Правильное измерение вертикальных углов теодолитом

Очень часто при проведении геодезических, проектных и строительных работ возникает необходимость в определении различных пространственных величин. Далеко не всегда это можно произвести с помощью таких банальных инструментов, как рулетка.

Теодолит – это устройство, предназначенное для геодезических, проектных и строительных работ.

Измерение вертикальных углов теодолитом очень востребованная функция. Зная значение этого параметра и используя формулы тригонометрии, можно определить линейные размеры интересующего объекта (высоту) или расстояние до объекта.

Читайте также: Как работать с нивелиром правильно.

Устройство самого теодолита

Устройство теодолита.

Теодолит при проведении проверки измерения на местности расстояний, горизонтальных и вертикальных углов просто незаменим. Основными рабочими элементами служат круглые градуированные шкалы. Проведение всего возможного диапазона исследований обеспечивается наличием как горизонтальной, так и вертикальной измерительной шкалы.

В одной плоскости с измерительным лимбом имеется еще один вращающийся круг – алидада. На нем закреплено приспособление для произведения отсчетов по лимбу.

Кроме лимбов и алидад, измерительный прибор включает в свой состав следующие незаменимые узлы:

1. Подставку с встроенным уровнем. Для обеспечения большей устойчивости и выставления относительно горизонтального уровня основание имеет три ноги, снабженные регулирующими их длину приспособлениями.
2. Оптическую зрительную трубу.
3. Винты точной настройки и фиксации оптики на предмете измерения.
4. Цилиндрический уровень, отражающий вертикальные углы наклона самого прибора в процессе измерений.
5. Оптический отвес.
6. Отсчетный микроскоп (штриховой или шкаловый, в зависимости от конструкции теодолита) для снятия результатов замеров.

Правильное проведение поверок

В процессе проведения измерений при помощи теодолита возможны возникновения погрешностей, которые в дальнейшем могут вылиться в серьезные ошибки определения величины вертикальных углов. Получение точных результатов гарантируется при регулярном прохождении комплекса поверочных процедур. При возникновении отклонения результатов поверки от регламентируемых значений, когда это возможно производится подстройка теодолита.

Виды поверок теодолита: а – установка по двум винтам; б — установка по третьему винту; в — поверка правильности установки уровня.

Различают четыре вида поверок (юстировок):

1. Проверка взаимной перпендикулярности осей цилиндрического уровня и вращения прибора в вертикальной плоскости.

Работоспособное положение определяется по пузырьку воздуха внутри капсулы уровня. Он должен находиться посередине шкалы. Отклонения положения пузырька воздуха относительно центра шкалы на уровне компенсируются регулировкой подъемных винтов.

Как только рабочее положение установлено, производится разворот на 180° алидады и уровня. В новом положении вся процедура повторяется заново. Необходимо добиться независимости показания уровня от угла поворота алидады.

2. Проверка положения нитей измерительной сетки. Вертикальная нить в оптике прибора совмещается с предварительно установленной вешкой, имеющей строго вертикальное положение. Они должны совпадать. При обнаружении отклонений необходимо произвести регулировку положения окуляра. Ослабляется фиксирующий крепеж и смещается положение окуляра до полного совпадения линии нити и отвеса.

3. Проверка перпендикулярности положения визирной оси теодолита относительно оси вращения зрительной трубы. Эту поверку еще называют поверкой коллимационной ошибки. При невыполнении условия перпендикулярности визирная ось теодолита при вращении будет вместо плоскости описывать коническую поверхность, что выведет точность проведения измерений вертикальных углов за все допустимые границы.

На начальном этапе поверки должен быть установлен удаленный ориентир, линия визирования которого максимально близка к горизонтальной плоскости.

При расположении измерительного круга справа от оператора совмещается перекрестье нитей и выбранный ориентир.

Записываются показания горизонтального круга (Кп). Затем труба теодолита разворачивается, открепляется алидада, и снимаются показания при левом расположении измерительного круга (Кл). Величина погрешности измерений определяется по формуле:

С=((Кл-Кп)±180°)/2

Знак перед 180° определяется в зависимости от знака разности Кл и Кп. Если разность показаний будет положительна, то принимается знак “-“, в противном случае -“+”.

Результаты поверки оцениваются по полученной величине С. Если она не превышает значения двойной точности шкалы, то теодолит исправен. Превышение сигнализирует о необходимости проведения коррекции. Для этого ослабляется один из вертикальных винтов сетки нитей. Регулируя боковой винт, совмещают пересечение нитей измерительной сетки с намеченным ориентиром;

4. Проверка взаимного положения оси вращения оптической трубы и вертикальной оси теодолита. Выполнение этого условия обеспечивает вертикальное положение измерительной плоскости при работе.

На поверхности стены, отстоящей приблизительно на 10 м выбирается какая-либо точка, располагающаяся под углом в 40-50° относительно горизонта. На нее наводится труба и закрепляется алидада. После чего труба переводится в горизонтальное положение и на стене отмечается проекция точки поворотом алидады на 180° и переводом трубы через положение зенита на стене. На уровне горизонта повторно отмечается проекция исходно выбранной точки. Обе полученные точки проекций должны совпасть. В случае несовпадения данную погрешность в полевых условиях компенсировать невозможно и теодолит подлежит ремонту.

Подготовка к проведению измерений/проверки

Центрирование теодолита: 1 – теодолит; 2,3 – ножки штатива, 4 – отвес.

Если все предусмотренные регламентом проверки успешно пройдены, можно считать, что инструмент исправен и им можно работать. Перед началом проведения измерения вертикальных углов теодолит необходимо вначале подготовить к работе.

Подготовка заключается в выполнении следующих операций:

1. Проверка положения измерительного прибора – установка центрального положения лимба над заданной точкой при помощи штатного отвеса. В качестве центральной точки обычно используется вершина горизонтального или вертикального угла.
2. Установка поверхности измерительной круговой шкалы в горизонтальную плоскость. Процедура осуществляется регулировкой подъемных винтов до тех пор, пока положение пузырька в ампуле уровня не совпадет с нуль-пунктом.
3. Настройка оптики видимости – вращение кольца диоптрийной настройки до получения наилучшей видимости сетки.
4. Настройка оптики в измеряемой точке; вращением кремальеры регулируется четкость изображения объекта.

Проведение измерений и обработка результатов

Схема измерения вертикальных углов теодолитом.

На практике проведение измерений вертикальных углов производится при помощи вертикального лимба. Характерной особенностью является вращение в процессе работы лимба вместе с оптической трубой при зафиксированном положении алидады.

Нулевой диаметр алидады приводится в горизонтальное положение, контролируемое по положению пузырька в цилиндрическом уровне. Как только ноль выставлен, вертикальные углы определяются отсчетом положения по вертикальному измерительному кругу.

Для того чтобы измерить вертикальные углы, теодолит должен быть готов к работе в соответствии с вышеописанными методиками. При каком-либо положении вертикального круга (левом или правом) горизонтальная нить измерительной сетки наводится на точку измерения. При необходимости производится небольшая попутная корректировка положения пузырька в уровне относительно нуль-пункта. Полученные значения на лимбе записываются в журнале измерений.

Далее производится аналогичная процедура замеров при смещении вертикального круга в противоположную сторону и фиксация результатов.

Вычисление величины измеряемых вертикальных углов.

Для вычисления величины измеряемых вертикальных углов необходимо вычислить промежуточную величину – место нуля. Эта величина характеризует отсчет по лимбу вертикального круга при горизонтальном положении визирной оси зрительной трубы и нахождении пузырька воздуха в середине шкалы цилиндрического уровня.

Место ноля определяется по формуле:

Мо=(Кл+Кп)/2

где, Мо – место ноля;

Кл, Кп – показания при расположении измерительного круга слева и справа соответственно.

Вертикальные углы определяются по формулам:

V=Кл-Мо или V=Мо-Кп

где, V – значение величины измеряемого вертикального угла.

Стоит отметить, что для увеличения точности, рекомендуется измерения проводить несколько раз с последующей обработкой полученных результатов методами математической статистики.