Теодолиты

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3
1.Теодолиты. Общие сведения, методы измерений, поверки прибора
1.1 Устройство и классификация теодолитов…………………………………4
1.2 Способы измерения углов теодолитом…………………………………..7
1.3 Поверки теодолита………………………………………………………….12
Заключение……………………………………………………………………….17
Список использованных источников………………………………………….18

Введение

Необходимость в угловых измерениях возникла, когда люди впервые
захотели получить количественные характеристики положения небесных
объектов для практических нужд, в настоящее время угловые измерения
широко используются в строительстве, в топографии, геодезических и
маркшейдерских работах, поэтому тема реферата, связанная с теодолитами
- основными приборами для измерения горизонтальных и вертикальных
углов является актуальной.
Объектом исследования в работе является теодолит, предметом –
устройство и поверки данного прибора, методы измерения углов.
Цель работы – рассмотреть назначение, устройство, классификацию
теодолитов, основные методы измерений углов данным прибором.
В соответствии с поставленной целью, задачами работы являются:
1) изучение устройство и классификации современных теодолитов;
2) анализ способ измерения горизонтальных углов теодолитом;
3) исследование основных поверок теодолита
Методы исследования: анализ, синтез, дедукция, описание.

1.Теодолиты. Общие сведения, методы измерений, поверки
прибора

1.1 Устройство и классификация теодолитов

Геодезические средства угловых измерений технической точности
представлены приборами, получившими название теодолитов. Это название
ввел в XVI веке англичанин Диггс, и хотя после его прибора достаточно
долго широко использовались квадранты и астролябии, именно это название
прижилось для современной категории средств угловых измерений [5]
Теодолит - это угломерный прибор, предназначенный для
измерения горизонтальных и вертикальных углов в топографии,
строительстве, геодезических и маркшейдерских работах, а также для
измерения магнитных азимутов буссолью [2]
Теодолит имеет нитяной дальномер с помощью которого можно
определять расстояния до пикетов при тахеометрической съемки.
Общая схема современного теодолита представлена на рисунке 1

Рисунок 1 – Общая схема теодолита

Подставка 1 имеет подъемные винты 2 для изменения наклона прибора

(горизонтирования); на ней соосно размещен лимб 3 с нанесенными на нем
делениями; над лимбом также соосно расположена алидада 4 с колонками 5
горизонтального круга, на которой размещены уровень 6 для
горизонтирования прибора.
В верхней части колонок алидады находится алидада вертикального
круга 7 и лимб вертикального круга 8 с нанесенными делениями для
измерения вертикальных углов. Соосно с лимбом и алидадой, но жестко
скрепленной только с лимбом находится визирное приспособление 9
(например, зрительная труба).
При измерениях прибором различают два положения: когда
вертикальный круг на колонке находится с левой стороны – положение
круг лево (КЛ), когда справа – круг право (КП).
Очевидно, чтобы прибор выполнял свои функции, все его части
должны работать согласованно. Для этого вводят ряд осей прибора, которые
можно разделить на геометрические, механические и оптические.
Эти оси в совокупности образуют каркас прибора и позволяют
привести его в функциональное (рабочее) состояние.
К основной, которая является смешанной в системе осей, относят:
ось вращения прибора V-V 1 , ось вращения трубы V 2 -V 3 , ось цилиндрического
уровня V 4 -V 5 , визирная ось трубы V 6 -V 7 .
Визирная ось трубы, это оптическая ось, проходящая через фокусы
оптической системы и центр сетки нитей
В качестве основной классификации выделим деление теодолитов по
точности, на основании которой приборы делятся на: технические,
точные и высокоточные.
Теодолиты технической точности имеют точность измерения углов от
10 до 30’’; точные теодолиты имеют точность от 2 до 5’’, высокоточные –
точность менее 2’’; согласно существующему стандарту теодолиты
маркируются буквой Т или сокращением, начинающимся с этой буквы –
Theo, Th и т.д.

Следующая цифра всегда показывает точность в секундах
однократного измерения угла; по существующим стандартам к теодолитам
технической точности относят: Т30 и Т15, соответственно с точностью
измерения угла в 30 и 15’’.
К точным теодолитам относят Т5, Т2 с погрешностями
соответственно в 5 и 2’’, а к высокоточным – Т1 и Т05 с точностью в 1 и
0,5’’. Два последних класса в топографии не используются [4]
Литера М в маркировке теодолита означает, что данный прибор
может быть использован в маркшейдерстве, для работы в шахтах или
тоннелях. Пример маркшейдерского теодолита: ОТ-02М
Литера К в маркировке теодолита например Т5К означает
наличие компенсатора, заменяющего уровня.
Литера П в маркировке теодолита например 2Т30П означает, что
прибор имеет зрительную трубу с прямым изображением
Литера А в маркировке теодолита означает, что прибор имеет
автоколлимационный окуляр, а литера Э – что прибор электронный.
Еще во второй половине ХХ века теодолиты делили по материалу из-
готовления кругов: металлические (типа ТТ5) и стеклянные, из которых
потом получились современные оптические теодолиты с оптической
системой снятия отсчетов.
Также выделяли простые теодолиты – лимб жестко скреплен с
подставкой (основная изначальная модель) и повторительные, когда лимб и
алидада могут вращаться как вместе так и по отдельности.
Если рассматривать строго, то теодолит – прибор только для измерения
углов. Если же он имел встроенные приспособления, например, для
измерения расстояний, магнитных азимутов, то такой прибор ранее называли
теодолит-тахеометр (например, ТТ5) и маркировали аббревиатурой ТТ.
Следующие за точностью буквы в маркировке теодолита говорят о
наличии каких-либо дополнительных устройств в приборе; например, ТТП
– теодолит-тахеометр проектировочный, имеет насадку для визирования на

большие расстояния и накладной уровень на трубе для более точного
горизонтирования визирной оси; Т5К – точный теодолит с компенсатором
при вертикальном круге для сохранения места нуля при любом наклоне
трубы; 3Т30П – теодолит технической точности с прямым изображением,
так как все базовые модели с маркировкой Т имеют обратное (перевернутое)
изображение в поле зрения трубы и только в их последующих
модификациях 2Т, 3Т, 4Т исправили этот недостаток.

1.2 Способы измерения углов теодолитом

Чтобы измерить углы теодолитом необходимо:
1) Совместить вертикальную ось вращения теодолита с вершиной
измеряемого угла с использованием поверенного нитяного отвеса –
выполнить центрирование;
2) Привести лимб прибора в горизонтальное положение, используя
цилиндрический уровень, то есть выполнить его горизонтирование
(нивелирование).
3. Получить отсчеты на точки образующие угол и по ним вычислить
значение определяемого угла. Обязательно должен быть контроль
измерений.
Эти пункты характерны как для измерения горизонтального, так и
вертикального угла. Основное отличие в пункте 3, когда различные
комбинации дают нам разные методы измерений.
При измерении горизонтальных углов в геодезии выделяют четыре
способа: способ приемов; способ приемов со сбитием лимба; способ
повторений; способ круговых приемов [3]
Наибольшее распространение получил способ приемов, несколько
меньшее – способ повторений
Измерение углов способом приемов.
Способ приемов используется, когда необходимо измерить отдельный

горизонтальный угол. При этом выполняются первых два пункта, а
последовательность снятия отсчетов следующая:
– визируют и снимают отсчет на правое направление угла (рисунок 2) и
снимают отсчет при круге лево (КЛ1);
– визируют и снимают отсчет на левое направление угла и снимают
отсчет при круге лево (КЛ3);
– переводят круг на правый, визируют и снимают отсчет на это же
левое направление угла при круге право (КП3);
– возвращаются к исходному направлению, визируют и снимают отсчет
на правое направление угла при круге право (КП1).

Рисунок 2 – Схема измерения горизонтального угла способом
приемов

При такой схеме измерений углов общее значение угла складывается
из двух значений, полученных по общему правилу, но при двух положениях
вертикального круга (двух полуприемов):
β 1 = КЛ 1 - КЛ 3
β 2 = КП 1 - КП 3
Таким образом, производится двойной контроль измерений: по
отсчетам и по значению угла из полуприемов; кроме того, измерения при
разных кругах, то есть на диаметрально противоположных участках лимба
позволяет исключить при определенных условиях влияние ряда
инструментальных погрешностей [4]
Два полуприема образуют полный прием.
Следует отметить, что точки в геодезии маркируются колышками, с
помеченной на торце вершиной угла (крестовой шуруп, чернильный крест
и т.д.). Реже используются крестовые марки на конструкциях. Так как
расстояние между прибором и точкой достаточно большое и много
естественных помех, то часто используют шпильки для измерения длин
(проволоки примерно 3х300 мм) для удобства визирования.
При этом острие шпильки помещается в вершину угла и каким-либо
образом закрепляется, или втыкается в землю спереди или сзади, строго по
линии визирования (рисунок 3, а).
При достаточно высоких естественных помехах используют вехи
–деревянные или полые железные цилиндры толщиной примерно в 2 см,
высотой 1,5 м. Вехи (рисунок, б) размещают по отношению к вершине
измеряемого угла, так же как и шпильки.

Рисунок 3 – Методы визирования: а – на шпильки, б – на вехи

Следует иметь в виду, что если возможно, то наведение сеткой нитей
(рисунок 4) производится как можно ближе к марке, во избежание влияния
наклона вехи.

Рисунок 4 – Визирование на веху

Результаты измерений записывают в стандартный журнал, в котором
производят все измерений и контроли.
Например, для рисунка 2 журнал измерений может быть оформлен
по образцу таблицы 1
Таблица 1 –Журнал измерений горизонтальных углов

В журнале значения в скобках означают номера отсчетов по порядку,
а в 5 колонке – порядок вычисления угла из полуприема:
β 1 = (1) – (2) = 76° 51' – 22° 33' = 54° 18'
β 2 = (4) – (3) = 256° 52' – 202° 33' = 54° 19'
Так как контроль по углам из полуприема выполнен, разница не более
1', то можно брать среднее: 54° 18,5'.
Контроль по отсчетам также выполнен: разность между отсчетами (1) и
(4) (то есть на одну точку при разных кругах) 180° и 1', а между (2) и (3)

ровно 180°. Колебание разностей в 1' и дало расхождение в углах из
полуприема также равное 1'
Измерение углов способом повторений
Если есть необходимость несколько повысить точность измерений
теодолитом 2Т30, например, до 20", то можно использовать способ
повторений, который выполняется следующим образом:
1)Наводим сетку нитей на левую марку при одном из кругов и снимаем
отсчет А нач .
2)Отжав алидаду, обычным способом наводим на правую марку, но
отсчет не снимаем. Отжав лимб и действуя наводящим винтом лимба опять
наводим на левое направление не снимая отсчета. Эти действия повторяют 2
раза, а в конце второго раза, при наведении на правое направление, снимают
конечный отсчет, А кон .
3)Взяв разность между конечным и начальным отсчетом, и поделив ее
на количество возвращений плюс один, получают значение угла из
полуприема, которое округляется до 20".
Второй полуприем выполняется также, но при другом круге. Если их
отличие не более 40", то берут среднее и способ закончен.
Очевидно, что при возвращении алидады на левое направление при
отжатом лимбе, ноль лимба каждый раз смещается на величину измеряемого
угла (рисунок 5).

Рисунок 5 Схема измерения углов способом повторений

Сделав два возвращения, между конечным и начальным отсчетами, мы
будем иметь утроенное значение угла (два из возвращений плюс сам угол),
который и вычисляется с повышенной точностью.
Увеличить точность измерения угла теодолитом Т30 можно путем
увеличения числа приемов в способе приемов. При этом нет необходимости
выполнять более 3 приемов.
Способ круговых приемов
Способ круговых приемов используется, если с одной вершины
выходит более 2 направлений и требуется получить значения углов между
некоторыми (или всеми) из них. В этом случае поступают следующим об
разом. Установив теодолит над точкой, визируют последовательно на все
направления по ходу часовой стрелки и берут отсчеты.
Последнее наведение делают на начальное направление, чтобы
убедиться в неподвижности лимба. Величина несовпадения этих отсчетов
называется незамыканием горизонта и на нее накладывается допуск.
Допустимое незамыкание определенным образом распределяется по
другим направлениям.
Эти действия составляют первый полуприем. Во втором полуприеме
меняют круг, переводя трубу через зенит, и последовательно визируют на все
направления, но в обратном направлении – против хода часовой стрелки. В
зависимости от требуемой точности выполняют разное число приемов [5]

1.3 Поверки теодолита

Поверки установки содержат поверку цилиндрического уровня и
поверку равновеликости подставок.
Поверки визирования содержат поверки сетки нитей, коллимационной
погрешности и места нуля. Из дополнительных устройств, при
необходимости использования, поверяют или исследуют нитяной отвес,
уровень при зрительной трубе, нитяной дальномер и ориентир-буссоль.

Поверка цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга.
Геометрическое условие: Ось цилиндрического уровня при алидаде
горизонтального круга должна быть перпендикулярна к вертикальнойоси
вращения прибора.
Устанавливаем уровень параллельно линии, соединяющей любую пару
подъемных винтов подставки, например, положение а (рисунок 6), и, вращая
винты в противоположные стороны, выводим пузырек уровня в нуль-пункт.
Поворачиваем алидаду на 180°, положение б, и определяем величину
отклонения пузырька от нуль-пункта в делениях ампулы п. Если величина
отклонения не более 1 –1,5 деления, то делается вывод о выполнении
условия. При большем отклонении поверку желательно повторить хотя бы
еще раз, чтобы убедиться, что уровень разъюстирован.

Рисунок 6 - Поверка цилиндрического уровня

Если уровень разъюстирован, исправляют положение пузырька при
помощи исправительного винта уровня на половину величины отклонения,
то есть на 0,5n. Следует иметь в виду, что уровень в ампуле передвигается
слева направо при вращении исправительных винтов по часовой стрелке.
Окончательно в нуль-пункт пузырек приводят подъемными винтами
подставки теодолита. Поверка повторяется еще раз [8]
Поверка равновеликости подставок.
Геометрическое условие: Ось вращения зрительной трубы должна быть
перпендикулярна к вертикальной оси теодолита.
Порядок выполнения: Установив теодолит на расстоянии 2 – 3 м от

стены, приводят его в горизонтальное положение. Под углом в 25 – 30°
выбирают точку на стене. Свизировав на точку при одном из кругов,
опускают трубу прибора приблизительно до горизонтального уровня и
отмечают на стенке точку в центре сетки нитей. Поменяв круг прибора и
наведя на верхнююточку, снова наклоняем трубу вниз и определяем
величину смещения центра сетки нитей относительно отмеченной точки по
биссектору. Разность между значениями смещений не должна превышать 0,5
ширины биссектора [7]
Поверка сетки нитей.
Геометрическое условие: Вертикальная нить сетки нитей должна быть
отвесна (или, вертикальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна к
горизонтальной оси вращения теодолита).
Выполнение: Приведя вертикальную ось теодолита в отвесное
положение, наводят зрительную трубу на нить свободно висящего отвеса (см.
рисунок 7). Если нить сетки совпадает с нитью отвеса, то условие выполнено.

Рисунок 7 – Схема поверок сетки нитей: а –условие выполняется; б
–условие не выполняется

Положение сетки нитей исправляют поворотом диафрагмы с сеткой
вокруг визирной оси трубы после ослабления закрепительных винтов трубы
до совпадения нитей отвеса и сетки. После исправления винты закрепляют.
Поверка коллимационной погрешности.
Геометрическое условие: Визирная ось трубы должна быть
перпендикулярна к горизонтальной оси вращения теодолита, т.е. плоскости

визирования должны быть отвесны. Очевидно, что отсчеты при разных
кругах на одну точку должны отличаться ровно на 180°, а отклонение от 180°
будет равно двойной коллимационной погрешности [6]
Выполнение: Установив с помощью уровня ось вращения теодолита в
отвесное положение, наводят центр сетки нитей на удаленную четкую цель,
расположенную примерно на одной высоте с теодолитом, и берут отсчеты по
горизонтальному кругу КЛ1 и КП1.

Рисунок 8 - Схема возникновения коллимационной погрешности

Затем, освободив лимб, поворачивают теодолит на 180°, приводят ось
вращения теодолита в отвесное положение и наведя центр сетки нитей на ту
же точку, получают отсчеты по горизонтальному кругу КЛ2 и КП2.
Уточненное значение коллимационной погрешности С вычисляют по
формуле:
С= ((КЛ 1 -КП 1 +180 0 )+(КЛ 2 -КП 2 +180 0 ))/4
Если величина С превышает установленный для прибора допуск, то
вычисляют отсчет по лимбу, свободный от коллимационной ошибки:
КП испр +КП+С
Затем наводящим винтом алидады устанавливают на лимбе
горизонтального круга вычисленный отсчет. При этом центр сетки нитей
зрительной трубы сместится с изображения точки, так как визирная ось
повернется на угол С.

Действуя боковыми исправительными винтами сетки нитей, при
слегка расслабленных вертикальных винтах, совмещают центр сетки нитей с
изображением точки.
Определение погрешности места нуля М0.
Геометрическое условие: Место нуля должно равняться нулю, или
быть близкой к нему величиной.
После приведения оси вращения прибора в отвесное положение при
двух положениях трубы наводят визирную ось на одну и ту же четкую точку.
Приводят в середину пузырек уровня на горизонтальном круге при помощи
одного из подъемных винтов подставки и берут отсчеты по вертикальному
кругу при КЛ и КП. Значение М0 вычисляют по формулам:
– для теодолита Т30: М0 = (КП + КЛ ±180°)/ 2,
– для теодолита 2Т30: М0 = (КЛ+КП)/2
Если величина М0 превышает допуск, равный двойной точности
прибора (1’ для теодолитов серии Т30), то вычисляют исправленный отсчет
равен углу наклона ν, который и выставляется наводящим винтом по шкале
вертикального круга. При этом пузырек уровня на горизонтальном круге
должен находиться в нуль-пункте. Очевидно, что центр сетки нитей
сдвинется с точки по вертикали.
Затем, действуя вертикальными исправительными винтами при сетке
нитей со слегка расслабленными горизонтальными винтами, смещают сетку
так, чтобы ее горизонтальная нить опять совпала с изображением точки
визирования.

Заключение

На основании проведенного исследования по теме реферата мною
было:
1) изучено устройство и классификация теодолитов, поверки и
основные методы измерения углов данным прибором;
2) сформированы следующие выводы:
а) теодолит - угломерный прибор, предназначенный для измерения
горизонтальных и вертикальных углов в топографии, строительстве,
геодезических и маркшейдерских работах, а также для измерения
магнитных азимутов буссолью;
б) Для получения с помощью теодолита неискаженных результатов
измерений, все его механические и оптические системы должны быть
качественно собраны и соответствующим образом ориентированы в
пространстве друг относительно друга; для выявления инструментальных
ошибок оптических и механических систем прибора выполняют поверки, а
устраняют их юстировкой;
в) основными методами измерений углов в теодолите являются
способ приемов, повторений, круговых приемов.
Способ приемов используется для измерения отдельного угла,
способ повторений - для повышения точности измерения угла; способ
круговых приборов - на пунктах где три и больше направлений (
например – на узловых точках теодолитных ходов)
Список использованных источников

1. ГОСТ 10529-96  «Теодолиты. Общие технические условия»
2. Геодезия / А.Г. Юнусов и др. - М.: Академический Проект,
Гаудеамус, 2011. - 416 c.
3. Геодезия / Е.Б. Клюшин и др. - М.: Академия, 2012. - 496 c.
4. Геодезия и картография на современном этапе развития. 1919-1989. - М.:
Недра, 1989. - 184 c.
4. Геодезия. Учебник / А.Г. Юнусов и др. - М.: Академический Проект,
Трикста, 2015. - 416 c.
5. Дитц, О. Г. Геодезия / О.Г. Дитц. - М.: Издательство геодезической
литературы, 2002. - 332 c
6. Инженерная геодезия / Е.Б. Клюшин и др. - М.: Высшая школа, 2000.
- 464 c.
7. Инженерная геодезия и геоинформатика. Краткий курс. Учебник. -
М.: Лань, 2015. - 288 c.
8. Киселев, М. И. Геодезия. Учебник / М.И. Киселев, Д.Ш. Михелев. -
М.: Академия, 2014. - 384