Геодезия

Наиболее массовым видом геодезических измерений, выполняемых при создании государственной геодезической сети, до сих пор являются угловые измерения. Точность этих измерений зависит от требуемой точности построения геодезической сети и регламентируется действующими инструкциями и нормативными актами ГУГК.

При создании государственной геодезической сети методами триангуляции и полигонометрии на всех пунктах измеряют горизонтальные углы и зенитные расстояния, на пунктах Лапласа выполняют астрономические определения широт, долгот и азимутов, для чего измеряют зенитные расстояния наблюдаемых звезд и горизонтальные углы между звездами и земными предметами, азимуты которых определяются. В сетях трилатерации также необходимо выполнять угловые измерения для привязки ориентирных направлений и определения высот пунктов методом тригонометрическою нивелирования.

Для производства угловых измерений и астрономических определений в государственной геодезической сети используют угломерные приборы разного вида и разной точности. Начиная с 1963 г. классификация и выпуск угломерных приборов производятся в соответствии с действующими государственными стандартами (ГОСТами). Первый ГОСТ на теодолиты в СССР был утвержден в 1963 г. По мере развития геодезического приборостроения ГОСТы на теодолиты, как и на другие геодезические приборы, периодически пересматриваются и уточняются.

Геодезические угломерные приборы можно подразделить на разные группы (виды) в зависимости от их назначения, точности измерений и конструкции.

По назначению геодезические угломерные приборы подразделяются  на  теодолиты  и  астрономические теодолиты. Теодолиты предназначены для измерения горизонтальных углов и зенитных расстояний (углов наклона) на пунктах геодезических сетей, а астрономические теодолиты — для определения широт, долгот и азимутов из астрономических наблюдений на пунктах Лапласа и других.

По точности теодолиты подразделяются на высокоточные, точные и технические. К высокоточным относятся теодолиты, обеспечивающие в лабораторных условиях измерение угла одним приемом со средней квадратической ошибкой т£1", к точным — с ошибкой  1£m£10", к техническим — с ошибкой m³10’’.

По конструкции современные теодолиты можно подразделить на две большие группы в зависимости от вида отсчетного устройства: теодолиты с оптическим отсчетным устройством и электронные теодолиты.

В соответствии с действующими ГОСТами каждому типу теодолитов в зависимости от точности выполняемых ими измерений присваивается определенный шифр, состоящий из буквы «Т», обозначающей тип прибора (теодолит), и числа, указывающего допустимую величину средней квадратической ошибки измерения угла одним приемом в лабораторных условиях, выводимой по отклонениям от среднего из 12 приемов измерений угла. Например, шифр Т1 обозначает теодолит секундной точности. До введения ГОСТов теодолиты имели другие шифры, например, ТТ-2/6 — триангуляционный теодолит с ценой деления отсчетного микроскопа для горизонтального круга 2" и вертикального круга —6".

Особенности эксплуатации высокоточных теодолитов. Основные требования к ним. Для того чтобы государственная геодезическая сеть в течение многих десятилетий по точности могла удовлетворять многочисленные запросы науки и требования народного хозяйства в астрономо-геодезической сети СССР выполняют измерения всех видов (угловые, линейные и т. п.) с наивысшей точностью, достигаемой при массовых (не единичных) измерениях при использовании новейшей измерительной техники.

Для того чтобы обеспечить действительно высокую точность результатов измерений, необходимо: иметь геодезические приборы, рассчитанные на достижение требуемой точности, хорошо знать устройство этих приборов, их особенности, уметь методически правильно пользоваться ими, применять наиболее совершенные методы измерений, позволяющие существенно ослабить влияние всевозможных источников ошибок, особенно систематических, на результаты измерений.

Только при одновременном соблюдении этих условий можно получить результаты действительно высокой точности. В противном  случае,  располагая даже самыми точнейшими  приборами, не удастся достичь точности, соответствующей максимальной приборной.

При создании государственной геодезической сети угловые измерения выполняют в трудных экспедиционных условиях, которые характеризуются разнообразием физико-географических и климатических условий районов работы: от раскаленных пустынь до Арктики с многолетней мерзлотой, от обширных равнин до горных и высокогорных районов, значительными колебаниями температуры воздуха (от +50⁰ до —20°С), разнообразием условий транспортировки геодезических приборов к месту работы и в полевых условиях.

Такие сложные условия многолетней эксплуатации каждого прибора, необходимость достижения максимальной точности результатов измерений при наименьших затратах средств, труда и времени и т. п. выдвигают особые требования, которые должны учитываться при разработке и изготовлении высокоточных теодолитов.

Основными из них являются следующие:

обеспечение высокой и достаточно устойчивой точности результатов угловых измерений, выполняемых в разнообразных физико-географических условиях и климатических районах страны (от субтропиков до Арктики с многолетней мерзлотой) при значительных колебаниях температуры воздуха (от +50 до-20°С);

сохранение работоспособности теодолита в трудных экспедиционных условиях в течение длительного срока его эксплуатации;

малые габариты и масса прибора и в то же время хорошая устойчивость его во время измерений, несложность и надежность юстировочных приспособлений, удобство работы с прибором и т. п.

Этот далеко неполный перечень подчас противоречивых и взаимоисключающих требований показывает какой непростой является задача разработки и создания современных высокоточных теодолитов, которые в принципе должны быть еще и автоматизированы.

Вопросы конструирования и расчета необходимой точности изготовления отдельных узлов и теодолита в целом относятся к компетенции специалистов по геодезическому приборостроению, однако совершенно необходимым является участие геодезистов в установлении основных технических требований, которые надо учитывать при разработке и создании новых, более совершенных образцов приборов.

Геодезисты, выполняющие основные геодезические работы, должны в совершенстве знать устройство теодолитов, уметь их тщательно исследовать, определять с высокой точностью постоянные прибора  (цены делений уровней, микрометров и т. п.), уметь юстировать теодолит при работе на пункте, определять и учитывать влияние приборных погрешностей на результаты измерений и т. д. При этом надо учитывать и то, что высокоточный теодолит является весьма чувствительной измерительной системой, подверженной деформациям вследствие как внутренних напряжений в металле и оптических деталях, так и внешних, обусловленных, например, изменениями температуры. Деформации ведут к появлению ошибок в результатах угловых измерений и, следовательно, снижают их точность.

 

Рис. 41. Азимутальное смещение подставки теодолита из-за деформации подъемного винта

 

Рассмотрим простейший пример возможного влияния деформации некоторых деталей теодолита на точность измерений углов. Допустим, что по недосмотру наблюдателя при угловых измерениях на пункте в течение некоторого времени один из подъемных винтов теодолита был освещен лучами Солнца и несколько нагрелся. В результате этого может произойти линейное смещение подъемных винтов на ничтожно малую величину Dl, .равную, например, длине световой волны 0,5 мкм (рис. 41). При расстоянии между подъемным винтом и осью вращения теодолита г= 14 см это может вызвать поворот теодолита вместе с лимбом на угол

 

и, следовательно, на такую же величину окажется ошибочным измеренное направление, что совершенно недопустимо при высокоточных измерениях с ошибкой порядка 0,5". Отсюда видно, насколько надо быть внимательным и аккуратным при работе с высокоточными теодолитами. Необходимо всячески оберегать теодолит от резких изменений температуры, от тряски при переездах с пункта на пункт и т. п.

В геодезической сети при расстояниях между пунктами 10— 20 км влияние приборных ошибок теодолита т_пр  и ошибок от внешней среды m_вн (боковой рефракции, кручения сигналов и т. п.) на результаты угловых измерений примерно одинаково.

С   учетом   этого   обстоятельства   для   средней   квадратической ошибки измеренного угла в триангуляции  1  класса   (m£0,7"). напишем 

 

При т_пр = т_Вн будем иметь  m_пр£ 0,7/-£0,5".

Ошибка т_пр является результатом совокупного влияния комплекса приборных ошибок теодолита. Применив принцип равных влияний, можно показать, что влияние каждого частного источника приборных ошибок в среднем не должно превышать величины 0,2—0,3". Этот несложный расчет показывает, какие исключительно высокие требования должны быть предъявлены к изготовлению, сборке и юстировке деталей и узлов высокоточного теодолита.