26
8.1. Измерение длин линий мерными лентами и рулетками
Мерные приборы. Расстояния в геодезии измеряют мерными приборами и дальномерами. Мерными приборами называют ленты, рулетки, проволоки, которыми расстояние измеряют путём укладки мерного прибора в створе измеряемой линии. Дальномеры применяют оптические и светодальномеры.
Мерные ленты типа ЛЗ изготавливают из стальной полосы шириной до 2,5 см и длиной 20, 24 или 50 м. Наиболее распространены 20-метровые ленты. На концах лента имеет вырезы для фиксирования концов втыкаемыми в землю шпильками. На ленте отмечены метровые и дециметровые деления. Для хранения ленту наматывают на специальное кольцо. К ленте прилагается комплект из шести (или одиннадцати) шпилек.
Рулетки – узкие (до 10 мм) стальные ленты длиной 20, 30, 50, 75 или 100 м с миллиметровыми делениями. Для высокоточных измерений служат рулетки, изготовленные из инвара – сплава (64% железа, 35,5% никеля и 0,5% различных примесей), имеющего малый коэффициент линейного расширения. Для измерений пониженной точности применяют тесьмяные и фиберглассовые рулетки.
Компарирование . До применения мерных приборов их компарируют. Компарированием называется сравнение длины мерного прибора с другим прибором, длина которого точно известна.
Для компарирования ленты ЛЗ на ровной поверхности (например, досчатой, каменной) с помощью выверенной образцовой ленты отмеряют отрезок номинальной длины (20 м) и укладывают на том же месте проверяемую рабочую ленту. Совместив нулевой штрих ленты с началом отрезка, закрепляют конец ленты в этом положении. Затем ленту растягивают и линеечкой измеряют величину несовпадения конечного штриха ленты с концом отрезка, то есть отличие Dl длины ленты от номинала. В последующем эту величину используют для вычисления поправок за компарирование . Ими исправляют результаты измерений лентой. Если Dl не превышает 1-2 мм, поправкой за компарирование пренебрегают.
Для компарирования ленты в полевых условиях на ровной местности закрепляют концы базиса. Базис измеряют более точным прибором (светодальномером, рулеткой или лентой, проверенной на стационарном компараторе), а затем компарируемой лентой. Из сравнения результатов измерений получают поправку Dl . Измерения выполняют несколько раз и за окончательный результат принимают среднее.
Рулетки, предназначаемые для высокоточных измерений, компарируют на стационарных компараторах, где по результатам проверки длины ленты при разных температурах выводят уравнение её длины:
l = l 0 + Dl + a l 0 (t- t 0 ). (8.1)
Здесь l - длина ленты при температуре t ; l 0 - номинальная длина; Dl - поправка к номинальной длине при температуре компарирования t 0 ; a - температурный коэффициент линейного расширения. Для новых рулеток уравнение длины указывают в паспорте прибора.
Вешение линии. Перед измерением длины линии на её концах устанавливают вехи. Если длина линии превышает 100 м или на каких-то её участках не видны установленные вехи, то в их створе ставят дополнительные вехи (створом двух точек называют проходящую через них вертикальную плоскость). Вешение обычно ведут «на себя». Наблюдатель становится на провешиваемой линии у вехи A (рис. 8.1, а ), а рабочий по его указаниям ставит веху 1 так, чтобы она закрыла собой веху B . Таким же образом последовательно устанавливают вехи 2, 3 и т. д. Установка вех в обратном порядке, то есть «от себя», является менее точной, так как ранее выставленные вехи закрывают видимость на последующие.
![]() |
Рис. 8.1. Вешение линии: а – “на себя”; б – через препятствие; в – то же (вид в плане). |
Если точки A и B недоступны или между ними расположена возвышенность (рис. 8.1, б , в ), то вехи ставят примерно на линии AB на возможно большем расстоянии друг от друга, но так, чтобы в точке C увидеть вехи B и D , а в точке D - вехи A и C . При этом рабочий в точке C по указаниям рабочего в точке D ставит свою веху в створ линии AD . Затем рабочий в точке D по указаниям рабочего в точке C переносит свою веху в точку D 1 , то есть в створ точек C и B . Затем из точки С веху переносят в точку С 1 и так далее до тех пор, когда обе вехи окажутся в створе AB .
Измерение длин линий лентой. Ориентируясь по выставленным вехам, два мерщика откладывают ленту в створе линии, фиксируя концы ленты втыкаемыми в землю шпильками. По мере продвижения измерений задний мерщик вынимает из земли использованные шпильки и использует их для подсчета числа отложенных лент. Измеренное расстояние равно D= 20n+r , где n - число отложенных целых лент и r – остаток (отсчет по последней ленте, меньший 20 м).
Длину измеряют дважды - в прямом и обратном направлениях. Расхождение не должно превышать 1/2000 (при неблагоприятных условиях - 1/1000). За окончательное значение принимают среднее.
Введение поправок. Измеренные расстояния исправляют поправками за компарирование, за температуру и за наклон.
Поправка за компарирование определяется по формуле
Dk = n Dl ,
где Dl - отличие длины ленты от 20 м и n - число уложенных лент. При длине ленты больше номинальной – поправка положительная, при длине меньше номинальной – отрицательная. Поправку за компарирование вводят в измеренные расстояния, если Dl > 2 мм.
Поправка за температуру определяется по формуле
Dt = aD (t -t 0 )
гдеa - термический коэффициент расширения (для стали a = 0,0000125); t и t 0 - температура ленты во время измерений и при компарировании. Поправку Dt учитывают, если ½t -t 0 ½>10°.
Поправка за наклон вводится для определения горизонтального проложения d измеренного наклонного расстояния D
d = D cosn , (8.2)
где n - угол наклона. Вместо вычисления по формуле (8.2) можно в измеренное расстояние D ввести поправку за наклон: d =D +Dn, где
Dn
= d - D = D
(cosn -
1) = -2D
sin2
. (8.3)
По формуле (8.3) составляют таблицы, облегчающие вычисления.
Поправка за наклон имеет знак минус. При измерениях лентой ЛЗ поправку учитывают, когда углы наклона превышают 1°.
Если линия состоит из участков с разным уклоном, то находят горизонтальные проложения участков и результаты суммируют.
Углы наклона, необходимые для приведения длин линий к горизонту, измеряют эклиметром или теодолитом.
Эклиметр имеет внутри коробки 5 (рис. 8.2, а) круг с градусными делениями на его ободе. Круг вращается на оси и под действием укреплённого на нём груза 3 занимает положение, при котором нулевой диаметр круга горизонтален. К коробке прикреплена визирная трубка с двумя диоптрами - глазным 1 и предметным 4.
![]() |
Рис. 8.2. Эклиметр: а – устройство; б – измерение угла наклона
Для измерения угла наклона n в точке B (рис. 8.2, б) ставят веху с меткой M на высоте глаза. Наблюдатель (в точке A ), глядя в трубку 2 эклиметра, наводит её на точку M и нажатием кнопки 6 освобождает круг. Когда нулевой диаметр круга примет горизонтальное положение, против нити предметного диоптра 4 берут отсчёт угла наклона. Точность измерения угла эклиметром 15 - 30¢.
Поверку эклиметра выполняют измерением угла наклона одной и той же линии в прямом и обратном направлениях. Оба результата должны быть одинаковы. В противном случае надо переместить груз 3 в такое положение, при котором отсчёт будет равен среднему из прямого и обратного измерений.
Точность измерений лентой в разных условиях различна и зависит от многих причин - неточное укладывание ленты в створ, ее непрямолинейность, изменения температуры ленты, отклонения угла наклона ленты от измеренного эклиметром, неодинаковое натяжение ленты, ошибки фиксирования концов ленты, зависящие от характера грунта и др.
Приближённо точность измерений лентой ЛЗ считают равной 1:2000. При благоприятных условиях она в 1,5 – 2 раза выше, а при неблагоприятных – около 1:1000.
Измерение расстояний рулетками . Измерения рулеткой, выполняемые для составления плана местности, аналогичны измерениям лентой ЛЗ. Для измерений с более высокой точностью, необходимой, например, в разбивочных работах, выполняемых при строительстве сооружений, измеряемую линию расчищают, выравнивают и разбивают на отрезки по длине рулетки, забивая в створе линии до уровня земли колья и отмечая створ втыкаемыми в них иглами или ножами. При неровной поверхности на неё укладывают доски или даже делают мостки. Для измерения пролёта между соседними иглами (ножами) рулетку укладывают вдоль пролёта и натягивают с той же силой (50 или 100 H ), что и при компарировании, используя для этого динамометр. Отсчёты по рулетке берут одновременно по команде против двух игл (лезвий ножей). Длину пролёта di определяют по формуле
di = П-З,
где П и З - передний (больший) и задний отсчёты по шкале рулетки. Полученный результат исправляют поправками за компарирование и температуру, используя уравнение длины рулетки (8.1).
Если линия имеет наклон, необходимо учесть поправку
,
где h - превышение между концами пролёта, измеряемое нивелиром.
Длина линии определится как сумма длин пролётов. Относительные ошибки расстояний при такой методике измерений 1:5000 - 1:10000.
27
8.3. Нитяный дальномер
Теория нитяного дальномера. Зрительные трубы многих геодезических приборов снабжены нитяным дальномером. Сетка нитей зрительной трубы, кроме основных штрихов (вертикальных и горизонтальных), имеет дальномерные штрихи a и b (рис. 8.4, а). Расстояние D от оси вращения прибора MM (рис. 8.4, б) до рейки AB равно
D = L + f + d ,
где L - расстояние от фокуса объектива до рейки; f - фокусное расстояние; d - расстояние между объективом и осью вращения прибора.
Лучи, идущие через дальномерные штрихи сетки a и b параллельно оптической оси, преломляются объективом, проходят через его фокус F и проецируют изображения дальномерных штрихов на точки A и B, так что дальномерный отсчёт по рейке равен n. Обозначив расстояние между дальномерными штрихами p, из подобных треугольников ABF и a¢b¢F находим L = n f / p. Обозначив f / p = K и f + d = c , получаем
D = K n + c ,
где K - коэффициент дальномера и c - постоянная дальномера.
Рис. 8.4. Нитяный дальномер: а) – сетка нитей; б) – схема определения расстояния
При изготовлении прибора f и p подбирают такими, чтобы K=100, а постоянная c была близкой к нулю. Тогда D = 100 n.
Точность измерения расстояний нитяным дальномером » 1/300.
Определение горизонтального проложения линии, измеренной нитяным дальномером. При измерении наклонной линии отсчёт по рейке это отрезок n = AB (рис. 8.5). Если бы рейку наклонить на угол n, то отсчёт был бы равен n0 = A0 B0 = n cosn и наклонное расстояние D=Kn0 +c = Kn×cosn+c.
Рис. 8.5. Измерение нитяным дальномером наклонного расстояния
Умножив наклонное расстояние D на cosn, получим горизонтальное расстояние d = K n cos2 n + c cos n.
Прибавив и отняв с× cos2 n, после преобразований получим
d = (Kn + с) cos2 n + 2c cosn sin2 (n¤2).
Вторым слагаемым по его малости пренебрежем. Получим
d = (Kn + с) cos2 n .
Вычисления упрощаются, если воспользоваться составленными с использованием этой формулы «Тахеометрическими таблицами».
28
Если препятствие (река, обрыв, здание) делает расстояние недоступным для измерения лентой, то его измеряют косвенным методом.
Так, для определения недоступного расстояния d измеряют лентой длину базиса b (рис. 8.3, а, б) и углы a и b . Из DABC находят
d = b sin a / sin (a + b),
гдеучтено, что sin g = sin (180°-a-b) = sin (a + b).
Рис. 8.3. Определение недоступного расстояния
Для контроля расстояние d определяют ещё раз из треугольника ABC 1 ипри отсутствии недопустимых расхождений вычисляют среднее.
29
Классификация ошибок
измерений. Св-ва случайных ошибок.
Под измерением физической величины X понимают процесс сравнения этой величины с другой, однородной с ней величиной q, принятой в качестве меры - единицы измерения. Например, длину отрезка линии местности сравнивают с единицей линейных измерений - метром; горизонтальный угол, образованный отрезками линий на местности, сравнивают с градусом, градом, радианом.
Измерения различают:
- прямые;
- косвенные;
- равноточные;
- неравноточные.
Под прямыми измерениями понимают такие, при которых определяемую величину получают путём непосредственного сравнения (сопоставления) её с единицей измерения или её производной. Например, длина отрезка линии измеряется стальной лентой или горизонтальный угол на местности измеряется теодолитом, а на бумаге транспортиром и т.д.
Косвенными называют измерения, определяемая величина в которых является функцией других непосредственно измеренных величин. Так, для определения длины окружности или площади круга необходимо непосредственно измерить радиус окружности.
Равноточными называют измерения, выполненные приборами одного класса точности, специалистами равной квалификации, по одной и той же технологии, в идентичных внешних условиях. При несоблюдении хотя бы одного из перечисленных условий измерения считаются нерав ноточными.
Результатом измерения 1 является число, показывающее, во сколько раз определяемая величина больше или меньше величины, с которой её сравнивали, т.е. величины, принятой за единицу измерения.
Результаты измерений подразделяют на необходимые и добавочные (или избыточные). Так, если одна и та же величина (длина линии, угол треугольника и т.п.) измерена n раз, то один из результатов измерений является необходимым, а (n-1) - добавочными. Добавочные измерения имеют весьма важное значение: их сходимость является средством контроля и позволяет судить о качестве результатов измерений; они дают возможность получить наиболее надежное значение искомой величины по сравнению с любым отдельно взятым результатом измерения.
Все используемые в геодезии величины получают из измерений
или из вычислений функций измеренных величин. Сравнение какой-либо величины с принятой единицей называют измерением, а полученное при этом численное значение - результатом измерения. В процессе измерения участвуют объект измерения, измерительный прибор, оператор (наблюдатель) и среда, в которой выполняют измерения. Из-за несовершенства измерительных приборов, оператора, изменения среды и измеряемого объекта во времени результаты измерений содержат ошибки. Ошибки подразделяют на грубые, систематические и случайные.
Грубые ошибки возникают вследствие неисправности прибора, небрежности наблюдателя или аномального влияния внешней среды. Контроль работ позволяет выявить и устранить грубые ошибки из результатов измерений.
Систематические ошибки являются результатом действия одного или группы факторов и могут быть выражены функциональной зависимостью между факторами и результатом измерения. Необходимо найти эту функциональную зависимость и с ее помощью определить и исключить основную часть систематической ошибки из результата измерения, чтобы остаточная ошибка была пренебрегаемо малой.
Случайные ошибки неизвестны для конкретного результата измерения, зависят от точности прибора, квалификации оператора, неучтенного влияния внешней среды; их закономерность проявляется в массе. Случайные ошибки не могут быть устранены из результата конкретного измерения, их влияние можно только ослабить путем повышения количества и качества измерений и соответствующей математической обработкой результатов измерений. Случайные ошибки имеют следующие свойства:
1) по абсолютной величине они не превосходят определенного предела;
2) положительные и отрицательные их значения равновозможны;
3) малые по абсолютной величине случайные ошибки встречаются чаще, чем большие;
4) среднее арифметическое значение случайных ошибок при неограниченном увеличении числа измерений стремится к нулю (свойство компенсации случайных ошибок), т.е.
7 Измерения,выполняемые в инженерной геодезии,их погрешности(ошибки).
Измерение-сравнение с эталоном принятым за едтин меры.
Измерения:непосредственные,косвенные,необходимые,избыточные.
Измерения в геодезии рассматриваются с двух точек зрения: количественной, выражающей числовое значение измеренной величины,и качественной — характеризующ её точность.Ошибка-отклонение измеряемой величины от истинного значения или отклонение от надежного знач. Если обозначить истинное значение измеряемой величины X а результат измерения L то истинная ошибка измерения ∆ опред из выражения ∆= L-X.Ошибки, происходящие от отдельных факторов, наз элементарными.По характеру действия ошибки бывают грубые систематические и случайные. По источнику происхождения различают ошибки приборов, внешние и личные.
8 Классификация погрешностей (ошибок).
Грубыми наз ошибки превосходящие по обсолютной величине некоторый, установленный для данных условий измерений предел. Ошибки которые по знаку или величине однообразно повторяются в многократных измерениях наз систематическими. Случайные ошибки — это ошибки, размер и влияние которых на каждый отдельный результат измерения остается неизвестным.По источнику происхождения различают ошибки приборов, внешние и личные. Ошибки приборов обусловлены их несовершенством, например, ошибка в угле, изм теодолитом, ось вращения которого неточно приведена в вертикальное положение. Внешние ошибки происходят из-зи влияния внешней среды, в которой протекают измерения. Личные ошибки связаны с особенностями наблюдателя.
9 Свойства случайных погрешностей. Средняя квадратическая погрешность.
Свойства случайных погрешностей:1они не превосходят определенного предела
∆≤3m,2равные по величине,но противоположные по знаку встречаются одинаково часто3малые погрешности чаще встречаются чем большие4среднее арифметическое стремится к 0 при неограниченном возрастание n.Cредняя квадратическая ошибка m, вычисл по формуле m= √(∆2 /n) где n число измерений данной величины. Эта формула применима для случаев, когда известно истинное значение измеряемо
17. Виды ошибок при измерениях.
Грубые погрешности
Систематические погрешности (лямбда) — которые в результаты измерений входят по определенной математической зависимости
Случайные погрешности — величину и знак которых предсказать точно до измерения невозможно:
1) В данных условиях измерений случайные погрешности по абсолютной величине не превышают определённого предела;
2) Положительные и отрицательные случайные погрешности равновозможны;
3) Малые по абсолютной величине случайные погрешности встречаются чаще, чем больше;
4) Средние арифметические из случайных погрешностей стремится к нулю при неограниченном числа измерений.
Виды погрешностей измерений,
их классификация измерения в геодезии рассматриваются с двух точек зрения: количественной и качественной, выражающей числовое значение измеренной
29-04-2015, 01:04