Выгоднейшее время для измерения горизонтальных углов и зенитных расстояний. Основные ошибки при высокоточных угловых измерениях, меры по

Министерство Образования  и Науки РК

КазНУ имени аль-Фараби

Факультет географии и  прородопользования

Кафедра геоинформатики и картографии

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

На тему: «Выгоднейшее время для измерения горизонтальных углов и зенитных расстояний. Основные ошибки при высокоточных угловых измерениях, меры по ослаблению влияния этих ошибок на угловые измерения».

 

 

 

 

 

                                                      Выполнила: Бисенгалиева Жансая

                                                                     113гр.

                                               Проверила: Байдаулетова Гульбану

 

 

Алматы 2013г

                 План:

I  Введение

II Основная часть

1. Выгоднейшее время для измерения горизонтальных углов и зенитных расстояний.
2. Основные виды ошибок, возникающие под влиянием внешней среды.
3. Меры по ослаблению ошибок на угловые измерения.

III Заключение

IV Использованные литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 Для определения плановых координат точек, когда поверхность земли можно принять за плоскость, на местности, кроме измерения горизонтальных положений, измеряют горизонтальные углы, а для определения высот – вертикальные углы от которых переходят к углам наклона или зенитным расстояниям. Измерения горизонтальных проекций углов между линиями местности производят геодезическим угломерным прибором теодолитом. Для этого теодолит имеет горизонтальный угломерный круг с градусными делениями, называемый лимбом. Практика показывает, что вследствие изменяющихся метеорологических условий несколько деформируются геодезические сигналы, изменяется освещенность визирных целей лучами Солнца, искривляется траектория визирных лучей и т. п. Все эти и многие другие факторы необходимо учитывать как при организации, так и при производстве высокоточных измерений в геодезических сетях, поскольку они отрицательно влияют на точность их результатов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выгоднейшее время  для измерения горизонтальных углов  и зенитных расстояний.

 

Выше отмечалось, что в течение  каждых суток изменяются во времени  метеорологические элементы и их градиенты, а также прозрачность атмосферы, условия видимости наблюдаемых  пунктов, амплитуда колебаний и  качество изображений визирных целей и т. п. Все эти факторы влияют как на производительность труда, так и на точность угловых измерений и азимутальных определений. Высокоточные измерения в геодезических сетях выполняют в периоды так называемого «выгоднейшего» времени наблюдений, когда колебания изображений визирных целей незначительны или вовсе отсутствуют, прозрачность атмосферы и условия видимости наилучшие, а влияние боковой рефракции мало. Такие благоприятные для наблюдений условия имеют место вечером и утром в те часы, когда в слое воздуха на высоте визирного луча наблюдается состояние, наиболее близкое к изотермии. Продолжительность этого благоприятного для наблюдений времени зависит от многих факторов: температуры воздуха, наличия или отсутствия облачности, высоты визирного луча над подстилающей поверхностью и т. д. При безветрии в жаркую ясную погоду летом этот отрезок времени мал, особенно в южных степных районах, где он, как правило, не более 0,5 ч; в горных районах и северных широтах продолжительность периода наблюдений заметно увеличивается, особенно в холодную и ветреную погоду, иногда до нескольких часов.Заканчивать наблюдения рекомендуется примерно за полчаса до захода Солнца. Как отмечалось выше, наблюдения следует вести на спокойные и слегка колеблющиеся изображения визирных целей, когда их случайные колебания не превышают 2"

Следует отметить, что утренний период «выгоднейшего» времени наблюдений несравненно короче, чем вечерний, а иногда и вовсе отсутствует. При увеличении облачности, усилении ветра и понижении температуры воздуха этот период заметно увеличивается по сравнению с таковым при безоблачной тихой и жаркой погоде.

В крупных городах наблюдения целесообразно  выполнять ранней весной и осенью, когда температурные контрасты  в черте города сравнительно малы, а следовательно, невелико и влияние рефракции. В жаркую летнюю погоду при рефракция в суточном ходе переходит через пулевое значение утром примерно через 2 ч после восхода, а вечером — примерно за столько же времени до захода Солнца, изменяя при этом всякий раз знаки на противоположные Для существенного ослабления влияний местных полей рефракции рекомендуется в жаркую погоду летом симметричные измерения углов относительно момента изотермии воздуха начинать не ранее чем через 1 ч после восхода Солнца и продолжать их не более полутора часов (при хорошей видимости); вечерние же наблюдения следует прекращать не позднее чем за 1 ч до захода Солнца несмотря даже на хорошую видимость наблюдаемых целей.

  Выше отмечалось, что астрономические азимуты на пунктах Лапласа определяют обычно ночью, когда влияние боковой рефракции максимально. Для того чтобы практически полностью устранить влияние боковой рефракции, необходимо азимуты земных предметов определять как вечером в течение трех часов перед заходом Солнца, так и утром после восхода Солнца, выполняя наблюдения в обоих случаях симметрично во времени относительно соответствующего момента изотермии воздуха, когда боковая рефракция равна или почти равна нулю. В разделе классификация ошибок угловых измерений мы с вами уже касались ошибок, возникающих под влиянием внешних условий. Остановимся сейчас подробнее на этих ошибках, делая акцент на мерах по их ослаблению.

 

Основные виды ошибок, возникающие под влиянием внешней среды.

  К основным видам ошибок, возникающих под влиянием внешней среды, следует отнести 
а)ошибки  из-за кручения геодезического сигнала 
б)ошибки за фазы визирных целей 
в) ошибки из-за влияния изменения температуры воздуха на теодолит 
г)ошибки вследствие рефракции света. 
  Физический смысл явления кручения сигнала заключается в том, что под действием ветра, солнца, изменения температуры верхняя часть геодезического сигнала, особенно высокого, начинает закручиваться вокруг вертикальной оси. Ясно, что во время наблюдений вместе с сигналом будет смещаться по азимуту и находящийся и на его столике теодолит. Зарегистрированы случаи, когда в процессе угловых измерений кручение сигнала достигает 1² за одну минуту, а за один час 25². В среднем, влияние кручения сигнала на результаты угловых измерений несколько меньше, но оно все равно существенно. Поэтому при измерении на пункте большого числа направлений круговыми приемами может произойти незамыкание горизонта из-за кручения сигнала. 
 Кручение геодезических сигналов были обнаружено Струве. С Целью его учета он предложил снабжать высокоточные теодолиты поверительной трубой. Это предложение было принято и вплоть до настоящего времени наблюдения в триангуляции 1 класса со сложных сигналов выполняются с поверительной трубой. Кроме того, в круговых приемах, как мы знаем, распределяется невязка за незамыкание горизонта, что по сути является механизмом учета влияния кручения сигнала, так как за короткое время кручение сигнала направлено в общем в одну сторону. При измерении отдельных углов ошибки из-за кручения сигнала уменьшают с помощью вращения алидады теодолита в обоих полуприемах в одном направлении. Измерение углов и направлений в приеме должно выполняться как можно быстрее. 

Влияние изменения  температуры воздуха на теодолит

 
  Все высокоточные теодолиты весьма чувствительны к изменениям температуры. Установлено, что изменение температуры на 1° приводит к изменению положения визирной оси на 0,5 - 1², что прямо войдет в ошибку отсчета. Рекомендации по уменьшению влияния температурных изменений на теодолит следующие:

1. До начала наблюдений на пункте теодолит следует выдержать в тени не менее 1 часа, чтобы его температура стала равна температуре воздуха.
2. Запрещается выполнять угловые измерения при скачкообразном изменении температуры на несколько градусов.
3. Во время наблюдений теодолит должен находиться в тени. С этой целью на знаке со стороны солнца организуют подвижную шторку.
4. Отдельный прием измерений должен выполняться максимально быстро.

 

Ошибки за фазы визирных целей

 
  Как мы знаем, наведение трубы теодолита при высокоточных угловых измерений производится на визирные цилиндры определенного размера. Практика показала, что из-за неравномерной освещенности цилиндра солнца глаз наблюдателя может неверно оценить положение его геометрической оси и сместить биссектор при наведении трубы теодолита на угол   в сторону лучше видимой.

  
 
 
 
Рис. 1.1. Ошибка за фазу визирной цели 
 
 
Рис. 1.2. Схема самозатенения визирногоцилиндра Шишкина  
 

 

 

 

 

Этот угол   называют ошибкой за фазу (однобокое освещение) визирной цели. Ошибки за фазу визирных целей максимальны при гладких цилиндрах. При неблагоприятных стечениях обстоятельств они могут достигать1—1.5".  Для уменьшения ошибки за фазу используют визирный цилиндр конструкции Шишкина, который дает полное затенение его поверхности (рис. 1.2), благодаря чему ошибка за фазу визирных целей уменьшаются до 0.2—0.4". Однако, несмотря на применение цилиндров конструкции Шишкина, с ошибкой за фазу на практике все равно сталкивается каждый наблюдатель. Дело в том, что иногда визирный цилиндр наблюдаемого геодезического знака проектируется не на небо, а на темный фон (лес, сопку), и поэтому плохо виден. Для получения контрастности изображения его маркируют, т.е. обматывают белой материей, а, значит, делают по конструкции практически гладким со всеми вытекающими из этого последствиями опасности внесения ошибки за фазу визирной цели в результаты угловых наблюдений. Наблюдатель должен хорошо понимать это и постараться наблюдать пункт либо в пасмурную погоду, либо в видимость, когда ошибка за фазу будет минимальной. 
 

Боковая рефракция  света

 
   Ошибки рефракционного происхождения являются главными ошибками высокоточных угловых измерений. Возникают они вследствие искривления световых лучей, идущих от визирной цели к инструменту через слои воздуха разной плотности. 
 
 Рис.1.3. Угол рефракции света 
 
    Поясним это. Так как атмосфера Земли является оптически неоднородной средой, то световой луч проходит от точки А к точки В не по прямой АВ , а по сложной кривой двоякой кривизны оптически кратчайшем путем А m В (рис. 1.3). Наблюдатель, находясь в точке А, видит изображение точки В не по направлению АВ, а по касательной АВ¢ к элементу световой кривой в точке А. Угол r есть мера рефракции.  
  Определение: мерой рефракции при угловых измерения является угол r между касательной АВ¢ к лучу в начальной точке его и хордой АВ, соединяющей конечные точки луча. 
Проекция угла r на горизонтальную плоскость определяет угол d боковой рефракции, а проекция этого же угла r на вертикальную плоскость – угол r вертикальной рефракции. Угол r характеризует влияние рефракции на измеренные зенитные расстояния, угол d - влияние рефракции на горизонтальные направления и азимуты земных предметов. Углы рефракции не остаются постоянными, что не дает возможности учесть их влияния на результаты измерений.  
Вертикальная рефракция может искажать зенитные расстояния до 2' и более. Влияние боковой рефракции только в редких случаях достигает 10". Существует годовой, сезонный и суточный ходы рефракции. Кроме того, различают большие (областные) и малые (местные) поля рефракции. 
   Большие поля рефракции обусловлены следующими факторами: 
а) общим распределением плотности воздуха от экватора к полюсу; 
б) распределением плотности воздуха в прибрежных зонах морей и океанов; 
в) распределением плотности воздух вблизи протяженных горных хребтов. 
Влияние боковой рефракции в больших полях в среднем составляет 0,²2 и носит систематический характер. 
       Малые поля рефракции обусловлены местными аномалиями плотности воздуха на пути визирного луча (пересечение долин рек, болот, водной поверхности озер и т.д.). Влияние боковой рефракции на результаты угловых измерений за счет местных полей при неблагоприятных условиях достигает 3² - 7². В среднем эти влияния составляют 0, 6² и носят также систематический характер. 
К настоящему времени наметились два пути решения проблемы и учета рефракции:

1. Создание приборов – рефрактометров для непосредственного измерения углов рефракции с требуемой точностью.
2. Разработка наиболее эффективных методических приемов исключения или существенного ослабления влияний рефракции на результаты измерений.

  Имеющиеся сейчас приборы – рефрактометры не могут обеспечить измерения углов рефракции с требуемой точностью. Поэтому при геодезических измерениях, в основном, идут по пути ослабления влияния рефракции методическими приемами. Так для этого при производстве геодезических измерений в сетях 1 и 2 классов действующие инструкции требуют: 

1. Измерять горизонтальные направления и углы при хорошей и удовлетворительной видимости на спокойные или слегка колеблющиеся изображения визирных целей.

2. В солнечные дни время, близкое к восходу и заходу солнца, не использовать для высокоточных измерений.

3. Наблюдений на пунктах 1 и 2 классов выполнять как минимум в две видимости, т.е. утром и вечером или в разные дни.

4. Линия направления не должна проходить от ноги сигнала или другого предмета ближе, чем на 20см. Особенно тщательно следует выбирать начальные направления. 
   Все перечисленные меры по ослаблению влияния внешних условий позволяют измерить угол со СКО 0,6² - 0,8². Для государственных сетей эта точность достаточна. Однако при создании специальных геодезических сетей, например на геодинамических полигонах, требуется уже более высокая точность угловых измерений. Поэтому, поскольку приборы для непосредственного измерения углов рефракции еще не созданы, необходимо развивать и совершенствовать методики ослабления влияния рефракции на результаты геодезических измерений. 
     Известны разные методы угловых измерений, однако далеко не все из них применяются при наблюдениях в государственной геодезической сети. В целях существенного уменьшения объема вычислительных работ при уравнивании геодезической сети и получения координат пунктов с возможно большей точностью, результаты угловых измерений в государственной геодезической сети должны быть, во-первых, представлены в виде одного ряда равноточных направлений, имеющих на всех пунктах один и тот же вес; во-вторых, получены с возможно большей точностью при наименьших затратах труда и времени на измерения и вычисления.

Решение первой задачи связано  с разработкой и применением наиболее совершенных способов (программ) угловых измерений; решение второй задачи сводится к наиболее полному ослаблению в процессе наблюдений влияния всех источников ошибок измерений, особенно систематических, в том числе личных, приборных, а также из-за внешней среды.

         По природе происхождения ошибки угловых измерений подразделяются на три большие группы:

— личные;

— вследствие влияния внешней  среды;

— инструментальные.

         В каждой из перечисленных  групп могут проявляться как  случайные, так и систематические  ошибки. Все ошибки высокоточных  угловых измерений должны быть  тщательно изучены, так как  знание природы ошибок позволяет   свести их влияние к минимуму  надлежащей методикой измерений  или введением соответствующих  поправок. Так, например, влияние  случайных ошибок уменьшается  путем увеличения  числа приемов  измерений, которое в силу экономических  соображений  должно быть минимально  необходимым, что становится возможным  только при известном характере  действия этих ошибок.