ИССЛЕДОВАНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО УГЛА ЭЛЕКТРОННЫМИ ТАХЕОМЕТРАМИ

STUDIES OF ERRORS IN MEASURING THE HORIZONTAL ANGLE WITH ELECTRONIC TOTAL STATIONS

Aida Satmukhambetova

master degree, General Сonstruction faculty, Kazakh Leading Academy of Architecture and Civil Engineering,

Kazakhstan, Almaty

Aleksandr Dubinin

candidate of technical sciences, associate professor Kazakh Leading Academy of Architecture and Civil Engineering,

Kazakhstan, Almaty

АННОТАЦИЯ

В настоящее время высотными (свыше 30 этажей) возводят только отдельные жилые коммерческие дома с квартирами бизнес-класса с присущей им узостью функциональных и конструктивных проблем. Возвращение к решению задач возведения специализированных и многофункциональных высотных зданий происходит практически с чистого листа. Внедрение новых методов и средств геодезических измерений должно сопровождаться и новой методикой обработки результатов измерений. Только комплексное решение задачи позволит добиться максимальной эффективности и будет отвечать современным требованиям.

ABSTRACT

Currently, only individual residential commercial buildings with business-class apartments with their inherent narrowness of functional and structural problems are built high-rise (over 30 floors). The return to solving the problems of constructing specialized and multifunctional high-rise buildings is almost from scratch. The introduction of new methods and tools for geodetic measurements should be accompanied by a new methodology for processing measurement results. Only a comprehensive solution to the problem will allow you to achieve maximum efficiency and meet modern requirements.

Ключевые слова: полуприемники; коллиматор; штатив; погрешность.

Keywords: semi-receivers; collimator; tripod; error.

Основой методики исследования погрешностей измерения горизонтального угла электронными тахеометрами является измерение горизонтального угла между двумя коллиматорами (рис. 1) 13 полуприемами (только при круге лево) с вращением между ними подставки на штативе через 300. 13 полуприемов условно называют циклом измерений. У современных тахеометров переставлять лимб между полуприемами, изменяя отсчеты по кругу электронным способом, не переставляя подставку на штативе не имеет смысла, потому что сам круг при этом не поворачивается, в отличие от оптических теодолитов, у которых, чтобы изменить отсчет по кругу, нужно повернуть лимб на соответствующий угол [1]

Рисунок 1. Схема измерений

В качестве коллиматоров использовались зрительные трубы теодолитов 4Т30П. Следует точно фокусировать их «на бесконечность», Иначе появится дополнительная погрешность в угле за изменение центрировки тахеометра на штативе. Разработано несколько вариантов фокусировки на бесконечность приборов,  не имеющих автоколлимационной сетки, в закрытом помещении. Подробно о каждом из них будет изложено ниже.

На верхней плоскости головки штатива закрепляют пластину с отверстием под становой винт с тем, чтобы обеспечить неизменность центрировки прибора при повороте подставки на штативе с точностью 1–2 мм (рис. 2).

Пластина сделана из дюралюминия и приклеена к штативу. Также на головку штатива приклеивают кольцо, вырезанное из картона. Картон смягчает повороты подставки на штативе и предохраняет её от преждевременного износа. Измерения выполняют циклами. В данной работе в одном цикле измерений содержится 13 полуприемов, производимых максимально быстро и однообразно.

Рисунок 2. Штатив для эксперимента

При измерениях в цикле нельзя подправлять горизонтирование, фокусировку и пользоваться винтом вертикальной наводки. Отсчет по горизонтальному кругу [2] на левый коллиматор устанавливают равным:

                                                                     (3.1)

где i – номер измерения в цикле

Измеряемый угол между двумя коллиматорами равен примерно 65 - 70º. Расстояние от тахеометра до коллиматоров не более 1 м. При обработке результатов измерений в одном цикле измерений находят среднее значение угла

                                                                        (3.2)

затем уклонения от среднего

                                                                     (3.3)

по которым строят график.

Выполнены исследования 16 электронных тахеометров различных марок и производителей. Для каждого тахеометра выполнялось 16 циклов измерений в разные дни, по четыре цикла в один день.

Исследования тахеометров проводились в комнате на объекте многоквартирного комплекса мкр-н Калкаман-2, в городе Алматы. Во время проведения экспериментов в помещении была постоянная температура воздуха около 29º С так, как основная экспериментальная часть прошла в летние месяцы. Потоки воздушных масс отсутствовали, так как помещение было без окон с центральной вентиляцией. Каждый тахеометр перед началом измерений около часа находился в помещении [3], чтобы прибор принял температуру окружающей среды. Пол в помещении бетонный. Внешние вибрации отсутствовали. Во время проведения измерений в помещении находились только участники эксперимента. Нельзя было громко разговаривать, вставать с рабочего места, ходить.

При измерениях тахеометром сила нажатия на измеряющую клавишу прибора была одинаковая и примерно с равными интервалами времени (30 сек.). Чтобы избежать смещений штатива по полу помещения, были применены специальные треугольники с отверстиями для ножек штатива.

При наведении на коллиматоры, в качестве которых использовались теодолиты 4Т30П, для лучшей видимости сетки нитей был изготовлен экран из листа белой бумаги, который подсвечивался электрической лампой в 100 Вт. Также на белый лист бумаги можно было направить блик от общего освещения при помощи рядом расположенного большого зеркала. Использование данной технологии гарантировало прекрасную видимость сеток нитей коллиматоров.

Все измерения автоматически записывались в память тахеометра. Для каждого блока измерений был создан новый проект. При помощи соответствующего программного обеспечения результаты измерений передавались на компьютер и экспортировались в Microsoft Excel. Далее с помощью специальных алгоритмов данные обрабатывались и представлялись в виде специальных таблиц и графиков, где можно было наглядно оценить итоги проведенного эксперимента.

В эксперименте использовано 16 электронных тахеометров с угловой точностью 1, 2, 3, 5, 6, 9". Перед началом измерений в каждом приборе устанавливалась минимальная дискретность отсчета по горизонтальному и вертикальному углам величиной от 0,1" до 1".

С целью привязки по направлению подставки тахеометра к выполненным 13 измерениям в цикле выполнялось одинаковое для всех приборов ориентирование подставки. Для первого измерения в цикле разъём для подсоединения кабеля скачивания информации устанавливался точно под серединой экрана, когда труба тахеометра наведена на левый коллиматор. Одновременно устанавливался отсчёт по горизонтальному кругу 0⁰ 00ʹ.

Перед началом каждого цикла измерений алидада тахеометра поворачивалась на 360º по часовой стрелке с несколько большим усилием и скоростью, чем при дальнейших измерениях. Это важная операция нужна для того, чтобы исключить возможные люфты у прибора и штатива.

Штатив исследуемого тахеометра выставлялся на такую высоту, чтобы при выполнении измерений зрительная труба тахеометра была в одной горизонтальной плоскости со зрительными трубами коллиматоров. Головка штатива должна занимать горизонтальное положение с тем, чтобы при вращении подставки на штативе не было необходимости подправлять горизонтирование прибора подъемными винтами.

Перед установкой тахеометра на штатив для приведения головки штатива в горизонтальное положение использовалась отдельная подставка с круглым уровнем, подъемные винты которой заранее по разработанной методике устанавливались в нужное положение. Подставка устанавливалась на штатив и, изменяя длину ножек штатива, пузырёк круглого уровня выводился на середину. Была также разработана специальная методика (см. п. 3.3) горизонтирования штатива и тахеометра с помощью только цилиндрического уровня тахеометра. В результате при любых положениях подставки на штативе и закреплённом становом винте пузырёк цилиндрического уровня не должен отклоняться от середины более, чем на 1÷2 деления. При этом электронный уровень тахеометра принудительно отключался

Все три прибора должны находиться на одинаковой высоте с точностью до 2–3 мм [4]. Для дополнительного контроля правильности установки высоты инструмента на расстоянии 4 метра был установлен еще один теодолит, горизонтальной нитью которого можно было навестись на середины зрительных труб двух коллиматоров и тахеометра. Отсчет по вертикальному кругу всех угломерных приборов выставлялся на 0º 00′.

При проведении эксперимента были выявлены следующие особенности: 1. Если начат новый цикл измерений, не допускается производить дополнительное фокусирование резкости изображения или сетки нитей электронного тахеометра.

2. Нельзя пользоваться наводящим винтом зрительной трубы, даже если произошло небольшое смещение по высоте.

3. Наблюдатель может либо неподвижно сидеть на стуле возле прибора, производя измерения, либо стоять, что менее желательно.

4. Штатив под исследуемым прибором должен иметь возможность регулироваться по высоте, так как электронные тахеометры различных производителей имеют разную высоту от основания подставки до уровня зрительной трубы.

5. При неточной фокусировке одного из приборов появляется параллакс. Если это явление заметно, следует прекратить измерения и исправить фокусировки приборов.

6. Четкость изображения выше у прибора с более высокой кратностью увеличения. Качество оптики также значительно влияет на фокусировку.

7. Становой винт штатива следует завинчивать с одинаковым небольшим усилием для всех измерений в циклах.

8. Наведение на измеряемый объект рекомендуется делать только вдоль горизонтальной нити и так, чтобы заканчивать наведение винтом на ввинчивание. Все повороты выполнять по часовой стрелке и однообразно.

9. Перестановку подставки выполняют в следующей последовательности. После окончания очередного измерения поворачивают алидаду на нужный отсчёт следующего измерения, отвинчивают становой винт, разворачивают против направления часовой стрелки подставку на штативе вместе с тахеометром так, чтобы зрительную трубу навести на левый коллиматор, завинчивают становой винт, аккуратно поворачивают алидаду влево на 20º÷30º, вновь наводят на левый коллиматор и делают измерения. Затем выполняют измерения на правый коллиматор, максимально аккуратно нажимая кнопку записи результатов.

Таким образом, достоинством описываемой в данном разделе методики является ее простота, возможность проведения любым пользователем в не специализированных условиях, невысокая стоимость конструктивных элементов, их доступность, надежность полученных данных.

Список литературы:

1. Нұрпейіcова М.Б. Геодезия. Алматы, «ЭВЕРО», 2005.
2. Лебедев Н.Н. Курс инженерной геодезии - М.: Недра, 1974
3. Климов О. Д. Основы инженерных изысканий. - 2013 г. - С. 172-176.
4. Кымбатов А.С., Сейфуллин В.Я. Инженерная геодезия.- 2014 г