоянным параллактическим (измеряющим) углом и дальномеры с постоянным базисом.

В дальномерах с постоянным базисом измеряемая линия S1 является высотой в треугольнике ABC (см. рис. 60), базис l — основанием, а угол β должен быть измерен. Тогда S1 = 1/2·ctgβ/2.

Эти приборы представляют собой дальномерную насадку на трубу теодолита (см. §21) в сочетании с дальномерной рейкой (вертикальной или горизонтальной). Они применяются при прокладке съемочных сетей, съемке застроенных территорий с относительной погрешностью 1:5000— 1:1000, с их помощью измеряют расстояния от 20 до 500—700 м. Эти устройства относятся к дальномерам двойного изображения, так как в них через одну оптическую систему создается два изображения наблюдаемого предмета. Оба изображения видны в поле зрения трубы смещенными друг относительно друга на величину, соответствующую параллактическому углу.

Рис. 61. Измерение расстояния S дальномерной насадкой

Для измерения расстояния S на одном конце линии устанавливают теодолит с дальномерной насадкой, а на другом — дальномерную рейку (рис. 61). Измеряемое расстояние будет определено: S = S1 + c, где S1 — расстояние от вершины параллактического угла до плоскости марок рейки, с — величина постоянная.

После ряда преобразований получим S = K/β + c, где K — коэффициент дальномера, постоянный для данного прибора и рейки. Параллактический угол измеряют по шкале, и он в этой формуле выражен не в градусах, а в делениях угломерной шкалы. В расстояние S, вычисленное по формуле, вводят поправки за наклон измеряемой линии к горизонту и за изменение длины рейки и дальномерной шкалы вследствие влияния температуры.

Дальномеры с постоянным параллактическим углом и переменным базисом рассматриваются в §21.

При съемках пониженной точности используют упрощенные способы измерения расстояний. Так измерение небольших объектов и коротких линий производят «полевым циркулем» (рис. 62), составленным из двух жердей, скрепленных под углом так, что между их концами сохраняется постоянное расстояние 1 или 2 м. В маршрутных съемках расстояния по ходу часто определяют шагами.

Рис. 62. Работа с «полевым циркулем»

К группе косвенных измерений расстояний малой точности относятся определение расстояний на глаз, по времени нахождения в пути, по слышимости звука, по угловой величине известных предметов.

При глазомерном способе сравнивают определяемое расстояние с известным отрезком на местности. Применение этого способа более целесообразно при расстояниях до 1000 м, так как ошибки измерений при больших расстояниях достигают 50%. На результаты глазомерных определений заметно влияют условия наблюдения и характер объектов. Например, светлоокрашенные или ярко освещенные предметы кажутся ближе темных или находящихся в тени, в тумане, в пыли; при пасмурной погоде предметы видятся дальше; на пересеченной местности, через балки, овраги расстояния скрадываются; при наблюдении вверх или лежа предметы кажутся ближе, чем при рассмотрении стоя или сверху вниз.

Для определения расстояний используют также степень различимости объектов местности на разных расстояниях (табл. 7).

Таблица 7. Расстояния видимости (различимости) некоторых объектов невооруженным глазом

Объекты и признаки Расстояние
Большие строения 8 км
Заводские трубы 6 км
Отдельные небольшие дома 5 км
Стволы деревьев, столбы линий связи, люди (в виде точек) 1—1,5 км
Движение ног и рук идущего человека 0,7 км
Переплеты рам в окнах 0,5 км
Черепица на крышах, листья деревьев 200 м
Черты лица, кисти рук 100 м
Глаза человека в виде точек 60 м

Расстояние слышимости звуков также используется для определения расстояний до источника звука. Так, например, шум работы автомобильных моторов на шоссе слышен с расстояния 2 км, удары топора — за 300 м, человеческая речь — за 200 м.

До любого видимого предмета, являющегося источником одиночных звуков (удары топором, вспышки выстрелов и т. п.), можно определить расстояние SМ по формуле SМ = t·330, где t — время в секундах от момента удара (вспышки) до момента восприятия звука, 330 — скорость распространения звука (м/с).

Расстояние до наблюдаемых предметов S может быть определено измерением угловой величины и вычислением по формуле

SМ = 1000·B/Y где В — известный размер предмета, Y — наблюдаемая угловая величина предмета, выраженная в тысячных. Чтобы получить угол на предмет в тысячных, линейку с миллиметровыми делениями держат перед собой на расстоянии 50 см от глаз и подсчитывают по ней длину отрезка, покрывающего предмет местности. Результат, умноженный на 2, даст величину угла в тысячных, так как одно миллиметровое деление на удалении 50 см соответствует углу 0-02 (две тысячных).

Например, известно, что расстояние между телеграфными столбами 50 м. Положим, что оно покрывается 25-миллиметровыми делениями, тогда У = 25×2 = 0 — 50 (50 тысячных). Расстояние до линии связи на местности будет: S = 1000·50/50 = 1000 м (рис. 63; табл. 8).

Рис. 63. Приближенные измерения углов, выраженных в тысячных на предметы местности известных размеров

Таблица 8. Размеры некоторых объектов, используемых для определения расстояний

Объекты Расстояние
Высота дома деревянного одноэтажного с крышей 7—8 м
Расстояние между столбами линий связи 50 (60) м
Высота деревянного столба линии связи 5—7 м
Высота средневозрастного леса 18—20 м
Высота вагона пассажирского многоосного 4,25 м
Длина вагона пассажирского многоосного 24—25 м
Высота автомобиля грузового 2 м
Высота человека среднего роста 1,6—1,8 м
Средняя длина вытянутой руки 0,5—0,6 м
Средний шаг человека 0,7—0,8 м

Диаметры монет: 10 коп.—17 мм; 15 коп.—20 мм; 20 коп.—22 мм; 5 коп.—25 мм

Предыдущая | Оглавление |

НАЗЕМНЫЕ СЪЕМКИ. ПЛАНОВЫЕ СЪЕМКИ

Наземные съемки подразделяются на плановые (горизонтальные), высотные (вертикальные) и высотно-плановые (называемые иногда совместными или топографическими). При горизонтальной съемке создается планово-контурное изображение местности без высотной характеристики; в результате вертикальной съемки определяют высоты точек; высотно-плановые съемки обеспечивают изображение на карте ситуации и рельефа.

Работа, производимая на местности, называется полевой, а обработка полученных данных в лабораторных условиях — камеральной.

Плановые съемки. Полевые работы при съемке участка осуществляются по основному принципу геодезии — от общего к частному: сначала создается съемочная геодезическая сеть, а затем производится съемка объектов местности, т.е. подробностей (ситуации).

На начальном этапе проводится рекогносцировка — осмотр местности, выбор и закрепление точек съемочной сети. При возможности положение опорных точек «привязывают» к пунктам государственной геодезической сети путем измерения от одного из пунктов расстояния и направления до точки съемочной сети. Однако часто положение точек съемочной сети определяется в условной (местной) системе координат.

Затем от точек съемочной сети измеряют расстояния и направления на объекты местности — снимают ситуацию. В зависимости от того, каким путем определяют направления на объекты, плановые съемки подразделяются на угломерные и углоначертательные (графические). При угломерных съемках горизонтальные углы между направлениями линий измеряют угломерными приборами, а при графических съемках направления на объекты съемки прочерчивают на горизонтальной плоскости (на бумаге) непосредственно в поле.

Для изображения на плане взаимного положения и плановых очертаний объектов местности определяют положение их характерных точек. При этом количество необходимых точек зависит от размера и конфигурации снимаемых объектов. Положение объектов малой площади, изображаемых на карте внемасштабными знаками, например отдельного дерева, колодца, определяется одной точкой. Для показа прямолинейного предмета (забор, линия связи, улица) достаточно двух точек. Ломаные и криволинейные контуры (дорога, граница угодий, река) изображаются по точкам поворота (рис. 64). По характерным точкам на бумаге вычерчивают контуры объектов, сохраняя геометрическое подобие контурам местности.

Рис. 64. Получение планового изображения местности

Плановое положение объектов получают способами: полярным, засечек, обхода, ординат (промеров), створов. Выбор способа зависит от вида съемки и особенностей снимаемого объекта. При полярном способе (рис 65, A) положение ряда точек местности определяется расстоянием от известной точки, например пункта съемочной сети, и углом от исходного направления, например магнитного меридиана.

Рис. 65. Определение планового положения точек способами полярным (А) и прямой графической засечки (Б)

Засечки — способ определения положения на плане третьей точки по двум данным. Засечки подразделяют на прямую и обратную. Прямая засечка (рис. 65, Б) применяется в тех случаях, когда из двух известных точек требуется определить положение недосягаемой (например, на другом берегу реки или по другую сторону болота и т. п.). От известных точек определяют азимуты направлений на третью точку — при угломерной съемке или прочерчивают их на плане — при углоначертательной съемке, тогда в их пересечении получают искомую точку. Наилучшие результаты получают при угле засечки, близком к 90°. Поскольку этого трудно достичь в полевых условиях, допускается угол засечки в пределах от 60° до 120°.

В случае, когда определяемая точка и одна из известных точек доступны для съемщика, но измерение расстояния между ними затруднено, применяют способ обратной засечки. На рисунке 66, А показан участок местности, а на рисунке 66, Б — план этого участка. Положение объектов 2 и 3 имеется на плане, требуется нанести на план изображение объекта 1. При углоначертательном способе съемки, стоя в точке 2, прочерчивают на ориентированном плане направление на определяемую точку 1, а затем, перейдя с планом в точку 1, проводят «на себя» направление от объекта 3. В точке пересечения этих двух линий получают изображение объекта 1 (рис. 66, В). При угломерной съемке вместо прочерчивания линий измеряют необходимые углы.

Рис. 66. Нанесение на план объекта 1 (башня) способом обратной засечки. Положение объектов 2 и 3 дано на плане

Для съемки дорог в лесу, улиц в селениях и других закрытых контуров пользуются способом обхода. Съемщик передвигается по снимаемой линии (обходит контур) и измеряет длины прямолинейных сторон хода и их направления, например азимуты. Вместо азимутов могут быть измерены горизонтальные углы между сторонами хода (например, в теодолитной съемке — §21) или направления этих линий могут быть получены графически путем прочерчивания на плане (§27).

Способ ординат (промеров) применяется для съемки небольших объектов с криволинейными границами, например участка берега реки, озера, контура рощи и т. п. Вдоль снимаемого контура прокладывают съемочный ход или магистраль (AB) (рис. 67), а затем из характерных точек контура a, b, c опускают перпендикуляры на линию хода. Длины перпендикуляров l1, l2, l3 и т.д., а также расстояния до их основания от начальной точки хода S0—1, S0—2, S0—3 и т.д. измеряют одним из способов, рассмотренных в §15, в зависимости от требуемой точности съемки.

Рис. 67. Измерения при съемке способом ординат

Прямолинейные границы объектов или направления отдельных прямых линий, расположенных под некоторым углом к съемочному ходу, получаютспособом створов. Находясь на линии съемочного хода AB (рис. 68), можно найти точки пересечения сторон снимаемого объекта с линией хода 1, 2, 3, 4 и из них определить направление нужных линий. Этим способом снимают линии связи и электропередач, заборы, здания, границы пашен и т.п.

Рис. 68. Визирование с точек магистрального хода по створу

В зависимости от условий местности и особенностей ситуации при плановых съемках используют обычно несколько способов.

ТЕОДОЛИТНАЯ СЪЕМКА

Плановая (горизонтальная) теодолитная съемка относится к угломерному виду съемок, при котором на местности измеряют расстояния лентой и дальномером и горизонтальные углы с помощью теодолита. Обычно применяется в равнинной местности для съемки населенных пунктов, застроенных участков и пр.

Горизонтальный угол β лежит в горизонтальной плоскости, его лучами служат горизонтальные проекции направлений на наблюдаемые объекты (рис. 69).

Рис. 69. Принцип измерения горизонтальных углов. Заштрихованы вертикальные плоскости, проходящие через точку установки инструмента (вершина измеряемого угла) и визируемые предметы

Применяемые приборы. Теодолит — геодезический инструмент для определения направлений и измерения горизонтальных и вертикальных углов при топографо-геодезических работах. Его основной рабочей частью служат горизонтальный и вертикальный круги с градусными и более мелкими делениями. Применяются приборы с металлическими и, главным образом, со стеклянными кругами. Последние снабжены оптическими отсчетными устройствами и называются оптическими теодолитами.

Современные теодолиты весьма разнообразны по конструкции, точности результатов измерений, массе. Однако основные узлы в разных теодолитах имеют много общего.

Рис. 70. Теодолит с металлическими кругами

Рассмотрим устройство одного из теодолитов, внешний вид которого показан на рисунке 70, а разрез дан на рисунке 71. Прибор, подобно другим геодезическим инструментам, устанавливается на штативе с помощью массивной подставки А, снабженной подъемными винтами 1 для приведения вертикальной оси инструмента в отвесное положение. Становой винт 2 соединяет подставку с треногой. Во втулку 3 входит ось вращения 4. Основные части теодолита: горизонтальный круг В с круговой шкалой-лимбом, алидадный круг С, зрительная труба D и вертикальный круг Е. Круг В служит для измерения горизонтальных углов, на его лимбе нанесены деления, цена которых 20' (рис. 72). Деления подписаны через 10° по ходу часовой стрелки от 0° до 350°. Ось горизонтального круга 4 может вращаться во втулке подставки 3. Ось алидадного круга 5 входит во втулку горизонтального круга В. Таким образом, оси вращения обоих кругов совпадают. На двух концах диаметра алидадного круга нанесена шкала для отсчитывания по лимбу, называемая верньером. Чтобы исключить при отсчетах влияние эксцентритета круга и алидады, среднюю величину отсчета вычисляют по парным отсчетам, взятым по обоим верньерам алидады.

Рис. 71. Схема устройства теодолита

Рис. 72. Шкала верньера и часть лимба

Верньер служит для измерения углов с большей точностью, чем цена деления лимба1. Он представляет собой дугу, разделенную на равные части, число которых на единицу больше числа делений лимба, захватывающих ту же дугу. Следовательно, если обозначить цену деления лимба, выраженную в угловых мерах, буквой l, цену деления верньера (также в угловых мерах) — v, число этих делений лимба (n—1), а верньера — n, то можно составить равенство l(n—1) = vn или ln — l = vn; откуда ln — vn = l; n(l — v) = l. Обозначив (l — v) через t, назовем ее точностью верньера, получим: t = l/n.

Таким образом, точность верньера равна цене деления лимба, деленной на число делений верньера. Пользуясь этой формулой, определяют точность верньера теодолита. Если цена деления лимба 20' и на верньере 40 делений, то точность верньера t = 20'/40 = 0,5', т.е. t = 30".

Рис. 73. Схема отсчета по верньеру: l — цена деления лимба; v — цена деления верньера; t — точность верньера, t=l — v. Совпадающие штрихи утолщены и отмечены треугольничком

Рассмотрим по схематическому изображению верньера на рисунке 73, как производится отсчет с его помощью. На рисунке показаны участки дуг верньера и лимба в разных взаимных положениях. В первом случае (А) ноль верньера совпадает (сливается) со штрихом 30 на лимбе, следовательно, отсчет по лимбу равен 30°.

На втором рисунке (Б) показано, что ноль верньера сместился на дугу, равную одной точности верньера; при этом первый штрих верньера совпал (слился) с каким-то штрихом лимба.

Наконец, на нижнем рисунке (В) ноль верньера сместился на дугу, равную 2t, и при этом второй штрих верньера совпал с каким-то штрихом лимба. Отсюда следует, что для оценки величины дуги некоторой части одного деления лимба а надо найти номер штриха верньера n1, совпадающего с каким-то штрихом лимба, и умножить на точность верньера t, т.е. a = n1t.

Для отсчитывания по кругам данного теодолита используют лупы, а в оптических теодолитах — шкаловые микроскопы и оптические микрометры.

Полный отсчет по лимбу А складывается из отсчета А1, по основному кругу от 0 лимба до 0 верньера и отсчета по верньеру: A = A1 + a.

На рисунке 74 полный отсчет равен 53°33'30".

Рис. 74. Отсчет по лимбу и верньеру: 53°33'30''

Алидадный круг прикрыт кожухом, в котором над верньерами имеются окна. К кожуху прикреплены два цилиндрических уровня 6, с помощью которых лимб приводят в горизонтальное положение, а вертикальную ось инструмента — в отвесное. На рисунке 71 показан один уровень, так как второй не попал в плоскость чертежа.

К кожуху алидады крепятся подставки 7, поддерживающие ось вращения 8 зрительной трубы D и вертикального круга Е.

Зрительная труба геодезических инструментов служит визирным устройством, с помощью которого производится точное наведение на предмет (веху, рейку). Поскольку рассматриваемые предметы обычно удалены на значительные расстояния, зрительные трубы устроены по астрономическому типу (рис. 75).

Рис. 75. Ход лучей в зрительной трубе

Труба состоит из объектива и окуляра, расположенных так, что задний фокус объектива почти совпадает с передним фокусом окуляра. Объектив дает действительное, обратное и уменьшенное изображение объекта AB в виде А'В'. Изображение А'В' рассматривается в окуляр, что дает увеличенное, обратное изображение А''В''. Ввиду того что расстояния до реек AB при съемках меняются и изображение А 'В' перемещается в трубе, необходимо фокусировать трубу по предмету, что достигается перемещением внутренней линзы (рис. 76). Трубы современных геодезических инструментов дают увеличение от 15-х до 50-х (даже 65—80-х в высокоточных приборах).

Зрительная труба снабжена сеткой нитей, предназначенной для точного визирования. Это два тонких взаимно перпендикулярных штриха, награвированных на прозрачной пластинке (на рис. 76 обозначены 1—1 и 2—2), закрепленной вблизи переднего фокуса окуляра. Воображаемая линия, проходящая через центр сетки нитей и оптический центр объектива, называется визирной осью, а ее продолжение к предмету — визирным лучом. При визировании рейку фокусируют перемещением внутренней линзы, изображение сетки — перемещением окуляра, затем центр сетки нитей совмещают с видимой в трубу заданной точкой.

Рис. 76. Схематический разрез зрительной трубы с внутренним фокусированием (А): 1 — объектив; 2 — окулятор; 3 — сетка нитей; 4 — дополнительная линза. Основные визирные нити сетки (Б): 1—1; 2—2

Геодезические инструменты оснащены дальномерными устройствами, сконструированными различно в высокоточных приборах и инструментах технического назначения. В последних применяется нитяной дальномер, являющийся дальномером с постоянным углом. В этих приборах на прозрачной пластине в трубе, кроме двух основных нитей, предназначенных для точного визирования, нанесены дополнительно две горизонтальные нити (a и b на рис. 77). В наблюдаемой точке устанавливают дальномерную рейку в виде деревянного бруса длиной 3—4 м с равностоящими делениями. Типы дальномерных реек показаны на рисунке 77. Измеряемое расстояние пропорционально числу делений реки, видимых между дальномерными нитями.

Рис. 77. Некоторые виды реек для измерения расстояний с помощью дальномеров геометрического типа. Поле зрения трубы при визировании на рейку

Обратимся к рисунку 78. Пусть О — оптический центр объектива, точка F — передний фокус объектива, f — его фокусное расстояние, отрезок ab — расстояние между дальномерными нитями на сетке, δ — отрезок трубы от оси ее вращения ZZ до объектива.

Положим, что измерение линии ведется на равнинной местности и визирный луч почти перпендикулярен к рейке R, установленной в определяемой точке. При визировании на рейку параллельные лучи, проходящие через нити a и b, пересекутся в переднем фокусе и спроектируются на рейке в точках A и B; часть рейки, видимую между этими нитями, обозначим буквой l. Расстояние от инструмента до рейки S = S1 + f + δ. Для каждого прибора сумма f + δ = c = = const — величина постоянная, называемая постоянной дальномера.

Рис. 78. Ход лучей в нитяном дальномере (А). Вид сетки нитей (Б)

Из подобия треугольников a'b'F и ABF вытекает, что Sl/f = l/ab; откуда Sl = fl/ab. Отношение f:ab = K является постоянной величиной, называемойкоэффициентом дальномера. Поэтому формула в целом примет вид S = Кl + c. Эта формула применяется при измерении расстояний дальномером в равнинных районах с небольшими углами наклона.

При съемках в масштабе 1:10 000 и мельче величиной с можно пренебречь, поскольку она весьма мала (40—60 см) и в масштабе плана будет меньше графической точности, и тогда расстояние S = Kl. В приборах обычно К= 100, вследствие чего один сантиметр на рейке соответствует одному метру на местности. Так, например, если при измерении расстояния на рейке между дальномерными нитями 17 см, то это соответствует 17 м на местности (рис., 77).

Нитяные дальномеры служат для измерений расстояний до 300 м. Точность измерений составляет 1/3001/400 от длины линии, т.е. ниже, чем при измерениях лентой. Поэтому при создании опорной съемочной сети длины сторон хода измеряют мерной лентой, а дальномер используют для съемки подробностей, а также при проведении тахеометрической съемки (см. §27).

Вертикальный круг теодолита применяется для измерения углов наклона при тригонометрическом нивелировании (§25).

Буссоль теодолита служит для определения магнитных азимутов направлений.

Исправный теодолит должен отвечать ряду требований, а именно: 1) ось уровня на алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна главной оси инструмента; 2) ось вращения трубы должна быть перпендикулярна к визирной оси трубы; 3) ось вращения трубы и главная ось должны быть взаимно перпендикулярны. Поскольку эти условия могут нарушаться в результате перевозок инструмента и его длительного использования, необходимо перед началом полевой работы производить поверки теодолита.

Рис. 79. Оптический шкаловый теодолит

В оптических теодолитах (рис. 79) изображение шкал с горизонтального и вертикального стеклянных кругов передаются в отсчетный микроскоп, расположенный вблизи окуляра (рис. 80). Благодаря этому повышается точность измерений и убыстряется работа, так как наблюдатель сразу после наведения берет отсчет по обоим кругам, не отрывая глаза от трубы. В теодолите Т-30 средняя квадратическая погрешность измерений угла равна 30''. Теодолит Т-30МП (модификация теодолита Т-30) снабжен компенсатором при вертикальном круге и зрительной трубой прямого изображения.

Рис. 80. Поле зрения отсчетного штрихового микроскопа оптического теодолита: отсчетный штрих, В — лимб вертикального круга, Г — лимб горизонтального круга. Цена деления лимбов 10'. Отсчеты по лимбам: вертикального круга 358°06', горизонтального круга 23°38'

Для измерения горизонтального угла инструмент на штативе устанавливают в вершине измеряемого угла, приводят горизонтальный круг в горизонтальное положение по уровням, центрируют над точкой с большой точностью (по отвесу или наблюдая точку через вертикально установленную зрительную трубу, объективом вниз, у приборов с полой осью алидады). При закрепленном круге поворотом алидады наводят трубу (вертикальную нить сетки) на правое направление и берут отсчеты по обоим верньерам, получают средний отсчет а1 (рис. 81); затем, не открепляя круга, визируют левое направление и получают отсчет b1. Так как деления на лимбе идут по ходу часовой стрелки, отсчет а1 будет больше отсчета b1 и измеряемый угол имеет величину β1 = a1 — b1. Эти действия составляют первый полуприем. Если визирование проводилось при положении вертикального круга справа от наблюдателя, оно называется визированием при «круге право» (КП), если круг был слева — визирование при «круге лево» (КЛ). Одного полуприема недостаточно, для контроля проводится второй полуприем— при другом положении вертикального круга.

Рис. 81. Схема измерения угла по горизонтальному кругу теодолита (вид сверху). Отсчеты по лимбу: a — при визировании на правую точку A, b — при визировании на левую точку B. ∠ACB = = β = a — b

Зрительную трубу переводят через зенит (объективом вниз), горизонтальный круг поворачивают приблизительно на 90° и при этом положении вновь проводят те же операции, что и при первом полуприеме, получают второе значение угла (β2 = a2 — b2.Из двух значений при их допустимом расхождении не более 1' вычисляют среднюю величину угла

β = (β1 + β2)/2

Так осуществляется полный прием, в результате применения которого исключается влияние остаточных погрешностей из-за неперпендикулярности визирной и горизонтальной осей трубы и неперпендикулярности горизонтальной оси трубы и вертикальной оси инструмента. Точность измерения угла тридцатисекундным теодолитом составляет около 0,5'.

Опорная съемочная сеть при теодолитной съемке создается обычно прокладкой замкнутых ходов (полигонов). Положение опорных точек, которыми являются поворотные точки хода, зависит от конфигурации и размеров снимаемого участка. Длины сторон хода измеряют мерной лентой дважды, при этом разница обоих измерений не должна превышать 1:2000 от длины линии. Если линии имеют на местности наклон более 1,5°, измеряют угол наклона и вводят поправку за приведение длин линий к горизонту. В полигоне измеряют способом приемов внутренние углы — правые при движении по часовой стрелке (рис. 82).

Рис. 82. А. Измерения при прокладке теодолитного полигона на местности. Б. Вычисление дирекционного угла сторон полигона по значению дирекционного угла предыдущей стороны и углу между предыдущей и последующей сторонами αпосл. = αпред. ± 180° — β

Данные полевых измерений: номера точек установки теодолита (станций) и визируемых точек, значения отсчетов при правом КП и левом КЛ положении вертикального круга, средние значения отсчетов и вычисленные значения углов, длины и азимуты сторон хода тщательно фиксируют в полевом журнале (табл. 9).

Таблица 9. Журнал измерения горизонтальных углов теодолитом и длин сторон полигона лентой

№ точек

Отсчеты по верньерам

Угол

Средний угол

Магнит-
ные азимуты

Длины линий, м

Углы нак-
лона

стояния визи- рования I II средний
    КП              
  1 218°40' 41' 218°40,5' 114°23,0'   126° линия  
2 3 104°18' 17' 104°17,5'   114°23,75' 11,5° 2—3 1°30'
                71,80  
    КЛ              
  1 40°51' 51' 40°51' 114°24,5'     71,86  
  3 286°26' 27' 286°26,5'       Ср. 71,83  

Примечание. Точка визирования 1 — правая, точка 3 — левая.
При вычислении угла по отсчетам при КЛ к 40°51' был прибавлен период: (40°51' + 360°) — 286°26,5' = 114°24,5'

В замкнутом полигоне теоретическая сумма внутренних углов ∑теор. = 180° (n — 2), где n — число углов.

Фактически полученная в результате измерений сумма углов — ∑факт.обычно отличается от теоретической на величину угловой невязки ƒβ =∑факт. — ∑теор.

Предельная допустимая ошибка в углах полигона вычисляется по формуле ƒβпред. = 3/2 t √n, где n — число углов, t — точность верньера. Если угловая невязка получится больше допустимой, необходимы повторные измерения. Если результаты удовлетворительны, полученную невязку ƒβ делят на число углов n, в каждый угол вводят поправку δ = ƒβпред./n со знаком, обратным знаку невязки, и получают исправленное значение угла β.

β = β1 ± δ, где β1 — измеренная величина угла.

Съемка подробностей осуществляется с точек опорной сети (со станций), где поочередно устанавливают теодолит. Съемка ведется главным образом способами полярным, ординат и засечек (§20). В первом случае в точки, подлежащие нанесению на будущий план, выставляется поочередно дальномерная рейка. Эти точки называются пикетами. Со станции на каждый пикет определяют расстояние по дальномеру и направление по горизонтальному кругу и по буссоли. Результаты полевых наблюдений фиксируют в журнале и на абрисе, представляющем схематическую зарисовку снимаемого участка условными знаками.

Камеральные работы включают вычислительную обработку полевых данных и построение плана. При обработке сравнивают измеренные величины с теоретическими, выявляют невязки, вводят поправки. Затем вычисляют дирекционные углы сторон хода, зная, что дирекционный угол последующей стороны α2—3 = α1—2 + 180° — β2 (см. рис. 82).

По дирекционным углам и длинам сторон теодолитного хода строят план полигона с помощью транспортира, циркуля-измерителя и поперечного масштаба. При этом возможно несовпадение на плане начальной и конечной точек замкнутого хода, возникшее вследствие накопления погрешностей измерений и графических построений, так называемая линейная невязка полигона. Если невязка не превышает допустимой величины, равной 1:300 от длины хода, ее устраняют способом параллельных линий, как показано на рисунке 83.

Здесь тонкими линиями вычерчен план полигона, полученный при первоначальном построении. Конечная точка 1' при этом не совпала с начальной точкой 1, т.е. возникла линейная невязка хода — отрезок 1'—1. Допустимую невязку распределяют пропорционально длинам сторон полигона. Распределение невязки производят графически, путем построения треугольника увязок (рис. 83). Для этого на прямой линии откладывают последовательно длины всех сторон хода (обычно в более мелком масштабе, чем основной план). В конечной точке хода 1' восстанавливают перпендикуляр и на нем откладывают величину невязки в масштабе основного плана. Конец перпендикуляра соединяют прямой с первой точкой хода.

Из точек хода 2, 3, 4, 5 восстанавливают перпендикуляры до пересечения с гипотенузой треугольника, длины которых равны величине увязок в соответствующих точках хода на плане. Полигон увязывают путем перемещения его вершин на эти отрезки параллельно направлению сдвига конечной точки хода. Утолщенными линиями (рис. 83) показан план полигона после увязки.

Рис. 83. Графический способ определения поправок в длины сторон замкнутого полигона до пикетов и применяя условные топографические знаки

Ситуацию наносят на план по данным журнала и абриса, измеряя углы направления транспортиром и расстояния от опорных точек

При построении планов большей точности опорные пункты и объекты ситуации наносят по прямоугольным координатам, используя предварительно построенную прямоугольную координатную сетку. Координаты точек вычисляют по координатам начальной точки X1 и Y1 и приращениям координат ΔX1—2; ΔY1—2; X2 = X1+ΔX1—2; Y2=Y1 + ΔY1—2(рис. 84). Приращения координат выбирают из специальных таблиц по углу и расстоянию или вычисляют по формулам:

ΔX1—2 = S1—2 cos α1—2;

ΔY1—2 = S1—2 sin α1—2,

где S — расстояние между точками, α — дирекционный угол стороны.

Рис. 84. Определение прямоугольных координат конечной точки (2) прямой линии по известным координатам начальной точки X1, Y1, дирекционному углу этой прямой α1—2 и ее горизонтальному проложению S1—2

Обработку большого количества полевых данных при съемке значительных территорий проводят с помощью ЭВМ.

Достижения электроники широко внедряются в геодезическое приборостроение, создаются электронные тахеометры (теодолиты), особенно эффективные при большом количестве измерений. С их помощью возможны определения наклонных расстояний, горизонтальных проложений, горизонтальных и вертикальных углов, превышений, приращений координат. Значения измеренных величин непрерывно автоматически фиксируются в регистраторе информации и могут быть получены отдельно на индикаторном табло.

ПЛАНОВЫЕ СЪЕМКИ ПРОСТЫМИ ПРИБОРАМИ

Простыми приборами плановой съемки служат компас (буссоль), эккер,гониометр, астролябия, а также планшет с визирной линейкой. При компасной (буссольной) съемке направления линий местности определяются магнитными азимутами, измеряемыми компасом (буссолью). Длины линий получают различными способами. Компас Адрианова (§15) служит основным прибором для измерения магнитных азимутов, реже применяются компасы других типов — артиллерийский,туристский и др. В компасе артиллерийском АК (рис. 85) благодаря зеркальной поверхности крышки возможно одновременно ориентировать компас и визировать на предмет, что облегчает измерение азимутов. Подвижный круг с делениями обеспечивает точность отсчетов; торможение стрелки производится автоматически при закрытии крышки.

Рис. 85. Компас артиллерийский АК

Деления лимба нанесены через 1—00 (сто тысячных) артиллерийского угломера.

Рис. 86. Буссоль Шмалькальдера

С большей точностью и быстротой получают азимуты направлений по буссоли, например по ручной отражательной буссоли Шмалькальдера(рис. 86, А). При работе ее держат в руке или устанавливают на легкий штатив или кол. В этой буссоли лимб 1 скреплен с магнитной стрелкой 2, вращается и поворачивается вместе с ней. Диоптры 3 и 4 прикреплены к корпусу 5, поэтому при визировании азимут сразу можно прочитать по лимбу, мысленно проведя линию волоска 6 предметного диоптра до шкалы лимба (рис. 86, Б). Однако значение азимута удобнее снять по глазному диоптру, т.е. со смещением на 180°, как показано на рисунке 87. Чтобы не делать пересчетов, северный штрих лимба имеет оцифровку 180°, а южный — 0°. Скрепленная с глазным диоптром призма позволяет брать отсчет по лимбу, не прекращая визирования, и дает увеличенное изображение шкалы. Точность измерения азимутов буссолью Шмалькальдера около 0,5°.

Рис. 87. Положение лимба буссоли Шмалькальдера при отсчитывании магнитного азимута на предмет

Буссоль Стефана устроена иначе (рис. 88). Коробка 1 с магнитной стрелкой 2 установлена на металлическом круге 3 с градусными делениями по краю. Между коробкой и лимбом вращается алидадная линейка 4 с двумя вертикальными диоптрами 5 и 6 и верньером 7. Деления на кольце 8 нанесены через 1° (как и на лимбе). Поворачивая буссоль на штативе, устанавливают нулевой штрих кольца 8 против северного конца свободной стрелки. Вращением алидадной линейки наводят диоптры на объект и по верньеру около предметного диоптра получают отсчет, соответствующий величине азимута. Точность отсчетов 5'.

Рис. 88. Буссоль Стефана

Компасная (буссольная) съемка бывает площадной и маршрутной. Как известно из §20 и 21, при площадной съемке на снимаемом участке предварительно создается опорная съемочная сеть. На местности, показанной на рисунке 89, эта сеть получена путем проложения вокруг озера замкнутого хода (полигон 1, 2, 3, 4). Длины сторон хода измерены рулеткой дважды и взята средняя величина. По буссоли или компасу измерены прямые и обратные магнитные азимуты направлений сторон хода A1—2, A2—3, A3—4, A4—1 и вычислены средние значения прямых азимутов. Все данные внесены в журнал. Затем в характерных точках снимаемого контура устанавливают вехи (a, b, c…), положение которых определяют разными способами, в зависимости от их расстояния и расположения относительно точек опорной сети. Так, например, точки a и b снимают способом полярной засечки, островок c — прямой засечкой, а точки e и f — способом ординат. Расположение точек съемочной сети и объектов местности зарисовывают на абрисе.

Рис. 89. Полигон 1 … 4, характерные точки контура a, b, c … и примеры записи результатов полевых измерений на абрисе

Обработка полевых измерений начинается с построения полигона по азимутам и длинам сторон. Направления сторон строят по транспортиру относительно заранее проведенной линии магнитного меридиана. Допустимая линейная невязка на плане замкнутого полигона не более 1/200— исправляется способом, указанным в §21. Положение характерных точек местности наносят, откладывая азимуты и расстояния от точек и сторон полигона. Точки на плане соединяют линиями, сообразуясь с зарисовкой на абрисе, и получают план озера.

В условиях открытой местности и хорошей проходимости съемка ведется полярным способом. При этом буссоль устанавливается на штативе где-то в центре участка с таким расчетом, чтобы все снимаемые объекты были с нее видны. На эти точки измеряют азимуты (A1, A2 и т.д., см. рис. 90), а также расстояния до них.

Рис. 90. Угломерная съемка участка полярным способом

Задачей маршрутной буссольной съемки является создание плана съемочного хода и полосы местности вдоль него. Такая необходимость часто появляется в экспедициях, походах и на экскурсиях. При этом определение опорных точек и съемка подробностей ведутся одновременно, так как точки поворота съемочного хода служат опорными пунктами. Расстояния по съемочной линии чаще всего измеряют шагами или рулеткой, азимуты сторон хода и направлений на объекты — буссолью Шмалькальдера или компасом. Для съемки ситуации применяют прямую засечку, способы створов, ординат, иногда полярный. Полевыми документами при маршрутной съемке служат журнал и абрис.

При построении плана расстояния, измеренные шагами, можно пересчитать и выразить в метрах или проще для их изображения на плане построить линейный масштаб в шагах. Построение масштаба шагов рассматривается ниже. После построения линии хода на план наносят ситуацию по данным абриса.

Гониометр

Гониометр (рис. 91) применяют для съемок небольших, главным образом лесных, участков. С его помощью измеряют горизонтальные углы.

Рис. 91. Гониометр

Он состоит из двух полых цилиндров. Нижний, неподвижный цилиндр с градусными делениями на верхней кромке служит как бы лимбом, а вращающийся верхний играет роль алидады. Для визирования предназначены диоптры, расположенные на боковых поверхностях обоих цилиндров, а для определения азимутов и ориентирования прибора служит буссоль, укрепленная в верхней части алидадного цилиндра. Во время съемки прибор устанавливается на легком штативе или палке.

Эккер

Эккер применяют при съемке небольших участков с несложной ситуацией способом промеров. Для этого на участке или вокруг него прокладывают съемочный ход со взаимно перпендикулярными сторонами. Из характерных точек снимаемого контура на съемочный ход опускают перпендикуляры (ординаты). Их длины и расстояния между ними по ходу измеряют лентой или рулеткой (рис. 92). Результаты измерений фиксируются в виде абриса (рис. 93).

Слева: Рис. 92. Прокладка съемочного хода ОХ и установка вешек 1, 2, 3, 4, 5, 6 при эккерной съемке участка. Справа: Рис. 93. Абрис эккерной съемки участка, показанного на рисунке 92

Для построения прямых углов на местности служат эккеры разной конструкции: простые крестообразные, двузеркальные и др. В простом эккере по продольным осям скрепленных крестом дощечек проведены взаимно перпендикулярные прямые, а по их концам вбиты тонкие гвоздики. Если визировать вдоль одной пары гвоздиков А и В, а затем, не смещая эккер, смотреть вдоль другой пары С и D, получим два взаимно перпендикулярных направления (рис. 94).

Рис. 94. Построение прямого угла с помощью крестообразного эккера

Более компактен и точен двузеркальный отражательный эккер (рис. 95, А). Рабочая часть эккера представляет собой трехгранную призматическую коробочку, открытую с одной стороны. На двух других гранях в верхней части сделаны прямоугольные вырезы, а в нижней части с внутренней стороны прикреплены зеркала. Угол между зеркалами равен 45°. Ход лучей в двузеркальном эккере показан на рис. 95, Б. Угол пересечения лучей — входящего в эккер и выходящего из него — составляет 90°.

При построении прямого угла эккер держат в руке вертикально над вершиной угла C (рис. 95, Б). В одном из зеркал находят изображение вешки, стоящей в точке А на съемочном ходе, переводят взгляд в вырез над зеркалом и указывают помощнику место постановки вешки B на перпендикулярном направлении к линии АС. Обе вешки (в вырезе и в зеркале) должны быть видны на одной вертикальной прямой.

Рис. 95. Двузеркальный эккер и построение прямого угла с его помощью

Погрешности центрирования эккера и построения прямых углов с его помощью приводят к смещению снимаемых точек на плане, поэтому длины ординат ограничивают в зависимости от масштаба плана. Так, при съемке в масштабе 1:5000 не допускают длин перпендикуляров более 50 м.

Астролябия

Астролябия представляет собой горизонтальный круг с градусными делениями, неподвижно установленный на штативе (рис. 96). Она предназначена для измерения горизонтальных углов между направлениями местности. В качестве визирного и отсчетного приспособления служит вращающаяся на оси круга алидадная линейка с двумя вертикальными пластинами с вырезом (диоптрами). При визировании необходимо повернуть линейку так, чтобы нити обоих диоптров и предмет наблюдались в створе.

Рис. 96. Измерение горизонтального угла с помощью простейшей астролябии: 1 — алидадная линейка; 2 — глазной диоптр; 3 — предметный диоптр; а и в — отсчеты на предметы А и В при двух положениях алидады; β — измеренный угол

По шкале круга напротив диоптра делают отсчет на предмет, лежащий справа, затем поворотом линейки наводят диоптры на левый предмет (против часовой стрелки) и получают новый отсчет по кругу. Разность отсчетов составит значение угла между двумя снимаемыми объектами. Положение объектов определяется полярным способом — по углу и расстоянию от астролябии до предметов. Съемка астролябией дает весьма приближенные результаты, но хорошо демонстрирует принцип угломерной съемки. Изготовить самодельную астролябию не составит большого труда.

Мензула

Съемка школьной мензулой с алидадой является упрощенной плановой съемкой углоначертательного типа. Приборами для съемки служат: мензула (планшет) 1 с прикрепленным к ней компасом 4, подставка 2, допускающая вращение планшета вокруг вертикальной оси после ослабления винта 3, алидадная линейка 5 с диоптрами 6 — для визирования и прочерчивания направлений на планшете. Мензула укрепляется на легком штативе 7 (рис. 97).

Рис. 97. Школьная мензула

Съемку легкой мензулой ведут с опорных точек, полученных методом замкнутых ходов. В начальной точке устанавливают мензулу горизонтально на глаз, ориентируют по компасу и визируют с помощью диоптров следующую точку, прочерчивают направление на нее по линейке. Расстояния между опорными пунктами измеряют рулеткой, а положение объектов, находящихся в стороне от хода (на расстоянии до 200—300 м), получают прямой и полярной засечкой, способом ординат, створов и др. Снятые объекты изображаются на плане сразу в поле условными знаками. Полевой оригинал оформляется в камеральных условиях.

Глазомерная съемка

Глазомерная съемка применяется довольно редко в тех случаях, когда требуется быстро получить наглядный план местности в крупном масштабе. Приемы глазомерной съемки используют также при работе с топографической картой на местности для ее дополнения при географических, геологических и других исследованиях территории.

Проведение глазомерной съемки требует наблюдательности, умения выделить главное. При этом развивается глазомер и умение ориентироваться на местности. Основы глазомерной съемки изучаются в школе с целью подведения учеников к пониманию географической карты и ее чтению, а также применяются в экскурсиях и школьных полевых исследованиях. Эта съемка производится с помощью простейших приспособлений, однако ее выполнение требует большого внимания, аккуратности и добросовестности.

Рис. 98. Планшет и визирная линейка для глазомерной съемки

Глазомерная съемка принадлежит к типу углоначертательных съемок, для ее производства применяется планшет — кусок фанеры или картона размером около 30 X 40 см с прикрепленными к нему компасом и листом бумаги, визирная линейка в виде деревянной трехгранной призмы и циркуль-измеритель (рис. 98). Компас укрепляют в углу планшета нитками, медной проволокой так, чтобы прямая, проходящая через штрихи 0° и 180°, была параллельна одной из сторон планшета; на бумаге прочерчивают прямую, ей параллельную, обозначают ее северный конец стрелкой и буквой С, получая таким образом на плане направление магнитного меридиана.

При визировании на предмет ориентируют планшет при открепленной стрелке компаса путем поворота его в горизонтальной плоскости так, чтобы под северным концом стрелки оказался нулевой штрих шкалы компаса. Затем прикладывают нижнее ребро линейки вплотную к изображению точки стояния, визируют по верхнему ее ребру на снимаемый объект и прочерчивают по нижнему ребру, прилегающему к изображению точки стояния, прямую вперед от этой точки. Расстояние по ходу и до близких предметов измеряют шагами. Точность измерения расстояний шагами составляет 1/10001/50 длины измеряемой линии. Она зависит от характера грунта по линии (твердый, песчаный, с растительностью) и от наклонов поверхности. Так, при движении по песку длина шага уменьшается на 10—12%, по густой траве — на 5—7%; при больших углах наклона (более 5°) шаг укорачивается и при подъеме и при спуске. С целью контроля стремятся прокладывать съемочный ход в виде замкнутого полигона, при этом на равнинной территории допускается линейная невязка 1/501/25 от длины хода. Возникшая допустимая невязка исправляется методом параллельных линий (см. §21).

Съемочный ход прокладывается по дорогам, просекам, линиям связи, хорошо выраженным контурам. Съемка ситуации ведется обычно из поворотных точек хода, положение объектов, находящихся в стороне от хода, определяют известными способами плановой съемки (полярным, засечек, ординат, створов), а также на глаз.

При подготовке к съемке необходимо определить величину шага съемщика и построить линейный масштаб шагов, ознакомиться с участком предстоящей работы и правильно наметить на бумаге положение первой точки, чтобы снимаемый участок полностью изобразился на плане.

Для определения размера шага на местности отмеряют прямую длиной 100—150 м и проходят ее ровным шагом не менее трех раз, считая шаги парами или тройками. По результатам счета шагов выводят среднюю длину пары или тройки шагов.

Поскольку все работы проводятся в поле, для откладывания на плане измеренных расстояний строят линейный масштаб, за основание которого берут круглое число пар или троек шагов. Длину выбранного основания определяют в масштабе съемки, например 1:10 000. Тогда при длине пары шагов 1,36 м основание масштаба, соответствующее 100 парам шагов, определится из пропорции:

100 м на местности соответствует 10 мм на плане;

100 парам шагов (136 м) — отрезок X мм на плане;

Таким образом, 100 парам шагов данного съемщика соответствует на плане отрезок длиной 13,6 мм. На прямой линии откладывают эти отрезки несколько раз, от 0 вправо подписывают расстояния, выраженные в парах шагов, а левое основание делят на 5—10 частей, чтобы цена деления масштаба составила 20—10 шагов (рис. 99). Линейный масштаб шагов вычерчивают в нижней части планшета или на отдельной полоске плотной бумаги.

Рис. 99. Линейный масштаб в шагах для съемки в масштабе 1:10 000 (размер шага съемщика 0,68 м.)

Съемка производится по маршрутам как при съемке полосы местности, так и при съемке участка. В последнем случае съемка ведется на основании системы ходов, разбивающих участок на части с таким расчетом, чтобы не было холостых или повторных переходов.

Наносимые на планшет объекты показывают условными знаками; если они занимают большие площади, то внутри контура дают их словесные характеристики (пашня; кустарник лиственный, высотой 2 м и т. п.). На рисунках 100, 101 представлена снимаемая местность и показан вид планшета последовательно на пяти точках съемочного хода.

Рис. 100. Общий вид снимаемого участка местности

Иногда на плане схематическими горизонталями изображают формы рельефа, прерывистыми линиями — тальвеги и водоразделы, а стрелками — направление скатов и их крутизну, определяемые на местности глазомерно. Особенно важно передать элементы и формы рельефа, облегчающие ориентирование на местности.

Рис. 101. Вид планшета глазомерной съемки после работы на точках 1—5—1

Значительно точнее можно определить превышения точек и дать изображение рельефа горизонталями, если сочетать глазомерную съемку с барометрическим нивелированием, сущность которого излагается в §26.

В полевых условиях план строят карандашом, затем после проверки на местности окончательно оформляют в помещении.

ВЫСОТНЫЕ СЪЕМКИ

Сущность и виды высотных съемок. Высотная отметка любой точки земной поверхности является ее третьей координатой — помимо двух плановых, определяемых в системе географических или прямоугольных координат. На картах, как известно, приводятся абсолютные высоты точек, т.е. высоты, определяемые относительно поверхности геоида (уровня моря). При высотных съемках местности невозможно каждый раз привязываться к уровню моря, поэтому за начальные (исходные) высоты принимают известные абсолютные высоты точек государственной высотной сети (§18).

Рис. 102. Принцип геометрического нивелирования

Определение отметок высот точек сводится к установлению превышений h между известной высотой исходной точки и точкой, высоту которой требуется определить (рис. 102). Комплекс измерительных работ по определению высотных характеристик топографической поверхности изучаемой местности называется нивелированием.

Нивелирование применяется для определения высот опорных точек государственной и съемочной сетей, при съемке местности, при всевозможных исследованиях, при строительстве дорог, водо- и газопроводов, гражданских, промышленных и других объектов.

Исходя из изложенного выше принципа нивелирования при этой работе измеряют разность высот определяемой точки В и опорного пункта A, высота которого известна, т.е. превышение hAB (рис. 103). Искомая абсолютная высота точки В (НB) определяется алгебраическим суммированием высоты исходной точки А с найденным превышением: HB=HA + hAB. Если точка В выше точки А, то превышение положительное, в обратном случае оно отрицательное.

Рис. 103. Соотношение абсолютной, условной и относительной высот

Чаще всего на снимаемом участке нет пункта с известной абсолютной высотой (репера). В этом случае высоты точек аналогично определяют от условной уровненной поверхности и их называют условными отметками. Соотношение абсолютной (Я) и условной (H1) высот и превышения h точек приведено на рисунке 103. Как известно, ограниченные участки местности, в пределах которых кривизна уровенной поверхности пренебрежительно мала, принимаются за горизонтальную плоскость (см. §4), поэтому во время съемок систему таких уровенных поверхностей, изображенных на рисунке 103 в виде дуг, можно условно представить в виде горизонтальных параллельных прямых.

Основные методы нивелирования следующие: геометрическое, тригонометрическое, физическое и его разновидность — барометрическое.

ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ

При съемке положение условной уровенной поверхности определяется горизонтальным направлением визирного луча геодезического прибора — нивелира, а величины отрезков a и b измеряются с помощью устанавливаемых вертикально реек в точках с известной и определяемой высотой (рис. 102).

Нивелир устанавливается посередине между точками А и В, зрительную трубу направляют сначала назад на рейку точки А, затем для определения переднего отсчета вперед на рейку точки В (превышение которой определяется). Ее принято называть передней, а точку Л, относительно которой определяется h, задней; соответственно называют и рейки и пикетные точки, или пикеты (ПК). Отсюда формула превышения h = a — b излагается так: превышение между двумя точками равно отсчету на заднюю рейку минус отсчет на переднюю рейку. На местности пикеты отмечают колышками, забитыми до уровня земли, и сторожками (рис. 104).

Рис. 104. Точка и сторожок

Приборы и средства геометрического нивелирования. Для проведения нивелирования необходимы: нивелир той или иной конструкции, штатив, на котором он устанавливается, две нивелирные рейки и нивелирные башмаки. Современные нивелиры по конструктивным особенностям делятся на две группы: нивелиры с цилиндрическим уровнем (уровенные нивелиры) и нивелиры с компенсаторами (система качающихся призм, автоматически устанавливающая линию визирования в горизонтальное положение).

Рис. 105. Нивелир НВ-1

К первой группе нивелиров, например, относятся технический НВ-1 — глухой нивелир, у которого зрительная труба и цилиндрический уровень наглухо скреплены между собой (рис. 105). Ко второй группе Н-10КЛ—нивелир с компенсатором углов наклона и лимбом, со зрительной трубой прямого изображения.

Нивелиры в основном состоят из: зрительной трубы, снабженной сеткой нитей для взятия отсчетов по рейке, установочного уровня, обеспечивающего горизонтальное положение линии визирования, и подставки (треножника) с подъемными винтами для приведения прибора в горизонтальное положение. Труба насажена на вертикальную ось, которая может вращаться во втулке подставки.

Рис. 106. Нивелирная рейка. Рабочая (черная) и контрольная (красная) стороны

Нивелирные рейки (рис. 106) изготавливаются из деревянных брусков хвойных пород, как правило, трехметровые, двусторонние: основная шкала — черная, дополнительная — красная. Используются также трех-четырехметровые складные рейки. Рейки окрашены белой краской, и деления нанесены в виде сантиметровых шашечек, оцифрованных через дециметр. Головки цифр направлены вниз, так как при визировании нивелиром их изображение будет перевернуто (исключение составляют нивелиры с прямым изображением зрительной трубы, например нивелир Н-10КЛ). Отсчет по рейкам делают с точностью до 1 мм (рис. 106). Начало счета (нуль рейки) расположен у окованного ее конца-пятки. Деления на красной стороне рейки сдвинуты относительно делений на черной стороне. В процессе нивелирования рейки устанавливают на колья.

Среди уровенных нивелиров большое распространение получили технические нивелиры, например НВ-1, предназначенные для геометрического нивелирования третьего и четвертого класса точности.

Рассмотрим его устройство (рис. 105, А и Б). Зрительная труба 1 прибора, дающая перевернутое изображение, имеет внутреннюю фокусировку; перемещение фокусировочной линзы осуществляется вращением винта 2. В окулярной части 3 помещены окуляр, сетка нитей и микроскоп с призмой. В противоположной части трубы расположен объектив 5. Цилиндрический уровень с системой призм в оправе закрыт коробкой 6, прикрепленной к корпусу. Нивелир снабжен системой призм, делящей изображение пузырька уровня пополам по его продольной оси и передающей изображения противоположных концов половинок в поле зрения трубы. Точная установка визирной оси трубы в горизонтальное положение осуществляется совмещением изображений концов пузырька цилиндрического уровня, видимых в поле зрения трубы (рис. 107) при помощи элевационного винта 7.

Для грубого наведения трубы на рейку на корпусе трубы установлены целик 8 с мушкой 9. Точное наведение трубы на рейку осуществляется вращением наводящего винта 10. На треножнике имеются три подъемных винта 4.

Рис. 107. Поле зрения зрительной трубы нивелира НВ-1. Слева — пузырек контактного уровня
Рис. 108. Поле зрения зрительной трубы нивелира Н-10КЛ

На рисунке 107 видно поле зрения трубы при взятии отсчета. Сетка нитей прибора состоит из трех горизонтальных и одной вертикальной нитей. Основная рабочая нить сетки — средняя, по ней читаются отсчеты, две крайние короткие нити — дальномерные. В нашем примере отсчет равен 1280 мм.

Рассмотрим некоторые особенности нивелиров с компенсаторами.

Зрительная труба у нивелира Н-10КЛ дает прямое изображение (рис. 108). Цилиндрический уровень у нивелира Н-10КЛ (рис. 109) заменен компенсатором с элементами в виде качающейся призмы, положение которых реагирует на направление силы тяжести — маятником или свободной поверхности жидкости. Компенсатор автоматически устанавливает линию визирования в горизонтальное положение. Тем самым отпадает трудоемкая работа по совмещению изображений концов пузырька уровня и по наблюдению за его положением при взятии отсчетов. Это способствует существенному ускорению работ.

Рис. 109. Нивелир Н10КЛ

В нижнюю часть нивелира вмонтирован лимб со шкалой делений, градуированной через 1°, предназначенной для измерения горизонтальных углов.

В строительстве все большее применение находят лазерные нивелиры, в которых луч лазера в горизонтальном положении воздействует на фотоэлементы рейки. Эти фотоэлементы передвигают вдоль рейки, и в момент их пересечения с горизонтальным лазерным лучом автоматически фиксируется отсчет.

 


Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 3669; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!