МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ дисциплины Основы геодезии

 

Министерство лесного хозяйства РТ

ГБОУ СПО «Лубянский лесотехнический колледж»

 

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

 

по лабораторным работам

дисциплины

«Основы геодезии»

ТЕОДОЛИТЫ

   

ОГЛАВЛЕНИЕ

Требования к выполнению лабораторных работ………………………………..4

Некоторые правила действий над приближенными числами….........................5

1. УСТРОЙСТВО ТЕОДОЛИТОВ

1.1. Назначение и классификация теодолитов…………………………………..7

1.2. Устройство теодолитов технической точности…………………………….10

1.3.Электронные теодолиты………………………………………........................15

Лабораторная работа № 1. Устройство теодолитов…………….......................16

 

2.ПОВЕРКИ ТЕОДОЛИТОВ

2.1.Основные геометрические оси теодолита……………………………………19

2.2.Поверка перпендикулярности оси цилиндрического уровня

при алидаде горизонтального круга к оси вращения теодолита……………21

2.3.Поверка перпендикулярности визирной оси

к оси вращения зрительной трубы………………………………….…………23

2.4.Поверка перпендикулярности оси вращения зрительной трубы к

оси вращения теодолита……………………………………………..…………25

2.5.Поверка параллельности вертикальной нити сетки и

оси вращения теодолита……………………………………………….……….27

Лабораторная работа №2 Поверки и юстировки теодолита…………….…….28

 

3. ИЗМЕРЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ УГЛОВ

3.1.Принцип измерения горизонтальных углов……………………………..……29

3.2.Методика измерения горизонтального угла способом

отдельных приемов……………………………………..……………………….31

β3

3.3.Измерение горизонтальных углов способом круговых приемов………........33

Лабораторная работа № 3.

Измерение горизонтальных углов способом отдельных приемов……………………………………….………..………............................34

3.4. Основные погрешности измерения горизонтальных углов…………...……..35

3.5. Измерение вертикальных углов………………………………..……….………42

3.6. Погрешности измерения вертикальных углов…………………………………45

Лабораторная работа № Тригонометрическое нивелирование………..........46

Лабораторная работа №5. Определение высоты сооружения,

недоступного для непосредственного измерения………….…………….…….49

4.РАЗБИВОЧНЫЕ РАБОТЫ НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ

4.1.Построение проектного горизонтального угла…………………..……….........50

4.2.Построение линии с проектным уклоном с помощью теодолита……..……...54

 

 

Требования к выполнению лабораторных работ

Лабораторные работы являются важнейшим звеном подготовки специалистов строительного направления. Они предназначены для закрепления теоретических знаний, полученных на лекциях, приобретения навыков в обращении с геодезическими приборами, а также в обработке полученной информации. В результате выполнения заданий вырабатывается умение активно применять полученные знания в будущей самостоятельной работе, творчески относиться к процессу измерений, анализировать погрешности, сопровождающие процесс измерений, находить пути повышения надежности результатов.

Все результаты измерений следует записывать в таблицы с учетом точности измерительного прибора. Например, при измерении горизонтальных углов теодолитом 2Т30 запись отсчета по горизонтальному кругу 31^◦ считается неправильной, так как точность прибора равна 30″. Правильной будет запись 31^◦00′ 00″.

В процессе выполнения лабораторных работ должны выработаться не только умения и навыки работы с геодезическими приборами, но и бережное отношение к ним. Геодезические приборы являются сложными оптико-механическими или оптико-электронными устройствами. Поэтому во всех случаях нельзя прилагать больших усилий при закреплении отдельных частей приборов. Все винты имеют ограниченную резьбу.Нельзя прикасаться руками к оптическим деталям, это значительно ухудшает их светотехнические качества.

К каждому лабораторному занятию необходимо готовиться. Подготовку начинают с изучения соответствующего раздела по учебнику, конспекту лекций, данной методической разработке. В конце каждой лабораторной работы приведен перечень контрольных вопросов, на которые необходимо иметь ответы. Лабораторные работы оформляются на писчей бумаге формата А4.

Небрежно оформленная работа снижает качество выполнения, а, следовательно, и текущую оценку. Все работы должны быть защищены или в форме устной беседы с преподавателем, или в виде контрольной работы.

Количество и последовательность выполнения лабораторных работ определяет преподаватель в соответствии с рабочей программой дисциплины.

Текущая и итоговая аттестация студентов по геодезии осуществляется на основе рейтинговой системы. Это означает, что преподавателем оценивается труд каждого студента по каждой лабораторной; расчетно-графической; контрольной работам в условных баллах. По окончанию учебного курса проводится заключительное рейтинговое занятие в письменной форме по билетам, состоящим из 10 вопросов. Оценка по предмету выводится как пропорциональное число от суммы набранных за семестр баллов. В случае несогласия студента с оценкой, он имеет право сдать дополнительно экзамен в устной форме. Экзаменационные вопросы определяет преподаватель из числа экзаменационных программных вопросов по дисциплине, содержащихся в учебной программе.

 

Некоторые правила действий над приближенными числами

Для оценки погрешности приближенных чисел используют предельную погрешность ∆пр. Под предельной абсолютной погрешностью понимают всякое… В результатах измерений в качестве предельной абсолютной погрешности можно… Для характеристики точности линейных измерений применяют, в основном, относительную погрешность ε =…

УСТРОЙСТВО ТЕОДОЛИТОВ

Назначение и классификация теодолитов

Теодолит это геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных углов, вертикальных углов и длин линий.

Теодолиты находят широкое применение на всех стадиях строительного производства. Так на стадии изысканий инженерных сооружений они предназначены для:

· создания опорных геодезических сетей и съемочного обоснования;

· привязки геологических и других разведочных выработок;

· топографических съёмок.

На строительной площадке теодолиты используются для:

· создания разбивочной геодезической основы;

· перенесения на местность основных осей зданий и инженерных сооружений;

· передачи осей на монтажные горизонты;

· установки строительных конструкций в отвесное положение;

· выверки вертикальности конструкций;

· съемки построенных конструкций с целью составления исполнительного генерального плана.

На стадии эксплуатации инженерных сооружений теодолит необходим для наблюдений за смещением сооружений в плане и для измерения крена.

В соответствии с ГОСТ 10529 – 79 все теодолиты по точности разделены на три группы:

1) высокоточные теодолиты служат для измерения горизонтальных углов со средней квадратической погрешностью от 0,5 до 2″;

2) точные теодолиты предназначены для измерения горизонтальных углов со средней квадратической погрешностью от 2 до 7″;

3) технические теодолиты - для измерения горизонтальных углов со средней квадратической погрешностью от 10 до 30″.

Кроме классификации по точности, теодолиты подразделяются:

· по области применения (геодезические, маркшейдерские );

· по физической природе носителя информации (механические, оптические, электронные, кодовые);

· по конструкции (простые, повторительные, с уровнем при вертикальном круге, с компенсатором).

Названные выше признаки классификации нашли свое отражение в маркировке теодолитов. Так высокоточные теодолиты имеют маркировку Т05, Т1, 3Т2КП; точные 2Т5, 2Т5КП; технические 4Т15П и 4Т30П.

Маркировка теодолитов включает следующие обозначения. Цифра перед буквой Т означает номер модификации прибора данной серии. Цифры после буквы Т характеризуют точность измерения горизонтального угла одним полным приемом в секундах. Буква К означает, что вертикальный круг данного теодолита имеет компенсатор углов наклона основной оси. Буква П означает, что зрительная труба имеет прямое изображение.

Так как геодезические измерения выполняют в различных физико- географических условиях и в различное время года, то к теодолитам предъявляют жесткие требования к обеспечению высокой точности и производительности труда при выполнении угловых измерений в любых условиях. Они должны быть удобны и просты в обращении, позволять выполнять поверки и юстировки в полевых условиях непосредственно исполнителем.

Представленная на рис.1 серия теодолитов, выпускаемых Уральским оптико-механическим заводом, в основном, удовлетворяет запросы строительной отрасли на любой стадии строительства.

Теодолит 3Т2КП позволяет измерять горизонтальные углы со средней квадратической погрешностью m_ß = 2″. Его применяют для измерения углов в триангуляции, полигонометрии, в геодезических сетях сгущения, при установке в проектное положение особо ответственных строительных конструкций и при монтаже элементов конструкций машин и механизмов.

3Т2КП 3Т5КП

4Т15П 4Т30П

Рис. 1. Теодолиты, выпускаемые Уральским оптико-механическим заводом

 

Теодолит 3Т5КП применяют при измерении горизонтальных углов в геодезических сетях сгущения со средней квадратической погрешностью не превышающей 5^״. В строительной практике это наболее широко распространенный прибор как на стадии изысканий (создание геодезической разбивочной основы, развитие съемочного обоснования, съемочные работы и т. д.), так и при монтаже строительных конструкций.Данная марка теодолитов широко используется при контроле вертикальности построенных сооружений и определения их крена.

Теодолиты технической точности серии 4Т (4Т15П и 4Т30П) предназначены для измерения горизонтальных и вертикальных углов при выполнении тахеометрических и теодолитных съемок. Они находят широкое применение при монтаже строительных конструкций. Эти теодолиты компактны и просты в работе.

Их основные достоинства:

· Съемная подставка со встроенным оптическим центриром;

· Зрительная труба имеет прямое изображение;

· Перестановка лимба осуществляется вращением специального винта;

· Работоспособность не нарушается в любых климатических условиях;

· Малый вес и современный дизайн.

Краткие технические характеристики теодолитов приведены в табл.1.

 

Таблица 1.Технические характеристики теодолитов

 

Показатели	3Т2КП	3Т5КП	4Т15П	4Т30П
Увеличение зрительной трубы, крат
Световой диаметр объектива, мм
Угол поля зрения,	1035′	1035′	20	20
Наименьшее расстояние визирования, м	0,9	0,9	1,2	1,2
Диапазон работы компенсатора вертикального круга	4′	4′
Цена деления отсчетного микроскопа	1″	1′	5′	5′
Средняя квадратическая погрешность измерения горизонтального угла	2″	5″	15″	30″
Средняя квадратическая погрешность измерения вертикального угла	2,4″	5″	15″	30″
Масса теодолита с подставкой, кг	4,7	4,3	3,5	3,5

Устройство теодолитов технической точности

Несмотря на то, что перечисленные приборы различаются по точности измерения горизонтальных углов, все они имеют примерно одинаковое устройство. На рис. 2 показан теодолит технической точности 4Т30П. Он состоит из следующих основных частей:

-горизонтальный круг;

-вертикальный круг;

-зрительная труба;

-подставка с тремя подъемными винтами,

-цилиндрический уровень.

Горизонтальный круг состоит из лимба и алидады. Лимб представляет собой стеклянный круг с нанесенными градусными делениями от 0^◦ до 360^◦, а на алидаде нанесена отсчетная шкала (рис.3). Шкалы лимба и алидады горизонтального и вертикального кругов передаются в поле зрения отсчетного микроскопа.

Шкала горизонтального круга отмечена буквойГ,а вертикального – буквой В.

Алидада горизонтального круга имеет закрепительный винт 9 и наводящий винт 14, который служит для точного наведения сетки нитей на визирную цель. Лимб горизонтального круга данной модели не имеет закрепительного и наводящего винтов, но может быть переставлен на любой угол с помощью барабана 8 (рукоятка перевода лимба).

Лимб вертикального круга посажен на одной оси со зрительной трубой и поворачивается на такой же угол, что и зрительная труба. Алидада остается на месте. На этом основывается принцип измерения углов наклона.

 

Рис. 2.Теодолит 4Т30П.

 

1 – кремальера (барабан фокусировки); 2 – закрепительный винт зрительной трубы; 3 – окуляр микроскопа; 4 – зрительная труба; 5 – зеркало для подсветки шкал отсчетного микроскопа; 6 – колонка; 7 – подставка (трегер); 8 – барабан перестановки лимба горизонтального круга; 9 – закрепительный винт алидады; 10 – юстировочные (исправительные) винты цилиндрического уровня; 11 – окуляр зрительной трубы; 12 – защитный колпачок сетки нитей; 13 – цилиндрический уровень; 14 – наводящий винт алидады; 15 – наводящий винт зрительной трубы; 16 – коллиматорный визир; 17 - оптический центрир.

 

а) б)

Рис. 3.Поле зрения отсчетного микроскопа теодолита 4Т30П при положительном (а) и отрицательном (б) угле наклона трубы

Цена деления шкалы алидады как горизонтального, так и вертикального кругов равна 5′. Градусный штрих, проекция которого попадает на шкалу алидады, одновременно является отсчетным штрихом. На рис.3а отсчет по горизонтальному кругу равен 295^о 07,5′, а на рис.3б соответственно 115^о 07,5′.

Шкала лимба вертикального круга имеет оцифровку от0^о до 60^о и от

-0^◦ до -60^◦. Поэтому при отсчете по вертикальному кругу необходимо сначала посмотреть, какой знак стоит перед градусным штрихом лимба. По умолчанию принимается, что отсутствие знака соответствует положительному числу. Отсчет в этом случае необходимо снимать от положительного нуля шкалы алидады до положительного градусного штриха, находящегося на шкале алидады. И наоборот, если у градусного штриха подписан знак минус, то за начало отсчета принимают -0. На рис.3а отсчет по вертикальному кругу равен 4^◦43,0′, а на рис.3б он равен -4^◦17,5′.

 

Рис.4. Зрительная труба теодолитов серии Т15 (Т30)

1 - объектив; 2 – зубчатая рейка; 3 – сетка нитей; 4 – окуляр; 5 – диоптрийное кольцо; 6 – предохранительный колпачок сетки нитей; 7 – фокусирующая линза; 8 – оправа фокусирующей линзы; 9 – кремальера

 

Зрительная труба (рис.4) состоит из трех линзового не склеенногообъектива 1, двух компонентной склеенной фокусирующей линзы 7, плоскопараллельной пластинки с нанесенной на нее сеткой нитей 3 и четырех линзового окуляра 4. Линзовые компоненты строго центрированы и помещены в литом корпусе зрительной трубы. Перемещение оправы 8 фокусирующей линзы осуществляется при помощи зубчатой рейки 2 и шестеренки, вращаемой кремальерой 9, которая вынесена за колонку теодолита 1 (рис.2). Изменение положенияфокусирующейлинзы изменяет фокусное расстояние объектива, что позволяет видеть резкое изображение визирной цели, на каком бы расстоянии от теодолита она не находилась. Наименьшее расстояние фокусировки составляет 1,2м. Диаметр выходного зрачка окуляра равен 1,4 мм.

Сетка нитей (рис.5) служит для точного наведения визирной оси зрительной трубы на визирную цель.Она представляет собой плоскопараллельную пластинку, на которой нанесены три горизонтальных и одна вертикальная нить. Для повышения точности визирования вертикальная нить в одной половине имеет биссектор (двойную нить). При измерении горизонтальных углов визирную цель обязательно вводят в биссектор.

Средняя нить с служит для наведения на визирную цель при измерении

Рис.5. Сетка нитей

 

вертикальных углов. Верхняя нить в и нижняя н предназначены для измерения длин линий и являются составной частьюнитяного дальномера.

Вращением диоптрийного кольца 5 (рис.4) или 11 (рис.2) добиваются резкого изображения сетки нитей независимо от остроты зрения наблюдателя. Для близорукого или дальнозоркого глаза окуляр может перемещаться в пределах ±5 диоптрий.

Сетка нитей теодолитов серии Т30 имеет четыре исправительных винта, с помощью которых можно изменять ее положение в зрительной трубе. Это необходимо при юстировке коллимационной погрешности и места нуля вертикального круга. Исправительные винты сетки нитей закрыты защитным колпачком 12 (рис.2).

Мнимая линия, соединяющая перекрестие сетки нитей и оптический центр объектива называется визирной осью зрительной трубы.

  Рис. 6. Цилиндрический уровень Он представляет собой стеклянную ампулу (рис.6), внутренняя поверхность которой отшлифована по дуге радиуса R. Его…

Электронные теодолиты

В настоящее время за рубежом освоен выпуск электронных теодолитов нового поколения, как с лазерным лучом визирования, так и с обычным. Особенно… На рис.7 представлены серийно выпускаемые электронные теодолиты японской фирмы…  

ПОВЕРКИ ТЕОДОЛИТОВ

Основные геометрические оси теодолита

Теодолит является сложным оптико-механическим прибором, устройство которого должно удовлетворять целому ряду механико-технологических и… · свободное и плавное перемещение всех подвижных частей прибора; · надежность и устойчивость прибора при полевой эксплуатации;

Поверка перпендикулярности оси цилиндрического уровня

При алидаде горизонтального круга к оси вращения теодолита

Рис.10.Схема поверки перпендикулярности оси цилиндрического уровня к оси вращения теодолита первым способом Поверку можно выполнить несколькими способами Способ первый. Теодолит устанавливают на штатив и приводят в рабочее положение. Для этого поворотом алидады…

Поверка перпендикулярности визирной оси к оси вращения зрительной трубы

Если данное условие не выполняется, то визирная ось при вращении зрительной трубы вокруг своей оси образует не плоскость, а эллиптическую… Поверку этого условия можно выполнить различными способами. Способ первый. Устанавливают теодолит на штатив и, прикрепив его становым винтом, приводят в рабочее положение. Для…

Ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита

Рис.13.Схема поверки перпендикулярностиоси вращения зрительной трубы нн1иоси вращения теодолита оо1

Вертикальная нить сетки должна быть параллельна оси вращения теодолита.

угол.    

Вопросы для самоконтроля.

1. Перечислите основные оси теодолита?

2. Какие геометрические условия взаимного расположения осей должны выполняться у теодолитов технической точности?

3. Как проверить и отъюстировать перпендикулярность оси цилиндрического уровня и оси вращения теодолита?

4. Как проверить и отъюстировать перпендикулярность визирной оси зрительной трубы и оси вращения зрительной трубы?

5. Как проверить перпендикулярность оси вращения зрительной трубы к оси вращения теодолита?

6. Как проверить правильность установки сетки нитей?

7. Почему при юстировке оси цилиндрического уровня пузырек переводят исправительными винтами на половину дуги отклонения?

8. Какие погрешности влияют на точность определения коллимационной ошибки?

9. Как невыполнение условия перпендикулярности оси цилиндрического уровня к оси вращения теодолита повлияет на точность установки конструкций в отвесное положение?

10. Как невыполнение условия перпендикулярности оси цилиндрического уровня к оси вращения теодолита повлияет на точность измерения горизонтальных углов?

11. Как невыполнение условия перпендикулярности визирной оси к оси вращения зрительной трубы теодолита повлияет на точность измерения горизонтальных углов?

12. Как невыполнение условия перпендикулярности визирной оси и оси вращения зрительной трубы теодолита повлияет на точность установки конструкций в отвесное положение?

13. Как отъюстировать не перпендикулярность визирной оси к оси вращения зрительной трубы?

14. При каких условиях невыполнение перпендикулярности визирной оси и оси вращения зрительной трубы не окажет влияния на измеряемый горизонтальный угол?

 

ИЗМЕРЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ УГЛОВ

Принцип измерения горизонтальных углов

Если рассечь двугранный угол горизонтальной плоскостью Q, то след от сечения и будет являться горизонтальным Q углом… Он может принимать значения от 0° до 360°. Для измерения горизонтального угла необходимо иметь градуированный круг, центр которого совмещен с гранью двугранного…

Методика измерения горизонтального угла способом отдельных приемов

  Способ приемов применяют чаще всего в тех случаях, когда в вершине угла сходится только два направления.…   Рис.151.Схема измерения горизонтального угла

Журнал измерения горизонтальных углов способом отдельных приемов

  № ст. № точки наблюдения Полож круга Отсчет по гор. кр Значение угла из п/п Значение…    

Основные погрешности измерения горизонтальных углов

· инструментальные погрешности; · погрешности субъекта (личные погрешности); · погрешности из-за влияния внешней среды;

Измерение вертикальных углов

Рис. 20Вертикальные углы  

Погрешности измерения вертикальных углов

Погрешность приведения в нуль-пункт пузырька цилиндрического уровня.

Данная погрешность оказывает основное влияние на точность, как измерения вертикальных углов, так и определения МО. Это связано с тем, что ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга теодолитов технической точности является отсчетной линией. Угол, на который она отклоняется от горизонта, полностью войдёт в измеряемый угол наклона или место нуля как погрешность измерения. Для ослабления влияния данной погрешности на измеряемый вертикальный угол необходимо постоянно следить за положением пузырька цилиндрического уровня и, при необходимости, приводить его в нуль-пункт подъемным винтом, расположенным в створе линии визирования.

2.Погрешность отсчета по шкале вертикального круга.

Она зависит от остроты зрения наблюдателя; освещенности поля зрения микроскопа; наличия у наблюдателя опыта деления отрезка на 10 частей

Погрешность наведения (визирования).

4.Погрешность, связанная с не вертикальностью визирной цели (рейки, вехи). Она всегда имеет отрицательный знак, а её абсолютная величина зависит от… 5.Погрешность, вызванная вертикальной составляющей рефракции.

Вопросы для самоконтроля.

1.В чем сущность тригонометрического нивелирования?

2.Что такое место нуля вертикального круга?

3.Как исключить МО при измерении угла наклона?

4.Что такое угол наклона?

5.Почему при измерении угла наклона необходимо пузырек уровня удерживать в нуль-пункте?

6.Перечислите основные источники погрешностей тригонометрического нивелирования?

7.Приведите вид формулы вычисления превышения, если измерено горизонтальное расстояние от теодолита до рейки.

8. Повысится ли точность измерения превышения тригонометрическим нивелированием, если расстояние измерять рулеткой, а не нитяным дальномером?

Лабораторная работа №5.

Определение высоты сооружения, недоступного для непосредственного измерения

Цель работы:

Закрепить знания по тригонометрическому нивелированию. Научиться определять высоту сооружения (провис проводов, высоту опор линий электропередач, передача высот на монтажные горизонты и т. д.), используя знания и умения по тригонометрическому нивелированию.

Порядок работы: Установить теодолит от сооружения на расстоянии не менее двойной его высоты. Привести его в рабочее положение и измерить при двух положениях круга вертикальные углы на верхнюю и нижнюю точки сооружения (рис.28).

Рис. 22.Схема измерения высоты недоступного объекта

 

 

Расстояние от теодолита до сооружения измеряют нитяным дальномером или другим мерным прибором в зависимости от требуемой точности определения высоты сооружения. Чаще всего его приходится определять косвенным способом. В любом случае его значение должно быть редуцировано на горизонтальную плоскость, т.е. вычислено горизонтальное проложение d.

Из рис.22 видно, что высота недоступного объекта равна

h = h1 + h2 = d (tgν₁ - tgν₂ ). (22)

 

ν1

Такие измерения выполняют не менее чем с трех станций. Если расхождения находятся в пределах требуемой точности определения высоты объекта, то в качестве окончательного результата принимают среднее значение.

 

РАЗБИВОЧНЫЕ РАБОТЫ НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКЕ

Построение проектного горизонтального угла

На строительной площадке перед началом производства строительных работ создается геодезическая разбивочная основа. В данном примере она представлена… а в проекте производства геодезических работ (ППГР) определена точность его… Над вершиной угла β устанавливают теодолит и приводят его в рабочее положение, то есть центрируют, нивелируют и…

Вопросы для самопроверки

1.В каких случаях возникает необходимость построения проектного угла?

2.Что означает приведение теодолита в рабочее положение?

3.Перечислите погрешности, влияющие на точность построения проектного угла?

4.Как погрешность центрирования влияет на точность построения проектной точки?

5.Какие способы построения проектного угла Вы знаете?

6.В чем отличие способа построения проектного угла с обычной точностью от способа редуцирования?

7.Почему не рекомендуется увеличивать число приемов при измерении приближенного угла более 10 приемов?

8.Как исключить при построении проектного угла влияние коллимационной погрешности?

9.Какие погрешности, по сравнению с измерением горизонтального угла, добавляются при построении проектного угла?

10.Почему при измерении угла n приемами требуется переставлять лимб на величину 180^о/n после каждого приема?

Построение линии с проектным уклоном с помощью теодолита

ν пр = arc tgiпр. (26)