Обработка журнала нивелирования

После выполнения нивелирования производят обработку журнала в следующем порядке:

1. Для выявления ошибок в вычислении превышений выполняют по­страничный контроль. Для этого в конце страницы подсчитывают суммы задних отсчётов (∑a, графа 3), передних отсчётов (∑b, графа 4), превыше­ний (∑ h, графа 6), средних превышений (∑h_cp, графа 7), находят величины ∑ а - ∑ b и 1/2∑ h.

Если в вычислениях нет ошибок, то

∑ а - ∑ b = ∑ h и 1/2∑h =∑h_cp.

Первое равенство должно выполняться точно, второе из-за округлений при вычислении средних превышений может выполняться с точностью 1...2 мм.

2. Вычисляют невязку в ходе

где Н_кон, Н_нач - соответственно отметки конечной и начальной точек хода, задаваемые преподавателем.

Для замкнутого хода f_h =∑h_ср

3. Вычисляют допустимую невязку хода по формулам:

доп , мм, где L – длина хода в километра

или доп , мм, где п - число станций в ходе.

Вторая формула используется, если число станций на 1 км хода больше 15.

4. Если полученная невязка допустима, её распределяют с обратным знаком поровну во все превышения хода. Поправки δh (в целых миллимет­рах) выписывают над средними превышениями, как показано в табл. 5.1. Сумма поправок должна точно равняться невязке с обратным знаком.

5. Вычисляют отметки связующих точек хода по формуле

H_i+I = Hi + h_cp + δh

Отметку связующей точки записывают в журнале дважды: для первой и второй станции, затем для второй и третьей и т. д.

6. На станциях, с которых нивелировались промежуточные точки, вы­числяют горизонт прибора ГП по формуле

ГП = Н_а + а,

где Н_а - отметка задней связующей точки на станции,

а - отсчёт по чёрной стороне рейки на этой точке.

Например: ГП, = 55,000 + 2,654 = 57,654 м

ГП₂ = 55,493 + 1,329 = 56,822 м.

7. Вычисляют отметки всех промежуточных точек по формуле

Н_с = ГП – с,

где с - отсчёт по рейке на промежуточной точке.

Например: Н_с = 57,654 - 1,300 = 56,354 м

Н_д = 56,822 - 0,505 = 56,317 м.

Журнал технического нивелирования

 

 

 

Современные цифровые геодезические приборы

 

Развитие микропроцессорной и вычислительной техники привело к широкому внедрению в производство цифровых приборов: электронных та­хеометров, цифровых нивелиров, высокоточных приёмников сигналов нави­гационных спутников, геодезических сканеров. В связи с этим быстро разви­ваются цифровые технологии, разработаны мощные пакеты прикладных про­грамм, позволяющие обрабатывать геодезические измерения, выполненные любыми геодезическими приборами и системами.

 

Электронные тахеометры

Современное состояние науки и техники позволило по-другому подой­ти к традиционным вопросам геодезии. Столетиями господствовавшее на­правление: детальное изучение устройства приборов, их поверок и исследо­ваний, методики измерений, изучение теории математической обработки из­мерений - быстро уступает место принципиально новому подходу:

1.Прибор должен быть абсолютно надёжным, не требующим постоян­ных поверок и юстировок. Вместо этого должна проводиться ежегодная мет­рологическая (профилактическая) аттестация прибора.

2.Прибор должен быть высокоточным, не требующим применения сложной методики измерений. Отклонения осей от теоретической геометри­ческой схемы должны автоматически учитываться в процессе работы. С вы­сокой точностью должны определяться все три координаты точки.

3.Результаты измерений должны приводить к минимальным невязкам, не требующим строгой математической обработки.

Такой подход определил появление электронного тахеометра, или об­щей измерительной станции (total station). В последние годы электронные тахеометры окончательно вытеснили традиционные оптические теодолиты и светодальномеры как отдельные приборы. Электронный тахеометр стал ос­новным прибором для выполнения топографических съёмок, разбивочных работ, решения разнообразных инженерно геодезических задач. Трудно ука­зать задачу, которая не могла бы решаться с помощью современного элек­тронного тахеометра. Объёмы продаж электронных тахеометров неуклонно растут.

Электронный тахеометр состоит из цифрового теодолита, цифрового светодальномера, мощного микропроцессора с набором прикладных про­грамм, электронного накопителя информации, устройства связи с компьюте­ром. Все ведущие приборостроительные фирмы мира выпускают электрон­ные тахеометры: Sokkia, Nikon, Trimble, Leika. Уральский оптико-механический завод выпускает электронный тахеометр ЗТа-5.

Выпускается целый спектр тахеометров, обладающих различной точ­ностью измерения углов (1 - 7") и линий (1-5 мм), различными возможно­стями и условиями обслуживания.

Конструкция тахеометров постоянно совершенствуется:

• увеличивается мощность излучателя светодальномера, что позво­ляет измерять расстояния до 1200 м без установки на определяе­мой точке отражателя или использовать плёночные отражатели;

• тахеометр снабжается двухосевыми компенсаторами, лазерным визиром, створоискатслем, алфавитно-цифровой клавиатурой, графическим дисплеем, цифровыми фотокамерами.

Работа исполнителя (оператора такого прибора) сводится к визирова­нию на цель (обычно - веху с отражателем) и нажатию кнопки отсчёта. Наиболее квалифицированным, знающим и понимающим местность, её рель­еф и контурную нагрузку, должен быть человек, выбирающий место уста­новки отражателя, т.е. бывший рабочий.

Большую часть времени оператор тратит на приближённое наведение, перефокусировку трубы, точное наведение. Через несколько часов такой ра­боты внимание оператора снижается, устают глаза, руки, ноги, спина, шея. Поэтому дальнейшее развитие конструкций тахеометров идёт по пути их ро­ботизации, т.е. создания приборов:

- с сервомоторами (простых);

- со следящей системой (полуроботов);

- с дистанционным управлением (роботов).

Эти конструкции принципиально отличаются от любого отечественно­го прибора: их создатели стараются обеспечить комфорт и удобство эксплуа­тации, что прямо сказывается на производительности и качестве работы.

1.Тахеометр с сервомоторами. Прибор не имеет закрепительных вин­тов. Вместо наводящих винтов используются маховики управления сервомо­торами. Чем быстрее оператор вращает маховик, тем быстрее поворачивается прибор.

2.Тахеометр со следящей системой. Эта система смонтирована в бло­ке зрительной трубы под объективом и способна принимать сигнал от излу­чателя, закреплённого на вехе вместе с призмой-отражателем (активный от­ражатель). Следящая система тахеометра удерживает прибор в состоянии на­ведения на отражатель. При перемещении вехи с отражателем сервомоторы разворачивают прибор в направлении на излучатель. При этом прибор удер­живает только одну цель и не перемещается за более яркими объектами. Производительность работы с использованием такого прибора повышается примерно на 50%. Оператор только нажимает кнопку отсчета и подаёт ко­манду на переход отражателя.

3.Тахеометр с дистанционным управлением отличается от предыду­щей конструкции тем, что не требует оператора: сам наводится на отража­тель, сам записывает отсчёты, сам подаёт команду на переход отражателя. Исполнитель работ один: он только устанавливает прибор на станции, ориен­тирует его, вводит исходные данные и далее перемещается с отражателем по точкам, подлежащим съёмке.

Пока наибольшим спросом на отечественном рынке пользуются обыч­ные электронные тахеометры.

Заложенные в микропроцессор любого электронного тахеометра основ­ные формулы следуют из рис. 2.1.

 

Рис. 2.24

 

α₀ и α₁ – дирекционные углы исходной и определяемой сторон

β, υ – горизонтальный и вертикальный углы на определяемую точку

S – наклоння длина измеряемой линии, D – горизонтальное проложение

h – превышение между исходной и определяемо точками

h´ - превышение, вычисляемое по измеренному вертикальному углу

l – высота прибора, V – высота визирной цели (отражателя на вехе)

Л^гор, П^гор, Л^верт, П^верт – отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам.

Рассмотрим принципиальное устройство такого прибора на примере электронного тахеометра SET-330R японской фирмы SOKKIA. Этот тахео­метр полностью русифицирован, имеет двустороннее табло, лазерный указа­тель направления, точность измерения расстояний - 2 мм, точность измере­ния углов - 3", измеряет расстояния до ста метров без отражателя. При отключении прибора все показатели сохраняются.

При топографической съёмке используют три режима работы прибора:

• основной режим измерений - режим полярных координат;

• режим тригонометрического нивелирования;

• режим прямоугольных координат.

Панель управления тахеометра снабжена клавишами, аналогичными клавиатуре компьютера.

Это 12 функциональных клавиш F - по 4 на каждой из трёх рабочих страниц (PI, Р2, РЗ), ENTER, стрелки для передвижения по экрану во все четыре стороны, клавиша BS (удаление символа слева), FTJNC (выбор нужной страницы), ESC (листание окон табло назад), SFT (Shift - переклю­чение регистров и выбор типа отражателя), ON (включение прибора), ft (подсветка экрана и включение/выключение лазерного указателя). Одновре­менное нажатие на клавиши ON и ft выключает прибор.

На рис. 2.25 показан вид панели управления, где надписи функциональ­ных клавиш на табло соответствуют первой рабочей странице (Р1).

 

 

 

Рис. 2.25

 

После включения и горизонтирования прибора на табло устанавливается основной режим измерений - режим полярных координат. Слева высвечиваются: надпись «Измерения», значения наклонного расстояния, вертикального и горизонтального углов. Справа будут показаны: постоянная стандартной призмы (если измерения велись на отражатель), поправка за метеоусловия (ррm - в мм/км), тип используемого отражателя (смена типа отражателя клавишей SFT) и остаточный заряд аккумулятора, указатель включения двухосевого компенсатора, номер страницы режима измерений (PI, Р2, Р3).

 

В нижней строке табло на первой странице (Р1) в основном режиме:

• над клавишей F1 будет надпись РАССТ - при нажатии на эту кла­вишу прибор измеряет расстояние в заданном режиме, вычисляет результаты и выдаёт на табло значения измеренного наклонного расстояния S, вертикального ВУ и горизонтального ГУ углов;

• над клавишей F2 будет надпись S D h — при нажатии на эту клавишу прибор переходит в режим тригонометрического нивелирования, а на табло отражаются значения наклонной длины S, горизонталь­ного проложения D и превышения А (над уровнем горизонтальной оси вращения трубы, что соответствует h' на рис. 2.1);

• над клавишей ГЗ будет надпись УСТ 0 (ориентирование лимба) -при нажатии на эту клавишу надпись УСТ 0 мигает; при повторном нажатии на клавишу F3 происходит обнуление отсчёта по горизон­тальному кругу, т.е. ориентирование лимба;

• над клавишей F4 будет надпись КООРД - при нажатии на эту кла­вишу прибор переходит в режим прямоугольных координат.

Работа в первых двух режимах съёмки может выполняться сразу после включения прибора, а работа в режиме прямоугольных координат требует предварительной подготовки:

• выбирают основной режим съёмки;

• на странице Р1 нажимают клавишу F4 КООРД для входа в экран Координаты;

• клавишей J выбирают пункт Ориент ст и затем Коорд ст;

• нажав клавишу F3 РЕДКТ, входят в режим редактирования и по­следовательно вводят значения координат станции (ХО, Y0, НО), вы­соту прибора (Выс И) и визирной цели (Выс Ц); при этом изменение показаний в нижней строке цифр получают с помощью клавиши FUNC;

• по окончании набора нажимают клавишу F4 ДА - снова будет вы­веден экран Координаты;

• трубу прибора наводят на начальное направление, выбирают пункт Уст ГУ, вводят ноль или значение дирекционного угла начального направления (например, значение 125° 16' 34" вводится как 125.1634), используя клавишу FUNC и J. Прибор готов к выпол­нению съёмки.

Для съёмки наводят трубу на отражатель, установленный на снимае­мой точке, клавишей ESC снова входят в экран Координаты, выбирают пункт Наблюдения - прибор начинает измерение расстояния и на табло вы­водятся значения трёх координат, вертикального и горизонтального углов. Такие действия повторяются на каждой снимаемой точке.

Кроме координат, можно вывести на экран значения наклонного рас­стояния, горизонтального проложения, превышения, если клавишей ESC выйти на первую страницу (Р1) основного режима измерений. Результаты всех измерений могут быть записаны в накопитель информации.

При сгущении опорных геодезических сетей и при съёмке кривых час­то используют метод «свободной станции», т.е. свободно выбранной опорной точки, с которой видно несколько пунктов с известными координатами. При этом измерения выполняются «на себя». Типичным примером служит обрат­ная засечка (угловая или линейно-угловая). В приборе предусмотрено авто­матическое решение задачи с уведомлением о достаточности исходных дан­ных для нахождения решения. Если исходных данных будет больше мини­мального необходимого числа, прибор выполни! уравнивание и выдаст со­общение о полученных средних квадратических погрешностях координат определяемой точки.

Пример последовательности работы с тахеометром при решении об­ратной засечки по координатам трех точек.

Клавишей FUNC находим страницу 2 (Р2), входим в меню, Обратная засечка, J, ХУН, J, нажимаем F3 РЕДАКТИРОВАНИЕ. Вводим коорди­наты первой точки: X, У, Н, высоту отражателя (или нуль при работе в безот­ражательном режиме); клавишей со стрелкой -» переходим на следующий экран и аналогично вводим координаты второй точки; той же клавишей -» переходим на третий экран и вводим координаты третьей точки. Если счита­ем, что трёх точек достаточно, то нажимаем F4 Измерение, переводя прибор в режим измерений - основной режим работы. Число исходных точек может быть от 2 до 10.

Визируем на первую исходную точку и нажимаем F1 РАССТ. На эк­ран выводятся полярные координаты точки и предлагается ввести новую вы­соту отражателя, если это нужно. Нажимаем F4 ДА, визируем на вторую точку, F4 ДА; визируем на третью точку, F4 ДА. Как только измерений бу­дет выполнено достаточно для решения задачи, над функциональными кла­вишами появятся надписи: F1 - Вычис, F2 - Редкт, F3 - НЕТ, F4 - ДА. Можно либо продолжить измерения, либо закончить.

Нажав F1 или F4, запускаем блок вычислений и на экране появляются координаты определяемой точки и погрешности определения по осям X, У.

Если снова нажать F4 ДА, то полученные координаты будут установ­лены в качестве координат станции при съёмке. Нажав ещё раз F4 ДА, вый­дем на экран установки дирекционного угла направления на первую исход­ную точку. Нажав F3 НЕТ, возвратимся в основной режим съёмки без уста­новки дирекционного угла.

Для решения инженерно-геодезических задач особо интересны две встроенные функции: 1) определение высоты недоступного объекта (НО) и 2) определение недоступного расстояния (ОНР). Первую функцию удобно использовать, когда нельзя получить отражённый сигнал при измерениях без отражателя, например, при определении высоты подвеса провода (верти­кальный габарит).

Рис. 2.26

 

Работу выполняют в такой последовательности (рис. 2.26):

• устанавливают отражатель непосредственно под объектом, измеря­ют высоту отражателя V;

• наводят прибор на отражатель и в основном режиме работы на странице PI нажимают клавишу Fl РАССТ - прибор измеряет рас­стояние и вычисляет горизонтальное проложение D = Scos v;;

• ослабив закрепительный винт трубы, наводят трубу на провод;

• клавишей FUNC переходят на вторую страницу (Р2) экрана, нажи­мают клавишу F1 МЕНЮ и выбирают пункт Высота НО; начина­ется вычисление превышения hi по формуле

 

для остановки измерений и вычислений нажимают клавишу F4 СТОП - на табло в строке Выс появляется значение превышения h,;

• вычисляют значение высоты объекта над землёй h = h₁ + V.

Примечание: в приборах этой и других фирм (например, Trimble) с большей дальностью работы в безотражательном режиме и с более узким лучом, отражённый сигнал можно получить непосредственно от провода и решать данную задачу прямым способом, определяя отметку нужной точки на кабеле.

Вторую функцию удобно применять при обмере элементов фасадов зданий (рис. 2.26). В этом случае измеряются только расстояния до двух то­чек, а все остальные элементы вычисляются.

Работу выполняют в такой последовательности:

• наводят трубу тахеометра на точку 1 (например, на верхнюю левую точку оконного проёма) и в основном режиме работы на странице Р1 экрана нажимают клавипгу F1 Раест - прибор измеряет расстояние Sj в безотража-тельном режиме, вычисляет ; ;

• наводят трубу на точку 2 (например, на нижний правый угол окон­ного проёма);

• клавишей FUNC переходят на третью страницу экрана (РЗ), нажи­мают клавишу Fl ОНР. Прибор измеряет расстояние S₂ и на табло появля­ются записи:

Определение HP

S =

D =

h =

где наклонная длина S соответствует диагонали проёма S; горизонтальное проложение D соответствует ширине проёма d; превышение h- высоте про­ёма h. Задача решается по следующим формулам:

h₂ = S₂sinv₂; D₂ = S₂cosv₂;

; h=h₁-h₂;

Выход из режима ОНР - клавишей Esc.

Более простые задачи решаются с помощью электронного тахеометра в безотражательном режиме элементарно. Например:

- определение строительного подъема балки (рис. 2.27)

Рис. 2.27

 

 

Строительный подъём f, или стрела изгиба балки в вертикальной плос­кости, определяется по формуле

Для определения превышений используют режим тригонометрического нивелирования S, D, h. Тахеометр устанавливают в произвольной точке, с которой видны точки по концам и в середине балки. Так как величина подъ­ёма всегда мала, то точность определения точки 2 в середине балки и, тем более, точек 1, 3 по краям балки может быть достаточно низка - порядка 1 м.

Если стрелу изгиба нужно определять в динамике, т.е. под изменяю­щейся нагрузкой, то сначала наблюдают точки 1, 3, затем точку 2 в моменты изменения величины нагрузки, нажимая на клавишу F1 Расст.

 

2. Проверка вертикальности конструкции (рис. 2.28).

Рис. 2.28

 

Невертикальность конструкции - это смещение точки 2 относительно точки 1 по двум взаимно перпендикулярным направлениям. При проверке вертикальности колонн устанавливают тахеометр в точке А по направлению, перпендикулярному ряду колонн. Это направление принимают в качестве оси X. В основном режиме измеряют наклонное расстояние S₁ и, нажав кла­вишу F2 S, D, h, определяют горизонтальное проложение D₁. Нажав клави­шу F4 КООРД, переходят в координатный режим и задают координаты станции:

Х_А= -D₁; Y_A= 0. В этом случае X₁ = 0; Y₁ = 0.

Выполняют наблюдения на верхнюю точку 2. Прочитанные координа­ты будут прямо величинами , . Остаётся по теореме Пифагора вычис­лить вектор крена f.

Если конструкция В имеет переменное сечение, то в результаты изме­рений вводят поправки, определяемые по строительным чертежам.

Тахеометры различных фирм обладают несколько разными возможно­стями, но все они — это высокопроизводительные, удобные и надежные при­боры широкого спектра действия.

Вместе с приёмниками сигналов спутниковых навигационных систем и совершенными программами обработки результатов измерений электронные тахеометры составляют линию, обеспечивающую любые потребности са­мых разнообразных отраслей строительного производства.