Устройство и принцип работы теодолита
Основа теодолита — зрительная труба, которая вращается в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Труба соединена с микроскопом, с помощью которого можно получать значения углов, нанесённых на лимб, а при использовании специальной дальномерной рейки возможно и определение расстояния между точками как при → работе с нивелиром (как работать нивелиром рассказано по ссылке).
Принцип теодолитной съемки заключается в получении неизвестных значений координат и высот требуемой точки, опираясь на точки с известными значениями.
Перед началом съемки теодолит необходимо привести в рабочее положение. Инструмент устанавливается на штативе над точкой с известными координатами и приводится в горизонтальное положение специальными винтами, расположенными на подставке (1). В окуляр (2) мы видим центр визируемой точки, над которой устанавливаем инструмент, а уровни (3) помогают нам контролировать горизонтальное положение инструмента. Работая зажимными винтами штатива и подставки, добиваемся такого положения, когда инструмент установлен горизонтально над стартовой точкой. У новичков эта процедура вызывает некоторые трудности, а специалисты производят центрирование теодолита менее, чем за минуту. В высокоточных инструментах система центрировки – оптическая, в остальных используется отвес на нити.
Далее визиром (8) грубо наводимся на цель, а винтами (4,7) плавно подводим сетку нитей на центр снимаемого объекта, контролируя процесс с помощью зрительной трубы (9). Так как инструмент оптический, снять отсчет в тёмное время суток невозможно. Для работы нам понадобится настроить зеркальце (10) таким образом, чтобы в систему попадало как можно больше света. После визирования цели берем отсчет, воспользовавшись окуляром микроскопа (11).
Рекомендую: Вопрос: Как поднять воротный проём в подземном гараже?
Поверки теодолитов
Перед проведением поверок нужно провести общий осмотр теодолита:
а)оптическая система зрительной трубы должна на быть чистой и давать отчётливое изображение;
б) вращение прибора должно быть лёгким и плавным;
в) подъемные, закрепительные, наводящие винты должны быть исправны;
г) отсчетные системы должны быть видны в микроскоп хорошо и чётко.
После общего осмотра теодолита выполняются его поверки:
1. Поверка вращения подъемных винтов. Они должны вращаться легко и плавно.
2. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к вертикальной оси прибора. Для этого уровень при алидаде горизонтального круга приводят в нуль-пункт подъёмными винтами. Поворачивают прибор на 180°, если пузырёк уровня отклонился от нуля-пункта более одного деления, то его положение исправляют исправительным винтом на ? отклонения.
3. Вертикальный штрих сетки нитей должен лежать в коллимационной
плоскости зрительной трубы. Для этого наводят вертикальный штрих сетки нитей на хорошо видимую точку. Наводящим устройством вращают зрительную трубу вокруг горизонтальной оси. Если точка смещается с вертикальной оси, то, ослабив юстировочные винты сетки нитей, поворачивают окуляр вместе с сеткой нитей. Поверку повторяют .
4. Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения зрительной трубы. Отклонение от перпендикулярного направления вызывает коллимационную погрешность «с». Обычно измеряют величину 2с. Для этого наводят зрительную трубу на удалённый предмет и снимают отсчеты при КЛ1 и КП1. Теодолит поворачивают на 180°, наводят на этот же предмет и берут отсчеты при КЛ2 и КП2.
2с вычисляют по формуле 2с=/2.
2с должно быть меньше утроенной точности измерения угла. Для устранения коллимационной погрешности устанавливают отсчет, вычисленный по формуле КЛ=КЛ2-с или КП=КП2+с. Юстируют сетку нитей до совмещения с предметом. Поверку повторяют .
5. Ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к вертикальной оси вращения теодолита. Выбирают хорошо видимую точку на высоте 40° и на уровне высоты прибора. Зрительную трубу переводят через зенит и наводят на эту же точку. Если отмеченные внизу точки совпадут, то наклон трубы допустим, если нет, то перпендикулярность осей исправляют только в мастерских.
6. Место нуля (МО) вертикального круга должно быть постоянным и близким к 0°. МО—отсчёт по вертикальному кругу при горизонтальном положении визирной оси зрительной трубы и при положении пузырька уровня при алидаде горизонтального круга в нуль-пункте. Для определения МО визируют при двух положениях вертикального круга на выбранную точку и снимают отсчёты. Для прибора 2Т30П МО вычисляется по формуле МО=(КЛ+КП)/2. МО определяют визированием на различные цели 3—4 раза. За окончательное значение берут среднее арифметическое значение из всех измерений. Расхождение между значениями МО не должны превышать утроенной точности теодолита. Правильность вычисления МО проверяют вычислением н по формулам н=КЛ-МО;
н=КП-МО, н=0,5(КЛ-КП). Величины н должны быть равны .
Рис. 10. Устройство теодолита 2Т30П: 1-кремальерный винт; 2- закрепительный винт зрительной трубы; 3- оптический визир; 4- колонка; 5- закрепительный винт горизонтального круга (лимба); 6- горизонтальный круг; 7- юстировочный винт; 8- закрепительный винт алидады; 9- цилиндрический уровень при алидаде; 10- наводящий винт горизонтального круга; 11- окуляр микроскопа; 12- зеркало подсветки; 13- боковая колонка; 14- паз, для ориентир-буссоли; 15- вертикальный круг; 16- юстировочная гайка; 17- зрительная труба прибора; 18- диоптрийное колечко окуляра; 19- наводящий винт зрительной трубы; 20- наводящий винт алидады; 21- треугольная подставка; 22-подъемные винты; 23- втулка; 24- основание; 25- крышка.
Взятие отсчётов теодолитом
Отсчёт — это число, состоящие из градусов, минут и секунд (секунд не всегда). Посмотрев в микроскоп увидим верхнюю и нижнюю шкалу, маркированную, соответственно, для снятия отсчётов по вертикальному и горизонтальным кругу.
Есть шкаловый микроскоп и микроскоп-оценщик (штриховой микроскоп). Микроскоп-оценщик сразу показывает нужный угол по горизонтальной и вертикальной оси в градусах и минутах, правда точность немного снижена чем у шкалового микроскопа, поскольку минимальное деление равно 10 минутам, а с точностью до минуты приходится определять на глаз.
Микроскоп-оценщик (слева) и шкаловый микроскоп теодолита
Есть 2 шкалы, которые изменяют своё положение по отношению друг к другу — шкала лимба и шкала алидады. В шкаловом микроскопе на шкалу алидады нанесены цифры от 1 до 6 и 60 делений, соответствующие 60 минутам. Шкала алидады подвижна.
В шкаловом микроскопе значением градусов будет являться то число, которое попало на шкалу алидады для горизонтального угла или, соответственно, вертикального. Значением в минутах будет являться то число, на которое указывает значение градусов шкалы лимба на шкале алидады. К примеру, на снимке ниже мы увидим значения горизонтального и вертикального углов, соответственно, 181 градус 43 минуты и 121 градус 2 минуты
Точность снятия отсчётов
Со временем подшипники в устройстве могут истираться, что негативно сказывается на полученных значениях. Для этого отсчёт берут несколько раз, при разных значениях круга (лимба) микроскопа.
Для исключения коллимационных ошибок зрительную трубу переводят через зенит, попорачивают теодолит на 180 градусов и заново берут отсчёты. Из нескольких значений получается среднее арифметическое, которое и будет верным значением измеряемого угла. Если отсчеты значительно отличаются (более минуты), процедуру следует повторить.
Кроме метода перевода через зенит, существует метод полуприёмов, когда лимб смещается на целое значение угла градусов и отсчёт берётся второй раз. Для перестановки лимба существуют винты (5, 6). Например, значение горизонтального угла составляет 358 градусов 45 минут. После снятия отсчёта, винтом (6) смещают начальную точку лимба на целое значение градусов угла (для удобства), закрепляя его винтом (5). К примеру, сместив лимб на 90°, мы должны получить значение угла по горизонтальному кругу 358°45′ + 90° = 88°45′.
Поверка и юстировка
Перед началом работы большинство измерительных приборов необходимо откалибровать и убедиться, что он работает корректно, а измеряемые геометрические величины не выходят за пределы установленных погрешностей. Такая процедура называется поверкой. Если же после ее завершения обнаруживаются, что аппарат работает некорректно, необходимо произвести юстировку – то есть с помощью винтов или клавиш корректно выставить «нулевые» показатели прибора.
Для корректной работы теодолита, при первой эксплуатации следует убедиться, что:
- Основная вертикаль прибора расположена параллельно колоннообразным опорам и перпендикулярно горизонтальному замерному кругу и алидаде;
- Нити в оптической сетке трубки соответственно совпадают с горизонталью (определяется горизонтальным круговым вращением с фокусом на удаленной точке) и вертикалью (определяется с помощью удаленного отвеса на нитке);
- Визирные оси в объективах трубки совпадают и составляют точный перпендикуляр к горизонтальной оси алидады – то есть если трубку перевернуть на 180 градусов, визирная ось не сместиться ни влево, ни вправо от базового значения;
- Ось, на которой крепится сама трубка, не имеет перекосов по высоте и составляет перпендикуляр с основной вертикальной осью прибора теодолита;
- Горизонтальные оси на обоих объективах должны быть параллельны.
В современных приборах, корпус которых пломбируют, за соблюдение этих показателей отвечает изготовившее устройство предприятие. Если по какому-то из пунктов поверки наблюдаются расхождения, следует обратиться в специализированную мастерскую или к представителю компании-изготовителя.
Про поверки “относительно” кратко, вы можете ознакомиться на видео:
Определение высоты здания, строения теодолитом (+ видео)
Для примера рассмотрим формулу определения высоты здания, строения, столба и т.п. Берём теодолитом и мерной лентой отсчёты значений, указанных на рисунке ниже, и записываем их в таблицу (тетрадь).
Теодолит располагают на расстоянии, не меньшем высоты строения, если это невозможно, то как можно дальше от объекта. Далее по формуле h = h1 + h2 = d(tgv1 + tgv2)
вычисляем высоту строения.
Рекомендую: Как работать нивелиром
Если линия АВ имеет уклон на местности, необходимо рассчитать горизонтальное проложение этой линии, её проекцию на горизонтальную плоскость по формуле d = Scosν
снимая отсчёты как показано на рисунке ниже.
Горизонтальное проложение линии
Как определить высоту сооружения расскажет это видео, с расчётами и формулами.
Правильная эксплуатация
Не зависимо от того, какой моделью теодолита – электронной или классической, предстоит пользоваться, важно помнить, что это чувствительный прибор высокой точности, требующий аккуратного обращения и корректной эксплуатации.
От пункта к пункту его следует перевозить в специальном, предназначенном для конкретной модели коробе или футляре, стараясь не допускать тряски и падения прибора с высоты.
Механические детали конструкции при вращении на осях или винтах должны свободно двигаться, но не должны быть разболтаны и при необходимости плотно фиксироваться во время эксплуатации устройства.
Рекомендуется также всегда внимательно следить за оптическими компонентами – окуляры и визиры необходимо беречь от пыли и грязи, и не допускать их деформации (сколы, трещины и т.п.)
Отдельное внимание уделяется штативу – при размещении следует убедиться, что тренога расположена устойчиво, а все ножки и площадка крепко зафиксированы.
Во время проведения замеров, работа с прибором должна быть достаточно бережной, после чего перед упаковкой в короб или футляр, его необходимо проверить и прочистить.
Измерение горизонтального угла теодолитом (+ видео)
Для измерения горизонтального угла теодолитом нужно установить теодолит в один из углов треугольника. Определить правое и левое направление. Где будет располагаться ноль на шкале — не суть важно, мы можем получить значение угла как разность отсчётов двух точек. Навестись на первую точку, взять отсчёт. Воспользовавшись одним из способов выше для проверки значения, взять отсчёт второй раз и вычислить среднее значение, если расхождение не больше 1 минуты, то измерения сделаны верно. Ведём запись в журнал (тетрадь). Далее наводимся на вторую точку, так же берём отсчёт. Если значение правого угла меньше чем левого, к нему нужно прибавить 360 градусов. Разность отсчётов и будет нашим углом.
Полярный способ съемки теодолитом
В строительстве в основном используют два способа съемки – полярный (рис. 1) и способ створов и перпендикуляров (рис 2). Другие способы съёмки теодолитом: способ угловых засечек, линейных засечек, способ вспомогательных створов и способ обхода.
При полярном способе
мы отталкиваемся от двух точек с известными значениями. Эти точки можно взять из уже существующего проекта, плана, государственной геодезической сети (при наличии СРО), либо при самостоятельной разработке плана задать эти точки самостоятельно, начиная с самостоятельно определённого ноля по x;y;z координат. Полярный способ бывает замкнутый и разомкнутый.
Рассмотрим для начала разомкнутый способ, который мы потом приведём к замкнутому. Инструмент устанавливается на исходную точку 2, берётся начальный отсчёт на исходную точку 1, либо наоборот. Измеряется расстояние рулеткой, мерной лентой или дальномером до точки теодолитного хода 1, устанавливается метка (колышек заподлицо с землёй, либо вертикальная рейка). Измеряется левый по ходу угол на точку теодолитного хода 1. Дойдя до съёмочной точки 2 мы последовательно вычисляем значения горизонтальных углов к каждой из точек контура (рис. 1). Таким образом так же можно измерить расстояния до точек объекта съёмки и вертикальные углы с любой нужной вам точки теодолитного хода. Далее, пользуясь формулами вычислить необходимые значения и расстояния, многие расчёты приведены в нескольких видео на этой странице.
Последний этап – «привязка» теодолитного хода к известным точкам и создания → плана местности на бумаге (по ссылке рассказано как сделать план или схему местности). Так как контрольные точки находятся в одной системе координат, данный полигон можно привести к замкнутому, доведя ход от контрольной точки 2 до исходной точки 1. Далее нужно вычислить погрешность замкнутого теодолитного хода, которая вычисляется проще, чем для разомкнутого.
Рекомендую: Как отличить породу бутового камня по внешнему виду
Погрешность замкнутого теодолитного хода, невязка
В результате несложных расчётов мы получим невязку, которую сравниваем с допустимой. В случае, если значение в допуске, погрешность пропорционально раскидывается в стороны полигона.
Для замкнутого теодолитного хода погрешность определяется по формуле:
Где сумма углов фактическая (измеренная), а — сумма углов теоретическая, то есть которая должна быть по законам геометрии.
Вычисляется теоретическая сумма углов по формуле:
Где n — число измеренных углов.
Допустимая погрешность суммы углов замкнутого теодолитного хода определяется по формуле:
Если фактическая погрешность больше допустимой, ещё раз проверяем записи, если проблема не в этом, берём отсчёты заново. Если погрешность меньше или равна допустимой вычисляем поправку по формуле:
Значение раскидываем на все углы. Если число получается не целое, в одни углы вводим поправки больше чем в другие.
Съёмка теодолитом методом створов и перпендикуляров
Метод створов и перпендикуляров хорошо подходит при разбивочных работах. В этом случае мы откладываем на местности прямые углы, последовательно переставляя инструмент на полученные точки на местности. К примеру, от базисной стороны 1-2 мы получаем контрольное направление 1. Сетка нитей в этом случае играет роль шнурки. Измерив, необходимое расстояние, попадаем в стартовую разбивочную точку, а дальше работаем согласно схеме.
Теодолитом можно разбить прямоугольный полигон или проконтролировать соосность разбитого полигона. Теоретическая сумма углов в замкнутом контуре должна быть равна 360°. Устанавливая последовательно инструмент в каждую из точек объекта, измеряем внутренние углы. К примеру, невязка в 1° на 10-метровом отрезке составляет примерно 20 см. Так что можно оценить допуски в зависимости от класса сооружения, и при необходимости внести коррективы в разбивку осей.
Как правильно измерить вертикальные и горизонтальные углы
Измерение горизонтальных углов с использованием теодолита проходит в две или три стадии, в зависимости от типа устройства. Если используется классический теодолит, к двум измерительным добавится одна вычислительная.
Принимая, что вершиной искомого угла является установленный прибор, оператор наводит вертикальную нить сетки зрительной трубки на первую отметку и фиксирует значение на горизонтальном лимбе. В современных теодолитах с электронной «начинкой» отметка определяется на лимбе автоматически и закрепляется как 0 с помощью кнопок на панели прибора; в традиционных – отмечается оператором через окуляр отсчетного устройства и заносится в журнал измерений.
После этого по часовой стрелке трубка наводится на вторую отметку. Электронный прибор, при этом, высчитает угол сам и выведет показания на экран. При работе с традиционным устройством, оператор должен будет через микроскоп снять показания с горизонтального лимба и, путем геометрических операций, вычислит значение искомого угла.
Нагляднее вы можете ознакомиться со способами измерения горизонтальных углов на видео:
Вертикальные углы меряют таким же способом. При этом вращение трубки будет осуществляться не в плоскости горизонтального, но в плоскости вертикального лимба, с совмещением отметок не с вертикальной, а с горизонтальной нитью сетки трубки.
Как работать с теодолитом, инструкция-ликбез для новичков:
Определение расстояния теодолитом с помощью дальномерной рейки
С помощью теодолита можно определить и расстояние до точки взятия отсчётов, с погрешностью примерно в 10 см. Устанавливаем дальномерную рейку на точку, до которой хотим измерить расстояние. В визирной сетки теодолита есть 2 дальномерных штриха, расположенных сверху и снизу. Измерение расстояние производится просто. Считаем количество сантиметров от одного горизонтального дальномерного штриха до другого и умножаем полученное значение на дальномерный коэффициент трубы, который обычно равен 100.
Определение расстояния теодолитом при помощи дальномерной рейки по дальномерным нитям
На приведённом примере расстояния до рейки будет примерно 19,4 метра.
В чем разница нивелира и теодолита
Главное отличие в том, что по конструкции нивелир проще теодолита, но для работы с ним при проведении расчетов нужен помощник. В базовой комплектации устройство также состоит из трубки, установленной на штативе, но, в отличие от теодолита, нивелир имеет только одну горизонтальную плоскость вращения.
Именно по ней оператор ориентирует сетку трубки прибора, проводя измерения. При этом разница в высотах фиксируется с помощью размеченной рейки, которую в точке измерений вертикально держит помощник.
