Теодолит: устройство и назначение

2.  Теодолит: устройство и назначение

    Теодолиты – устройства, которые предназначены для измерения вертикальных и горизонтальных углов на месности. Теодолиты, в зависимости от точности, могут применяться в триангуляции, полигонометрии, в геодезических сетях сгущения. Также теодолиты нашли применение в прикладной геодезии, при проведении изыскательских работ. К тому же, теодолиты используют в промышленности при монтаже элементов конструкций машин, а также механизмов, строительстве промышленных сооружений и для выполнения иных задач.

 

История и современные теодолиты.

У первых теодолитов в центре угломерного  круга на острие иголки помещалась линейка, которая могла свободно вращаться на этом острие (как стрелка  компаса). В линейке были сделаны  вырезы и в них натянуты нити, играющие роль отсчетных индексов. Центр угломерного круга помещали в вершину измеряемого угла и  надежно его закрепляли.

Поворачивая линейку, совмещали ее с первой стороной угла и брали  отсчет N1 по шкале угломерного круга. Затем совмещали линейку со второй стороной угла и брали отсчет N2. Разность отсчетов N2 и N1 равна значению угла. Подвижная линейка называлась алидадой, а сам угломерный круг назывался  лимбом. Для совмещения линейки-алидады  со сторонами угла применялись примитивные  визиры.

Современные теодолиты, сохранив идею измерения угла, конструктивно значительно  отличаются от старинных теодолитов. Во-первых, для совмещения алидады  со сторонами угла используется зрительная труба, которую можно вращать  по высоте и по азимуту. Во-вторых, для  отсчета по шкале лимба имеется  отсчетное приспособление. В-третьих, вся конструкция теодолита закрыта  прочным металлическим кожухом  и т.д.

Для плавного вращения алидады и  лимба имеется система осей, а  сами вращения регулируются зажимными  и наводящими винтами. Для установки  теодолита на земле применяется  специальный штатив, а совмещение центра лимба с отвесной линией, проходящей через вершину измеряемого  угла, осуществляется с помощью оптического  центрира или нитяного отвеса.

Стороны измеряемого угла проектируются  на плоскость лимба подвижной  вертикальной плоскостью, которая называется коллимационной плоскостью. Коллимационная плоскость образуется визирной осью зрительной трубы при вращении трубы  вокруг своей оси.

Визирная ось трубы (или визирная линия) - это воображаемая линия, проходящая через центр сетки нитей и  оптический центр объектива трубы.  

 

 

 

Основные части теодолита

   
рис. 1

Теодолит состоит из следующих  частей (рис.1):

• Лимб - угломерный круг с делениями от 0^o до 360^o; при измерении углов лимб является рабочей мерой (на рис не показан).
• 2 - Алидада - подвижная часть теодолита, несущая систему отсчитывания по лимбу и визирное устройство - зрительную трубу. Обычно всю вращающуюся часть теодолита называют алидадной частью или просто алидадой.
• 3 - Зрительная труба: крепится на подставках на алидадной части.
• Система осей - обеспечивает вращение алидадной части и лимба вокруг вертикальной оси.
• 4 - Вертикальный круг: служит для измерения вертикальных углов.
• 5 - Подставка с тремя подъемными винтами.
• 6-11 - Зажимные и наводящие винты вращающихся частей теодолита (лимба (8,9), алидады(6,7), трубы (10,11). Зажимные винты называют также закрепительными и стопорными, а наводящие - микрометренными.
• Штатив с крючком для отвеса, площадкой для установки подставки теодолита и становым винтом.
• 12 - винт перестановки лимба;
• 13 - уровень при алидаде горизонтального круга;
• 14 - уровень вертикального круга;
• 15 - винт фокусировки трубы;
• 16 - окуляр микроскопа отсчетного устройства.

В теодолитах различают три разных вращения: вращение зрительной трубы, вращение алидады и вращение лимба; при этом вращение трубы и вращение алидады снабжаются двумя винтами  каждое - зажимным и наводящим. Что  касается вращения лимба, то оно оформляется  по-разному. В повторительных теодолитах лимб может вращаться только вместе с алидадой; в теодолите Т30 (2Т30 и т.п.) для вращения лимба имеются  два винта: зажимной и наводящий, причем они работают только при зажатом  винте алидады. В теодолите Т15 первых выпусков лимб скреплялся с алидадой с помощью специальной защелки и в таком положении совместное вращение алидады и лимба регулировалось винтами алидады. В точных и высокоточных теодолитах вращение (перестановка) лимба выполняется специальным бесконечным винтом (позиция 12 на рис. 1б).

Электронные Теодолиты

Электронные теодолиты – инновационные  устройства для измерения углов. При использовании электронных  теодолитов исключаются ошибки снятия отсчета, т.к. значения углов выводятся  на экран прибора.

Теодолитные ходы.

Теодолитным ходом (рис. 8.14) называют систему закрепленных в  натуре точек, например, 1, 4, 5, координаты которых определены из измерения углов β и расстояний D.

Теодолитный ход начинают создавать с осмотра местности - рекогносцировки, цель которой - определить наиболее благоприятные места для  закрепления вершин теодолитного хода и створов для промеров углов  и линий между ними. Как правило, теодолитные ходы прокладывают между  точками государственной геодезической сети, например, II, III. Связь теодолитных ходов с пунктами более высокого класса называют привязкой.

Если теодолитные ходы не привязаны к государственным  геодезическим сетям, 20% точек закрепляют железобетонными знаками. Эти знаки, в свою очередь, привязывают к  предметам местности: зарисовывают глазомерно план и измеряют расстояния не менее чем до трех постоянных предметов местности - углов капитальных  зданий, колодцев, деревьев.

Длины сторон между точками  теодолитных ходов колеблются в  пределах 20...350 м, а длины ходов  зависят от многих факторов. Из -них главные: масштабы топографической съемки и застроенность территории, по которой прокладывают ход. Например, уменьшение масштаба съемки с 1:500 до 1:1000 позволяет увеличить длину хода с 0,8 до 1,2 км.

Если производят съемку в  масштабе 1:2000, то на застроенной территории длина хода допускается до 2 км, а  на незастроенной - до 3 км.

 

 

Рис. 8.14. Схема теодолитного хода

После того как выбраны  и закреплены вершины сторон теодолитного хода, производят измерения сторон и горизонтальных углов.

Общепринятая погрешность  измерения сторон в теодолитных  ходах от 1:1000 до 1:2000. Это означает, что если, например, измерена линия  длиной 154 м, то при заданной предельной относительной погрешности измерения 1:1000 результат измерения "прямо" может отличаться от результата измерения "обратно" не более чем на 154 м/1000=15 см. Результаты измерений записывают в графу 9 табл. 8.4.

Измерение горизонтальных углов  между точками теодолитного хода (либо левые, либо правые по ходу продвижения) выполняют теодолитами.

В зависимости от применяемых  теодолитов правильность измерений  контролируют по разности углов между  полуприемами П и Л (см. графы, 5, 6 табл. 8.4).

В журнале измерения горизонтальных углов часть места отводят  для схематической зарисовки (абриса) положения точек теодолитного хода и показательных записей (см. графу 10 табл. 8.4). Абрис служит основным документом, по которому находят на местности точки теодолитного хода.

Таблица 8.4

Для передачи координат на точки теодолитных ходов производят привязку их к геодезическим пунктам  более высокого класса. Привязка состоит  в том, что определяют положение  хотя бы одной точки хода относительно точек более высокого класса: измеряют между ними расстояние и примычный угол. Плановую привязку называют передачей координат и дирекционных углов с пунктов привязки на точки ходов.

В зависимости от количества пунктов государственной геодезической  сети, удаленности их от точек теодолитного хода привязку производят разными способами. Например, пункты государственной геодезической сети II, III включают в теодолитный ход, измеряют примычные углы β₁ и β₂ и линии DII-1, DIII-4 (рис. 8.15).

 

 
Рис. 8.15. Схема привязки теодолитного хода к твердым пунктам 

Первичную обработку результатов линейных и угловых измерений (нулевой контроль и оценку их пригодности для последующих вычислений), выполняют непосредственно в полевых журналах. При первичной обработке находят среднее значение из ряда измерений одной и той же величины, определяют допустимость отклонений, делают повторные вычисления (выполняет другой специалист).

Основную обработку результатов измерений в теодолитном ходе выполняют после полевого контроля и записывают на бланках-ведомостях. Исходные данные для обработки: горизонтальные углы, длины сторон, дирекционный угол примычной стороны и координаты точек государственной геодезической сети, к которым привязывают теодолитный ход.

Последовательность обработки  и записи результатов приведена  в табл. 8.5.

1. Из граф 7 и 8 журнала в ведомость (см. табл. 8.5) выписывают средние значения измеренных углов.
2. Подсчитывают сумму измеренных углов (графа 2) и теоретическую сумму углов.

Для замкнутого теодолитного хода сумму углов подсчитывают как  сумму углов многоугольника: ∑β_теор = 180°(n - 2). Подсчитывают невязку f_μ в сумме углов, равную разности суммы измеренных и теоретических углов: fβ_практ = ∑β_практ - ∑β_теор.

Для разомкнутого теодолитного хода, т. е. хода, привязанного к пунктам  государственной геодезической  сети с двух сторон, невязку вычисляют  по формуле fβ_практ = α_{кон.лин} - α_{нач.лин} ± ∑β_изм, где α_{кон.лин}, α_{нач.лин} - дирекционные углы сторон, к которым привязан теодолитный ход, ∑β_изм - сумма измеренных углов на вершинах теодолитного хода.

3. Определяют допустимость вычисленной угловой невязки по сравнению с заранее вычисленной:f_βдоп = 1,5t√n, где t - приборная точность измерения углов, п - количество измеряемых углов.
4. При f_βпракт ≤ f_βдоп распределяют поровну на все углы введением поправок. Поправки υ_i, вычисляют по формуле υ_i = f_βпракт/n и вводят с обратным знаком в значения измеренных углов, получая исправленные углы (графа 3).

Как правило, поправки вводят с округлением до десятых долей  минуты, если углы измерены с точностью  до минут. Если измерения 

Таблица 8.5