Организация полевых работ при построении

Съёмочного обоснования

«Что посеешь, то и пожнёшь».

Из практического опыта

И большего не скажешь. И хотя геодезист в поле и не сеет, но от качества подготовки к полевым работам, от качества их проведения зависит весьма многое. Это только в присказке говорится: «Что нам стоит дом построить!» А стоит это многого. В том числе и труда геодезиста. А труд начинается с подготовительных камеральных работ, продолжается в поле и заканчивается опять же камеральными работами.

При построении съёмочного обоснования в виде теодолитного хода необходимо выполнить целый комплекс подготовительных работ, а затем и измерительных работ, с целью получения необходимой информации для вычисления координат точек съёмочного обоснования.

Рассмотрим состав основных геодезических работ на местности в примерной последовательности их исполнения. Внутри групп «подготовительные» и «измерительные» работы возможна перестановка последовательности работ.

К подготовительным работам относятся: рекогносцировка местности и закрепление точек съёмочного обоснования; подготовка абрисов горизонтальной съёмки; поверки теодолита и нивелира; компарирование мерных приборов.

К измерительной части относится: привязка теодолитного хода; измерение длин линий хода; измерение горизонтальных углов и углов наклона; горизонтальная съёмка; тахеометрическая съёмка; геометрическое нивелирование по точкам теодолитного хода (см. гл. 6).

78.1. Подготовительные работы

Рекогносцировка местности

Целью рекогносцировки является выбор мест заложения точек теодолитного хода, с которых в дальнейшем будет выполняться, например, топографическая съёмка местности. Выбор положения точек съёмочного обоснования во многом определяется целями и задачами его построения, а также сложностью участка местности, на котором оно строится. Во-первых, число точек съёмочного обоснования должно быть минимальным при обеспечении решения поставленной задачи. Во-вторых, с каждой из точек съёмочного обоснования должен обеспечиваться хороший обзор местности. В-третьих, схема привязки теодолитного хода должна быть оптимальной, и она должна обеспечивать привязку с необходимой точностью. В-червертых, с каждой из точек теодолитного хода должны быть видимы две соседних с ней точки. Оптимально, чтобы обеспечивалась непосредственная видимость соседних точек обоснования.

Точки теодолитного хода закрепляют на местности различными способами. В одних случаях ими могут быть деревянные колья круглого или квадратного сечения, в торец которых забивают гвоздь либо ввинчивают шуруп. В других случаях ими могут быть металлические трубы диаметром 10 мм либо металлические штыри того же или несколько меньшего диаметра. Часто в качестве точки съёмочного обоснования используют накерненные на обечайках смотровых колодцев или других металлических конструкциях метки. В твёрдое покрытие (асфальт, бетон и т.п.) забивают стальные дюбели с полусферической головкой.

Во многом способ закрепления точек съёмочного обоснования определяется необходимым временем сохранности указанного геодезического знака (временный или долговременный знак). В связи с этим точки следует выбирать в местах, обеспечивающих их сохранность на необходимый период времени.

Подготовка абрисов горизонтальной съёмки

Абрис – это зарисовка ситуации местности (иногда с примерными формами рельефа) в принятом удобном масштабе относительно точек и линий съёмочного обоснования, с которых планируется выполнять в дальнейшем топографическую (горизонтальную) съёмку.

Несмотря на то, что составление абрисов относится к измерительной части работы, целесообразно зарисовку абрисов выполнять в процессе рекогносцировки (если, конечно, съёмочное обоснование строится именно для выполнения топографической съёмки). Это позволит оптимизировать схему теодолитного хода, а также выявить её возможности для выполнения горизонтальной или другой съёмки.

Поверки теодолита и нивелира

Перед началом полевых работ необходимо выполнить обследование и поверки измерительных средств в объёмах, указанных в § 43 и § 49. Кроме того, выполняют обследование и других принадлежностей, входящих в комплект измерительных средств: штативов, реек и др.

Штативы должны быть устойчивыми, со сравнительно лёгким ходом раздвижных частей ножек. Рейки должны иметь чёткий рисунок шкал. Складные рейки должны надежно фиксироваться в рабочем положении стопорным устройством.

Компарирование мерных приборов

Компарирование – сравнение длины мерного прибора с длиной эталона.

Мерные приборы, например, рулетки, выпускают определённой номинальной длины l_o. Фактическая длина полотна рулетки может несколько отличаться от номинала на величину Δ. Компарирование заключается в определении значения Δ при какой-либо температуре компарирования t_o. Для этой температуры с достаточной точностью известна длина эталона. Компарирование может проводиться и другими методами, в лабораторных условиях, например, с помощью специального прибора, называемого компаратором.

Полевой компаратор представляет собой базис диной 120 м, величину которого определяют точными методами. Базис полевого компаратора несколько раз (4-5 раз) измеряют рабочим мерным прибором с одновременным измерением температуры t_o окружающего воздуха. Разность между средним значением базиса, измеренного рабочим мерным прибором, и точным значением базиса является поправкой Δ за компарирование.

При измерениях линий на местности измеряют рабочую температуру окружающего воздуха и учитывают её при определении измеренного расстояния по формуле:

, (7.57)

где α – коэффициент линейного расширения стали, равный 12 · 10^-6.

Пример 7.11.Введение поправок за компарирование и температуру.

Исходные данные. Прокомпарирована рулетка Р50 (l_o = 50 м = 50000 мм) при t_o = 18^оС. Получено значение Δ = +2,7 мм.

Измерена длина линии – 83,656 м при температуре t = 10^оС.

Требуется найти истинную длину измеренной линии.

Решение.

В формуле (7.59) значение l_o принимаем равным 83,656 м = 83656 мм. Тогда

.

В приведённом уравнении (сумме) второй член характеризует значение поправки за компарирование для длины рулетки в 83,656 м.

Помимо учёта поправок за температуру иногда учитывают поправку за разность натяжения рулетки при компарировании и при измерениях:

, (7.58)

где Е – модуль упругости стали (Е = 2 · 10⁶ кг/см²); S – площадь поперечного сечения полотна мерного прибора; Р_о и Р – сила натяжения мерного прибора при компарировании и измерениях.

Пример 7.12.Вычисление поправок за натяжение полотна мерного прибора.

Исходные данные: Р_о = 150 Н; Р = 100 Н; S = 0,04 см². Рулетка Р50 (50 м).

Решение.

мм.

Часто считают Р = Р_о и указанную выше поправку не учитывают.

78.2. Измерительные работы

Измерение длин линий

В конечном счёте результатом измерения длины линии теодолитного хода должно явиться её горизонтальное проложение.

При измерениях ленту или рулетку (если именно ими, а не светодальномером, измряется эта длина) укладывают в створе линии, который контролируют визуально по вехам, установленным в крайних точках линии, либо с помощью теодолита. Как правило, длины линий превышают длину мерного прибора, поэтому в её створе откладывают несколько полных длин мерного прибора (несколько номиналов) либо каких-либо фиксированных отрезков, примерно равных номиналу прибора. Остаток линии, меньший номинала, измеряют отдельно. Мерный прибор укладывают на землю с натяжением в 10 кг, что обеспечивается использованием специальных динамометров либо определяется по опыту мерщика.

Линию измеряют в прямом и обратном направлениях. Разность в результатах измерений в относительной форме не должна превышать установленного инструкциями допуска:

, (7.59)

где S_ПР и S_ОБР – результаты измерений в прямом и обратном направлениях; S_СР – среднее значение измеренного расстояния; N – знаменатель относительной погрешности. Если условие (7.59) выполняется, то среднее значение принимают за результат измерения.

В зависимости от назначения съёмочного обоснования установлены различные значения допустимых относительных погрешностей на измерение длин линий:

- 1:20000 – при точных разбивочных работах;

- 1:2000 … 1:5000 – построение съёмочного обоснования для топографических съёмок; разбивочные работы средней точности; изыскания для строительства инженерных сооружений;

- 1:1500 – топографические съёмки; разбивочные работы малой точности в строительстве;

- 1:1000 – съёмочное обоснование для обеспечения геодезических работ при геологических исследованиях.

В технических теодолитных ходах, в зависимости от условий измерений, установлены следующие относительные допустимые погрешности на измерение длин линий: 1:3000 – при измерениях по ровной плотной поверхности (по асфальту, по проезжим частям дорог с покрытием и т.п.); 1:2000 – при измерениях по твёрдому земляному грунту по слабопересеченной местности; 1:1000 – при измерениях по мягкому грунту, по кочковатым поверхностям, по зарослям высокой травы, кустарника и т.п.

Для приведения наклонной линии к горизонту необходимо измерить угол её наклона. Если линия однородная (рис. 7.19 а), то обычно угол наклона измеряют теодолитом при угловых измерениях в теодолитных ходах. В этом случае горизонтальное проложение d будет равно

. (7.60)

Если линия неоднородная (рис. 7.19 б), состоит из нескольких однородных отрезков (А-1, 1-2, 2-В), то для каждого из них определяют наклонное расстояние и угол наклона и вычисляют затем общее горизонтальное проложение линии АВ по формуле

. (7.61)

Рис. 7.19. Определение горизонтального проложения линии местности:

для однородных линий (а), для неоднородных линий (б)

При измерениях углов наклона отрезков неоднородной линии теодолит последовательно переставляют по створу линии в точки перегибов рельефа. В месте стояния, например, в точке А, измеряют высоту прибора, откладывают её на вехе, установленной в точке 1, и измеряют угол наклона по шкале вертикального круга (при круге лево). Поскольку значение места нуля обычно близко к нулю, то отсчёт по вертикальному кругу и принимают равным углу наклона данного отрезка.

При небольших углах наклона их измеряли раньше с помощью эклиметра, представляющего собой вертикальный круг с грузом и визирным приспособлением. Груз при измерениях удерживает нулевой отсчет вертикального круга в положении, соответствующей положению горизонта. Но эклиметры – приборы весьма древние, поэтому сейчас найти их трудно.

В общую измеренную длину либо в отрезки неоднородной линии, измеренные мерной рулеткой (лентой), вводят поправки за компарирование, температуру и натяжение ленты (при необходимости), а затем вычисляют горизонтальное проложение. Если каждая из поправок не превышает значение , то её не учитывают при вычислениях, считая её влияние ничтожным.

При использовании светодальномеров и электронных тахеометров для измерения длин линий в теодолитных ходах прибор автоматически выполняет приведение к горизонту измеренных наклонных отрезков, т.е. автоматически определяет горизонтальное проложение независимо от сложности линии. При этом сложную линию на однородные отрезки не разбивают. В большей части редукция наклонных линий к горизонту выполняется и при использовании оптических дальномеров.

Измерение горизонтальных углов и углов наклона

Принцип измерения горизонтальных углов и углов наклона и способы измерений приведены в § 42. Ниже приведены правила измерения указанных углов в зависимости от условий измерений.

Здесь обратим внимание на следующее.

Углы наклона для приведения наклонных расстояний к горизонту измеряют отдельно, выполняя наведение на отмеченную на вехе высоту прибора. То есть в этом случае измеряют угол наклона местности в данном направлении, как это показано на рис. 7.20 для точки В. Во многих случаях в противоположных от станции точках теодолитного хода устанавливают не веху, а тонкую шпильку, выполняя наведение на её основание либо на её верх, как это показано на рис. 7.20 для точки С. В этом случае фиксируют либо значение V = 0, либо значение V_C. Полученные в таких случаях углы наклона используют для определения превышений точек теодолитных ходов, т.е. для построения высотного съёмочного обоснования.

Рассмотрим порядок работ на станции А (рис. 7.20) при одновременном измерении горизонтальных углов (способом приемов) и углов наклона.

1. Установить теодолит в рабочее положение (§ 40).

2. Установить положение круг лево (КЛ), выполнить грубо наведение на основание вехи в точке В и закрепить алидаду и зрительную трубу. Одним из подъёмных винтов подставки привести пузырёк цилиндрического уровня алидады горизонтального круга на середину (тем из винтов, которым указанное действие будет выполнено быстрее).

3. Выполнить точное наведение с помощью наводящих винтов колонки и зрительной трубы вертикальной нитью на основание вехи и взять отсчёт ГК(КЛ)_В по шкале горизонтального круга.

4. Открепить зрительную трубу и грубо навести горизонтальную нить на метку, соответствующую значению высоты прибора i.

5. Закрепить зрительную трубу, выполнить точное наведение горизонтальной нити на метку высоты прибора и взять отсчёт ВК(КЛ)_В по шкале вертикального круга.

6. Ослабить зажимные винты колонки и зрительной трубы, выполнить грубое наведение вертикальной нитью на шпильку, установленную в точке С и зафиксировать колонку и зрительную трубу зажимными винтами. Одним из подъёмных винтов подставки привести пузырёк цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга на середину.

7. Выполнить точное наведение вертикальной нити на шпильку с помощью наводящих винтов колонки и зрительной трубы и взять отсчёт ГК(КЛ)_С по шкале горизонтального круга.

Рис. 7.20. Измерение горизонтальных углов и углов наклона.

8. Наводящим винтом зрительной трубы выполнить точное наведение горизонтальной нити на основание шпильки (V = 0), или на её верх (V_C) и взять отсчёт ВК(КЛ)_С по шкале вертикального круга.

9. Ослабить зажимные винты колонки и зрительной трубы и установить положение круг право (КП). Для этого зрительную трубу надо перевести через зенит, а колонку повернуть на 180^о.

Далее необходимо выполнить пп. 2-8 при положении круг право КП. В результате получатся отсчёты: ГК(КП)_В , ВК(КП)_В , ГК(КП)_С и ВК(КП)_С. Порядок обработки результатов измерений представлен в § 42.

Очевидно, что на точность измерения горизонтальных углов влияет погрешность центрирования теодолита в вершине измеряемого угла, а также погрешность установки в створе вехи или шпильки в наблюдаемой точке. Если веха или шпилька не могут быть установлены в грунт, то до окончания наблюдений их держит рабочий. Если грунт мягкий, то веху или шпильку устанавливают в створе наблюдаемого направления спереди или сзади точки (рис. 7.21). При переходах с точки на точку веху или шпильку переставляют в наблюдаемых точках по соответствующему створу.

Рис. 7.21. Установка вех и шпилек

при измерении горизонтальных углов.

При измерениях электронными тахеометрами веху (отражатель) на точке устанавливает по уровню реечник и держит её в вертиальном положении до окончания измерений. Отражатель может быть также установлен на штатив; при этом выполняют его горизонтирование по установочному уровню и центрирование над наблюдаемой точкой.