Лекции по дисциплине Геодезия (стр. 2 )

Таблица3- технические характеристики нивелиров серии DiNi

Японская фирма Sokkia выпускает электронный нивелир Rower Level SDL 30 со средней квадратической ошибкой нивелирования 1 мм на 1 км двойного хода. Одно измерение выполняется в течение 3 секунд, а затем может быть сохранено во внутреннем запоминающем устройстве, которое может в себе хранить до 2000 точек и создавать до 20 файлов работ.

Данный нивелир оснащен ударостойким компенсатором маятникового типа с магнитной системой демпфирования.

Швейцарская фирма Leika выпускает цифровые нивелиры NA 2000, NA 3003.

Нивелир NA 3003 относится к классу высокоточных нивелиров, а нивелир NA 2000 – к классу точных. Превышения и расстояние до реек определяется автоматически. Результаты измерений выдаются на табло. Принцип измерений основан на цифровой обработке изображений и использования специальной рейки.

Лекция 5

1 Поверка и юстировка нивелиров

Поверка и юстировка нивелиров

Нивелиры поверяются с целью установления их пригодности для нивелирования соответствующего класса и приведения в рабочее расстояние. Расположение геометрических осей нивелиров в соответствии с техническими условиями приведено на рисунке 4.

Рисунок 4 – Схема взаимного расположения геометрических осей нивелира

Поверки уровенных нивелиров и нивелиров с компенсаторами выполняются в следующей последовательности.

1 Проверка работоспособности нивелира

Проверку работоспособности нивелира и взаимодействие его подвижных узлов производят опробованием. При опробовании обращают внимание на исправность всех частей нивелира, отсутствие качаний в подъемных, наводящих и закрепительных винтах; плавность вращения окуляра, элевационного винта. Проверяют исправность зеркала подсветки уровня и крепления всех подвижных частей нивелира и стопорных винтов. Юстировочные винты должны занимать среднее положение. При проверке нивелира с компенсатором необходимо убедиться, что подвесная система компенсатора и демпфер работают.

Проверяют исправность штатива, убеждаются, подходит ли становой винт к нивелиру. Подтягивают все винты и гайки на штативе и проверяют его устойчивость. Для этого нивелир устанавливают на штатив и приводят его в рабочее положение; наводят трубу на рейку и запоминают по ней отсчет. Затем слегка нажимают на головку штатива, после чего опять отсчитывают по рейке. При устойчивом штативе отсчеты по рейке и положение пузырька незначительно отличаются от первоначального. При проверке нивелира с компенсатором при легком постукивании по штативу отсчет по рейке не должен изменяться. Если отсчеты различаются значительно, то следует установить и устранить причины неустойчивости штатива.

2 Поверка плавности вращения верхней части нивелира. Вращение верхней части нивелира должно быть плавным. При тугом вращении верхней части необходимо произвести чистку и смазку его осей в мастерской.

3 Поверка установочного (круглого) уровня. При выполнении этой поверки проверяется условие параллельности оси круглого уровня NN и оси вращения прибора VV. Ось круглого уровня – нормаль к поверхности шлифовки уровня в точке нуль - пункта.

При помощи подъемных винтов совмещается пузырек установочного уровня с центром ампулы. После этого нивелир поворачивается на 180°. Если при этом пузырек уровня останется в центре ампулы или сместится не более чем на 0,5 одного деления уровня, то поверяемое условие считается выполненным. В противном случае при помощи исправительных винтов уровня перемещается пузырек установочного уровня на половину дуги отклонения в сторону нуль - пункта, а на вторую половину – при помощи подъемных винтов. Эти действия повторяют до тех пор, пока при повороте нивелира на 180° пузырек круглого уровня будет оставаться в центре ампулы или отходить от него не более чем на 0,5 деления. По окончании проверки Юстировочные винты надежно закрепляют.

У нивелиров с компенсаторами данная поверка производится более тщательно с целью уменьшения ошибки за наклон зрительной трубы.

4 Поверка правильности установки сетки нитей зрительной трубы

Проверку правильности установки сетки нитей производят для того, чтобы убедиться, что вертикальная нить сетки при среднем положении пузырька уровня совпадает с отвесной линией, а горизонтальная нить сетки перпендикулярна к вертикальной оси нивелира.

Для выполнения проверки на расстоянии 10 – 15 м от нивелира закрепляют отвес. Приводят нивелир в рабочее положение и наводят вертикальную нить сетки на нить отвеса. Если один конец вертикальной нити сетки отклоняется от нити отвеса более чем на 0,5 мм (определяется линейкой), то установку сетки нитей исправляют. Для этого отвинчивают винты (под отвертку), крепящие окулярную часть, и отсоединяют ее от корпуса трубы, тем самым освобождают доступ к оправе сетки нитей. Ослабив винты, крепящие оправу, слегка поворачивают ее до совпадения изображения вертикальной нити сетки и нити отвеса. После этого винты закрепляют, чтобы убедиться, что вертикальная нить установлена правильно.

Проверку правильности установки горизонтальной нити сетки производят следующим образом: приводят нивелир в рабочее положение, наводят краем горизонтальной нити на четко видимую цель, находящуюся на удалении около 10 м от нивелира. Медленно перемещают в горизонтальной плоскости зрительную трубу наводящим винтом и следят, не отклоняется ли горизонтальная нить с выбранной цели. При отклонениях более 0,5 мм выполняют юстировку сетки нитей так же, как для вертикальной нити.

4. Поверка главного условия нивелира.

Визирная ось зрительной трубы должна быть параллельна оси цилиндрического уровня (для уровенных нивелиров).

Визирная ось зрительной трубы в пределах работы компенсатора должна быть горизонтальна (для нивелиров с компенсаторами).

Понятие оси цилиндрического уровня: Касательная к дуге внутренней поверхности уровня в нуль-пункте

В полевых условиях поверку главного условия нивелира (определение угла ) рекомендуется проводить одним из следующих способов. В первом способе на местности забиваются два колышка на расстоянии 40-60 м, на которые устанавливаются рейки в соответствии с рисунком 5.

Рисунок 5 – Поверка главного условия нивелира (способ 1)

Затем в створе реек строго в середине (точка С) устанавливается нивелир и производятся отсчеты по рейкам. Если бы визирная ось была строго параллельна оси цилиндрического уровня, то отсчеты по рейкам были бы и . Так как в нивелире практически всегда есть угол , то отсчеты по рейкам будут другие: и . Обозначим отрезки и соответственно через и . Так как расстояние АС и СВ равны, то . Величина превышения будет равна

(1)

Таким образом, если нивелирование выполняется нивелиром, установленным строго посередине между рейками, то нарушение главного условия нивелира ( наличие угла ) не оказывает влияния на величину превышения.

Затем нивелир переносится в точку Д, расположенную на расстоянии 6-8 м от одной из реек, и снова производятся отсчеты по рейкам. Так как расстояние АД и ДВ не равны между собой, то и отрезки и также не равны. В этом случае превышение будет вычисляться по формуле:

(2)

Разность превышений , вычисленная по формуле является линейной величиной влияния угла на измеряемое превышение .

В угловой мере влияние угла находится из выражения:

(3)

Всего выполняется три таких приема.

Во втором способе на местности выбираются две точки А и В в соответствии с рисунком 6, расстояние между которыми должно быть в пределах 40-60м. Эти точки закрепляются костылями и на них устанавливаются рейки. Затем в створе реек, строго посередине устанавливается нивелир и берутся отсчеты по рейкам. В этом случае, (на основании вывода в предыдущем способе) наличие угла не окажет влияния на величину превышения, которое вычисляется по формуле:

(4)

Рисунок 6 – Поверка главного условия нивелира (способ 2)

После этого нивелир из точки С переносится в точку Д, расположенную на продолжении створа АВ на расстоянии 6-8 м от точки В. После взятия отсчетов по рейкам, установленным в точках А и В вновь вычисляется превышение по формуле:

(5)

Разность превышений

(6)

является линейной величиной влияния угла на измеряемое превышение , а его значение в угловой мере вычисляется по формуле:

(7)

Значение угла не должно превосходить величин, указанных в таблице 2. В противном случае выполняют исправление. Непосредственно исправление угла производится в следующей последовательности.

При установленном в точке Д нивелире (рисунок 6) вычисляют правильный отсчет по дальней рейке, стоящей в точке А

(8)

и устанавливают визирную ось на правильный отсчет одним из следующих способов, зависящих от конструкции нивелира:

- поворотом оптического клина, установленного перед объективом зрительной трубы (Н-05, 2Н2КЛ);

- смещением сетки нитей при помощи исправительных винтов (Н-ЗК);

- исправительными винтами цилиндрического уровня (Н-З);

- с помощью юстировочных винтов компенсатора.

Оптический клин поворачивается или сетка нитей перемещается до тех пор, пока визирная ось не будет установлена на правильном отсчете. Если исправление угла предусматривается выполнять при помощи наклона цилиндрического уровня, то сначала при помощи элевационного винта на рейке устанавливается правильный отсчет (при этом концы пузырька уровня разойдутся), а затем вертикальными исправительными винтами уровня концы пузырька совмещаются.

Если исправление угла предусмотрено с помощью юстировочных винтов компенсатора, то установка на рейке правильного отсчета производится только вращением этих винтов. После исправления угла производится контрольное определение величины .

Лекции 6

1 Исследование нивелиров

При исследовании определяют неустранимые отклонения прибора для принятия предосторожностей, изменяющих влияние этих отклонений на результат.

При нивелировании III и IV классов нивелиры исследуются по следующей программе:

- определение коэффициента дальномера;

- определение диапазона действия компенсатора;

- определение СКО самоустановки линии визирования;

- определение ошибок компенсации.

Определение коэффициента дальномера

На местности разбивается базис АВ, длина которого Д равна 50 метрам. Базис измеряется с точностью 0,1 м. На одном конце базиса устанавливается нивелир, на другом – рейка. По рейке берутся отсчеты по верхней (в) и нижней (н) дальномерным нитям, а затем вычисляется разность этих отсчетов по формуле:

.

Величину измеряют при 3-х положениях прибора. Коэффициент дальномера вычисляется по формуле:

(9)

Коэффициент дальномера должен равняться 100 (±1).

Определение диапазона действия компенсатора

Диапазон действия компенсатора называется угол наклона нивелира, в пределах которого работает маятник компенсатора. Его определяют при помощи рейки или коллиматора. Для определения предела работы компенсатора с помощью рейки (линейки) и круглого уровня, нивелир тщательно приводится в рабочее положение, а зрительная труба наводится на линейку с миллиметровыми делениями, установленную на расстоянии 5-10 м по направлению одного из подъемных винтов. Вращением подъемного винта 1, в соответствии с рисунком 7, производится наклон нивелира в продольном направлении до тех пор, пока отсчет по рейке резко не изменится. При этом визуально фиксируется по круглому уровню величина отклонения его пузырька, эта величина и будет являться диапазоном действия компенсатора. Вновь приводится нивелир в рабочее положение и выполняется наклон нивелира в поперечном направлении винтом 2 или 3, отмечая визуально величину отклонения пузырька. Зная цену деления круглого уровня, можно определить с ошибкой 1-2' диапазон действия компенсатора.

Схема определение диапазона действия компенсатора приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема определения диапазона действия компенсатора

Определение средней квадратической ошибки (СКО) самоустановки линии визирования

Данное исследование выполняется при помощи экзаменатора или линейки с миллиметровыми делениями. Под ошибкой самоустановки линии визирования понимается ошибка, с которой компенсатор, выведенный из положения равновесия, снова возвращается в рабочее положение. Линейка, с отчетливо видимыми миллиметровыми делениями, устанавливается в 8-10 м от нивелира по направлению одного из подъемных винтов. Нивелир тщательно приводится в рабочее положение и берется отсчет по линейке с точностью до 0,1 мм. Затем нивелир вращением подъемного винта 1, расположенного по направлению визирной оси слегка наклоняется до момента зависания компенсатора и снова возвращается в исходное положение. Схема расположения подъёмных винтов нивелира по отношению к визирной оси приведена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Схема расположения подъемных винтов нивелира

Далее берется второй отсчет по линейке. Таких измерений выполняется 12. Эти действия составляют одну серию.

Вторая серия из 12 отсчетов производится при вращении винта 2, а третья серия из 12 отсчетов производится при вращении винта 3. По каждой серии отсчетов вычисляется средний отсчет и уклонение каждого отсчета от среднего, тогда СКО самоустановки линии визирования может быть вычислена по формуле:

(10).

где - уклонение каждого отсчета от среднего из 12 отсчётов;

- число серий наблюдений ();

- число взятых отсчетов в серии ().

Если отсчёты в первой серии наблюдений обозначим ai , во второй – bi, а в третьей – ci, то

= ai – aср ; = bi – bср; = ci – cср.

В числителе формулы 10 суммируются квадраты всех полученных разностей.

СКО самоустановки компенсатора, выраженная в секундах вычисляется по формуле:

(11)

где - расстояние от нивелира до линейки.

Вычисленная величина не должна превышать 0,5" для нивелирования III класса и 1" для IV класса.

Определение ошибок компенсации

Компенсатор не должен иметь перекомпенсацию или недокомпенсацию выше 0,05"/ на 1' наклона у высокоточных нивелиров, 0,15" – у нивелиров средней точности и 0,30" – у нивелиров технических.

Сущность данной ошибки заключается в том, что при наклоне нивелира на угол компенсатор возвращает визирный луч в обратном направлении не строго на угол , а на какой-то угол . Вселдствии этого появляются ошибки компенсации. Если , то имеет место недокомпенсация и если , то – перекомпенсация. Влияние ошибки компенсации на измеряемое превышение в обоих случаях выражается формулой:

(12)

где - длина визирного луча в мм;

;

.

Для уменьшения влияния ошибок компенсации на измеряемое превышение необходимо тщательно юстировать круглый уровень, так как в этом случае ошибки за компенсацию будут иметь систематический характер. Для исключения систематического влияния ошибок необходимо применять специальную программу наблюдений.

Данное исследование выполняетмя на компенсаторе или экзаменаторе в лабораторных условиях. При их отсутствии определение ошибок компенсации заключается в измерении превышений на станции при длине визирного луча 5, 50, 100 и 150 м для точных и технических нивелиров. Исследуемый нивелир устанавливается в створе между рейками, строго посередине и приводится в рабочее положение.

Превышения определяютяс по рейкам при следующих положениях оси вращения нивелира:

1) при пооложении пузырька установочного уровя на нуль - пункте ;

2) при продольном положительном угле наклона трубы ;

3) при продольном отрицательном угле наклона трубы ;

4) при боковом положительном (например вправо) угле наклона трубы ;

5) при боковом отрицательном (например влево) угле наклона трубы ;

На рисунках показано пооложение пузырька уровня. Углы устанавливаются при помощи подъемных винтов. Результаты измерений по данной программе составляют один прием. Для каждого расстояния должно быть выполнено не менее 5 приемов и вычислено среднее превышение. Ошибка компенсации на одну минуту наклона нивелира для каждого расстояния вычисляется по формуле:

(13)

где - величина среднего превышения при наклоне нивелира на углы и или на и ;

- тоже, при положении пузырька уровня в ноль – пункте;

- наклон трубы в минутах;

- длина визирного луча.

После этого вычисляется средняя величина для всех расстояний.

Лекция 7

1 Нивелирные рейки. Поверки и исследование реек

Для измерения превышений используются специальные нивелирные реки. В настоящее время для снятия отсчётов оптическими нивелирами с технической точностью используются телескопические алюминиевые рейки, иногда с защитным фибергласовым покрытием.

При высокоточном нивелировании I и II классов применяют инварные рейки. При работе с электронным ( цифровым ) нивелиром необходимо применять рейки с нанесённым на них штрихкодом. В зависимости от требуемой точности нивелирования они подразделяются на простые нивелирные и инварные.

Для нивелирования III и IV классов согласно ГОСТу устанавливается три типа реек: РН05 для высокоточного, РН-3 – для точного и РН-10 для технического нивелирования ( Р – рейк, Н – нивелирная, цифры 05, 3, 10 – средние квадратические ошибки в мм сумм превышений 1 км двойного хода). Рейки РН-3 и РН-10 представляют собой деревянные бруски трехметровые, двухсторонние с сантиметровыми делениями. На черных сторонах реек нули совпадают с пятками, а на красных сторонах с пятками совпадают отсчеты более 4000 мм, причем отсчет на красной стороне одной рейки отличается от отсчета на красной стороне другой примерно на 100 мм. Сочетание таких реек позволяет надежно контролировать работу на станции. На одной из боковых сторон рейки укреплен круглый уровень с ценой деления 10' , что позволяет устанавливать рейку отвесно. Нивелирные рейки приведены на рисунке 8.

Рисунок 8 – Рейки РН-3

Поверки и исследование реек

Поверки и исследования реек, используемых для нивелирования III и IV класса, выполняются по следующей программе:

- поверка и исправление круглого уровня на рейке;

- контрольное определение длины метровых интервалов шкал реек;

- определение случайных ошибок дециметровых интервалов шкал реек;

- определение разности высот нулей реек;

Поверка круглого уровня на рейке

При выполнении этой поверки проверяется условие: ось круглого уровня должна быть параллельна оси рейки. Для этого к рейке на кронштейн подвешивается отвес, с помощью которого рейка устанавливается в отвесное положение. Если условие выполнено, то пузырек уровня окажется в ноль – пункте, впротивном случае его совмещают с центром ампулы исправительными винтами. Этк поверку во время полевых измерений выполняют ежедневно.

Контрольное определение длины метровых интервалов шкал пары шашечных реек.

Рейки исследуются в закрытом помещении при помощи контрольной линейки. Рейка укладывается горизонтально, на ней размещается контрольная линейка так, чтобы ее скошенный край, с ценой деления 0,2 мм, лежал примерно на оси исследуемой рейки. Далее производятся измерения интервалов 1-10, 10-20, 20-29 дм черной и 48-57, 57-67, 67-76 дм красной сторон реек. Каждый интервал измеряется в прямом и обратном ходах по два раза в каждом ходе.

По результатам исследований вычисляется средняя длина метра пары реек и средний поправочный коэффициент для этого метра. Поправки в превышения по секциям за среднюю длину комплекта реек вводят по результатам исследования по формуле:

(14)

где - средняя длина метра комплекта реек в мм;

- превышение в м.

Данное исследование выполняется для нового комплекта реек, чтобы установить пригодность реек для данного класса нивелирования. Ошибки дециметровых интервалов при нивелировании III класса не должен превышать 0,5 мм, при нивелировании IV класса – 1,0 мм.

Определение случайных ошибок дециметровых интервалов шкал реек

Данное исследование выполняется для нового комплекта реек, чтобы установить пригодность реек для данного класса нивелирования.

Поверку выполняют при помощи контрольной линейки. У деревянных реек ошибки дециметровых штрихов определяют в интервалах:

- 1-29 на чёрной стороне реек;

- 47-76 на красной стороне рейки.

Перед началом поверки края дециметровых шашечных делений, по которым будут производиться отсчеты, отмечают по линейке остро отточенным твердым карандашом. Затем укладывают рейку горизонтально. С помощью металлической линейки измерения в каждом метровом интервале производятся дважды. Сначала совмещается ноль шкалы контрольной линейки с левым краем начального штриха шкалы исследуемго интарвала рейки. В процессе измерений один наблюдатель следит за неподвижностью контрольной линейки у начального штриха, второй отсчитывает по краям дециметровых штрихов. Перед вторым измерением контрольную линейку немного смещают. Перед началом и в конце исследований измеряют температуру контрольной линейки.

Ошибки дециметровых делений рейки при нивелировании III класса не должны превышать 0,5 мм, а при нивелировании IV класса – 1,0 мм.

Определение разности высот нулей реек

Для определения разности высот нулей шкал черной и красной сторон реек, а также пяточной разности пары реек, на расстоянии 10 метров от нивелира прочно забиваются четыре костыля. Исследуемые рейки поочередно устанавливаются на костыли с помощью хорошо выверенного уровню и наблюдатель производит по рейке отсчеты: сначала по черной, а затем по красной сторонам. Разности высот нулей шкал черной и красной сторон реек получаются путем вычитания из отсчета по красной стороне отсчета по черной стороне реек. Таких определений делают 2 серии, меняя высоту прибора перед каждым определением. Все наблюдения записываются в специальную ведомость, в которой после соответствующей обработки вычисляются средние значения разностей высот нулей шкал черной и красной сторон реек, а также пяточная разность пары реек.

Лекция 8

Математическая обработка нивелирных ходов и стей

1 Задачи теории ошибок измерений.

2 Виды ошибок измерений.

3 Свойства случайных ошибок.

4 Критерии оценки точности результатов измерений.

5 Арифметическая средина и ее средняя квадратичная ошибка.

6Средние квадратичные ошибки функций измеренных величин.

7 Обработка рядя равноточных измерений.

8 Неравноточные измерения.

9 Понятие о весе.

10 Общая арифметическая середина.

1 Точность геодезических измерений

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7