3.3.2. Измерение горизонтальных и вертикальных углов при выполнении топогеодезических работ

Порядок измерения горизонтальных и вертикальных углов различными приборами и устройствами изложен подробно в Указаниях по работе на топогеодезических приборах ракетных войск и артиллерии Сухопутных войск, соответствующих Инструкциях по эксплуатации, а в данном учебнике дано только краткое описание некоторых приборов и способов измерения углов.

В ракетных войсках и артиллерии из приборов для измерения углов наиболее распространенными являются теодолит Т10В и буссоль ПАБ-2АМ.

В ходе измерения стороны измеряемых углов проектируют на соответствующую поверхность. Горизонтальную поверхность в теодолите называют горизонтальным кругом, а в буссоли – кругом больших делений угломера (буссольным кольцом). Горизонтальный круг теодолита имеет по периметру шкалу делений – лимб, буссольная шкала представлена черной буссольной и красной угломерной шкалой.

Вращающаяся часть со специальным отсчетным устройством в теодолите называется алидадой, а в буссоли – отсчетным механизмом. В качестве отсчетного устройства теодолита используют оптический микроскоп с указателем отсчета. Отсчетный механизм буссоли имеет две шкалы: больших и малых делений угломера.

Проектирование на горизонтальный круг сторон измеряемого горизонтального угла осуществляется посредством луча визирования. Для придания оси вращения прибора вертикального (отвесного) положения, а лимбу горизонтального круга и алидаде с отсчетным устройством – горизонтального положения, используют уровень.

Для измерения вертикальных углов в теодолите устроен вертикальный круг с лимбом, в буссоли – механизм углов места цели. Зрительная труба теодолита имеет возможность поворота на 180 градусов в вертикальной плоскости. У буссоли перемещение зрительной трубы составляет ±3-00.

Для установки прибора над вершиной измеряемого угла в комплект прибора входят штатив и отвес. Установка прибора над точкой по отвесу называется центрированием.

В конструкции теодолита имеются две колонки. На одну из колонок теодолита помещается ориентир-буссоль для ориентирования прибора на север в плоскости магнитного меридиана. В буссоли магнитная стрелка совмещена с установочным механизмом.

Для приведения плоскости отсчетного устройства (лимба) в горизонтальное положение прибор горизонтируют. Для горизонтирования теодолита используют подставку с подъемными винтами. У буссоли для горизонтирования ослабляется шаровая пята. Контроль горизонтирования оценивают с помощью уровней. Теодолиты укомплектовываются цилиндрическими уровнями, для ускорения процесса горизонтирования в конструкцию прибора иногда входит круглый уровень. Буссоль оснащена только круглым уровнем.

Чтобы во время измерений лимб оставался неподвижным, а алидада вращалась в теодолите, имеются закрепительные и наводящие устройства. Теодолит, у которого алидада может вращаться относительно горизонтального круга или совместно с ним вокруг вертикальной оси, называется повторительным. Для изменения положения буссоли относительно сторон света применяется установочный механизм.

Теодолит с прозрачными кругами (лимбами) и системой линз для передачи делений лимба в отсчетное устройство называют оптическим. В оптических теодолитах для чтения делений лимба применяют штриховые и шкаловые микроскопы. В таких микроскопах вместе с изображением делений лимба в поле зрения виден отсчетный штрих или шкала делений (микрометр) (рисунок 3.8а).

При измерении горизонтальных углов отсчеты снимают в поле зрения микроскопа по шкале с отметкой «Г», а при измерении вертикальных углов – по шкале с отметкой «В». На рисунке 3.8а отсчет на горизонтальном круге равен 247˚40΄, а отсчет на вертикальном круге равен +5˚30΄.

В теодолитах с металлическими кругами в качестве отсчетного приспособления используют верньер (нониус). Электронные теодолиты называют тахеометрами.

Для наблюдения удаленных предметов применяют зрительную трубу. В конструкцию зрительной трубы теодолита входят: объектив, окуляр, фокусная линза, кремальера, сетка нитей (рисунок 3.9).

Установка зрительной трубы теодолита для наблюдения складывается из установки ее по глазу и по предмету. Установка по глазу заключается в настройке четкого изображения сетки нитей с помощью поворота окуляра. Установка по предмету осуществляется фокусировкой изображения местности с помощью маховика кремальеры, расположенного на одной из колонок теодолита.

У буссоли установка по глазу и по предмету осуществляется вращением окуляра.

Измерению любого угла предшествует подготовка прибора к работе. Для теодолита и буссоли она слагается из следующих действий:

установка прибора над заданной точкой;

центрирование прибора;

горизонтирование прибора;

установка зрительной трубы для наблюдения.

Для измерения горизонтальных углов применяют:

теодолит;

буссоль;

угломерную часть выносного гирокомпаса (при переключателе рода работ в положении «Подсветка»), квантового топографического или артиллерийского дальномера;

визир командирской машины управления или топопривязчика;

угломерное устройство башни командирской машины управления.

Горизонтальные углы измеряют:

способом приемов;

способом круговых приемов.

Способ приемов применяют при измерении с данной точки одного угла (рисунок 3.10а). Способ круговых приемов применяют при измерении с одной точки двух и более углов (рисунок 3.10б).

У теодолитов и выносных гирокомпасов зрительная труба может переводиться через зенит (поворачиваться в вертикальной плоскости вокруг своей оси вращения на 180˚), поэтому измерение в каждом приеме осуществляется двумя полуприемами. Для производства измерений во втором полуприеме переводят зрительную трубу через зенит. Этим осуществляется контроль правильности из­мерения угла, а также исключается влияние коллимационной ошибки.

Коллимационная ошибка (рисунок 3.11) – это угол С между визирной (оптической) осью зрительной трубы АА' и пер­пендикуляром к оси ее вращения ВВ' в вертикальной плоскости.

Расхождения значений углов в полуприемах не должны превышать 30΄΄ при работе с теодолитом Т10В или гирокомпасом и 60΄΄ при работе с теодолитом ТТ-3.

Запись и обработку результатов измерений ведут в полевом журнале (таблицы 3.2 и 3.3).

Порядок работы при измерении углов теодолитом или гирокомпасом способом приемов:

наводят зрительную трубу горизонтированного прибора на левую точку (точку А) и снимают первый отсчет (в таблице 3.2 этот отсчет равен 31˚15,3΄);

вращая угломерную часть наводят зрительную трубу на правую точку (точку В) и снимают второй отсчет (в таблице этот отсчет равен 124˚38,8΄);

вычисляют значение горизонтального угла, измеренное в первом полуприеме, как разность между вторым и первым отсчетом. Если второй отсчет меньше первого, то его увеличивают на 360˚;

для снятия отсчетов во втором полуприеме переводят зрительную трубу через зенит и поступают в указанном выше порядке;

если расхождения значений горизонтальных углов не превышают допустимых значений, то рассчитывают среднее значение горизонтального угла.

Таблица 3.2 – Журнал измерения горизонтальных углов способом приемов с помощью теодолита

В условиях примера, приведенного в таблице 3.2, порядок вычислений следующий:

первый полуприем: β = 124˚38,8΄ – 31˚15,3΄ = 93˚23,5΄;

второй полуприем: β = 304˚38,8΄ – 211˚15,1΄ = 93˚23,7΄;

среднее значение угла: β = 93˚23,6΄.

Порядок работы при измерении углов теодолитом или гирокомпасом способом круговых приемов:

наводят зрительную трубу горизонтированного прибора при отсчете близком или равным нулю (если есть такая техническая возможность) на начальную точку (точку А) и снимают первый отсчет (в таблице 3.3 этот отсчет равен 0˚15΄10΄΄);

вращая угломерную часть по ходу часовой стрелки последовательно наводят зрительную трубу на все точки и снимают отсчеты. Завершается первый полуприем наведением в начальную точку и снятием отсчета по ней (в таблице 3.3 этот отсчет равен 0˚15΄50΄΄);

для снятия отсчетов во втором полуприеме переводят зрительную трубу через зенит и поступают в указанном выше порядке, вращая угломерную часть уже против хода часовой стрелки;

находят для каждого полуприема среднее значение отсчета при наведении на начальную точку;

рассчитывают для каждой точки величины углов, полученные в каждом полуприеме, вычитая из соответствующих отсчетов по точке средние значения отсчетов по начальной точке;

определяют средние значения углов для каждой точки.

В условиях примера, приведенного в таблице 3.3, порядок вычислений следующий:

первый полуприем:

средний отсчет по точке А: 0˚15΄30΄΄;

β1 = 29˚21΄15΄΄ – 0˚15΄30΄΄ = 29˚05΄45΄΄;

β2 = 168˚36΄00΄΄ – 0˚15΄30΄΄ = 168˚20΄30΄΄;

второй полуприем:

средний отсчет по точке А: 180˚14΄50΄΄;

β1 = 209˚21΄00΄΄ – 180˚14΄50΄΄ = 29˚06΄10΄΄;

β2 = 348˚36΄10΄΄ – 180˚14΄50΄΄ = 168˚21΄20΄΄;

средние значения углов: β1 = 29˚05΄58΄΄; β2 = 168˚20΄55΄΄.

Измерение горизонтальных углов другими приборами аналогично измерению углов теодолитом или гирокомпасом в первом полуприеме. Буссоль в левую или начальную точку наводят, как правило, при нулевых отсчетах на буссольном кольце и барабане, а затем, действуют отсчетным механизмом. С целью исключить ошибку, возникающую из-за мертвого хода механизмов буссоли, наведение на предметы осуществляют всегда с одной стороны. При наличии времени осуществляют второй прием измерений (угломерная часть квантового топографического дальномера предварительно разворачивается примерно на 180˚). Расхождения значений углов в приемах не должны превышать 60΄΄ при работе с квантовым топографическим дальномером и 0-01 при работе с остальными приборами.

Примеры записи результатов измерений и вычислений при работе с помощью буссоли приведены в таблицах 3.4 и 3.5.

Таблица 3.4 – Журнал измерения горизонтальных углов способом приемов с помощью буссоли

Для измерения вертикальных углов применяют:

теодолит;

буссоль;

квантовый топографический или артиллерийский дальномер (в том числе находящийся стационарно на командирской машине управления);

визир командирской машины управления или топопривязчика.

Для измерения вертикального угла между двумя точками, находящимися на разных высотах, последовательно наводят горизонтированный прибор на данные точки и снимают со шкал механизмов, с помощью которых производится наведение в вертикальной плоскости, отсчеты со своими знаками.

Для определения величины угла из отсчета по точке, находящейся выше, отнимают отсчет по точке, находящейся ниже. При этом учитываются знаки отсчетов.

Пример. Определить величину вертикального угла между двумя точками, находящимися на разных высотах, если отсчет по точке, находящейся выше, равен +0-50, а отсчет по точке, находящейся ниже равен –0-10.

Решение

Вертикальный угол равен: +0-50 – (–0-10) = +0-60.

Углы наклона (ν) измеряют с помощью горизонтированного прибора, у которого выверено или известно место нуля.

Место нуля (МО) – отсчет на шкале, с помощью которой осуществляется измерение вертикальных углов, соответствующий горизонтальному положению визирной (оптической) оси прибора.

Если место нуля у прибора выверено, его величина равна 0.

Величина угла наклона при работе с буссолью определяется по формуле:

ν = В – МО, (3.2)

где В – отсчет на шкале, с помощью которой осуществляется измерение

вертикальных углов, снятый при наведении прибора в заданную точку.

При использовании зависимости (3.2) учитываются знаки величин.

Пример. Определить величину угла наклона, если В = – 0-21, а МО = +0-03.

Решение

ν = – 0-21 – (+0-03) = = – 0-24.

При работе с теодолитом различают отсчеты при наведении на объект: Л – при круге лево и П – при круге право. Положение круга определяется расположением вертикального круга относительно визирной оси. Для измерения угла наклона теодолитом вначале снимается отсчет при одном положении круга, а затем – при другом. Значение места нуля определяется по результатам этих измерений и используется для расчета величины угла наклона.

Для разных типов теодолитов возрастание и убывание отсчетов будет соответствовать разному положению круга (лево или право). Положение круга, когда отсчеты на шкале вертикального круга совпадают с положением точек местности (отсчет по точке, находящейся выше, будет больше), называется основным. В этой связи расчет места нуля и углов наклона для различных теодолитов различен:

для теодолита, у которого основное положение КЛ

, а , или , или ; (3.3)

для теодолита, у которого основное положение КП

, а , или , или ; (3.4)

для теодолита Т10В

, а или . (3.5)

Для контроля расчеты угла наклона проводятся по двум-трем формулам, входящим в зависимость.