Основные геодезические приборы (часть I. Теодолиты)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Казанский государственный аграрный университет»

Казань – 2007

УДК – 528 (075.8)

ББК – 26.12я73

С – 60

Учебное пособие составлено старшим преподавателем кафедры землеустройства и агроэкологии Соловьевым В.А. при содействии Р.М. Гайнутдинова, С.В. Сочневой, Г.Р. Шамиловой

Рецензенты:

Рассмотрено и одобрено:

Решением заседания кафедры землеустройства и агроэкологии от 13 июня 2007 г. (протокол № 8);

Решением заседания методической комиссии агрономического факультета от20 июня 2007 г. (протокол № 6)

Стр.

1. 
   Общие сведения 4
   
2. 
   Назначение 5
   
3. 
   Технические характеристики 5
   
4. 
   Комплект поставки 6
   
5. 
   Устройство теодолита 6
   
6. 
   Укладка теодолита 18
   
7. 
   Методы и средства поверки 19
   
8. 
   Поверка теодолита 21
   
9. 
   Приведение теодолита в рабочее положение 24
   
10. 
    Измерение горизонтального угла 26
    
11. 
    Измерение вертикальных углов 31
    
12. 
    Нитяной дальномер. Определение расстояний
    

13. 
    Техническое обслуживание 34
    

Открытие на агрономическом факультете КГАУ новой специальности 120301 «Землеустройство», все более возрастающее наполнение рынка геодезических приборов новыми моделями, а также дефицит специальной литературы, побудили автора к написанию данного учебного пособия, которым открывается серия работ, посвященных современным геодезическим приборам. В нем достаточно детально рассматриваются вопросы, касающиеся устройства, правил обращения и методики измерений технических теодолитов серии Т 30.

Теодолито называется оптико-механический прибор, служащий для измерения вертикальных и горизонтальных углов, а также для определения магнитных азимутов с использованием магнитной буссоли и определения расстояний с помощью дальномерной рейки.

В России, согласно ГОСТа 1059-70, теодолиты различаются по материалу изготовления горизонтальных кругов (лимбов) и по точности измерения углов.

По материалам изготовления кругов и по устройству отсчетных приспособлений, теодолиты подразделяются на две группы: с металлическими лимбами (сейчас сняты с производства) и со стеклянными (оптические теодолиты).

По конструкции теодолиты делятся на повторительные и простые. У повторительных теодолитов лимб и алидада имеют независимое и совместное вращение, что позволяет измерять угол путем последовательного его откладывания любое число раз на лимбе, который имеет закрепительный и микрометренный (наводящий) винты.

У простых теодолитов лимб может поворачиваться, но совместно с алидадой вращения не имеет.

Теодолит, имеющий вертикальный круг, устройство для измерения расстояний (дальномер) и буссоль, называется теодолитом-тахеометром. Выпускаемые отечественной промышленностью технические теодолиты являются тахеометрами.

По точности, согласно ГОСТа, теодолиты делятся на 4 класса:

• 
  Высокоточные m _β = 1" (Т05, Т1);
  
• 
  Точные 1" < m _β < 3" (Т2, 3Т2 КП);
  
• 
  средней точности 3" < m _β < 10" (Т5);
  
• 
  технические m _β > 10" (Т15, Т30, 2Т30, 2Т30П, 4Т30П),
  

Буква Т означает теодолит;

Буквы ТТ означают теодолит-тахеометр;

Вторая цифра означает среднюю квадратическую ошибку измерения угла одним приемом (m _β).

Буква К означает наличие компенсатора;

Буква П означает труба имеет прямое изображение.
В настоящее время в России выпускаются оптические теодолиты серий 3Т (высокоточные и точные) и 4Т (технические).
2. Назначение

Теодолиты данной серии предназначены для измерения углов в теодолитных и тахеометрических ходах, при разбивке плановых и высотных съемочных сетей, для измерения расстояний с помощью нитяного дальномера зрительной трубы, определения магнитных азимутов по ориентир-буссоли, а также для нивелирования горизонтальным лучом с помощью уровня при трубе.

Средняя квадратическая ошибка измерения одним приемом:

горизонтального угла 20"

вертикального угла 30"

Пределы измерения:

горизонтального угла от 0^° до 360^°

вертикального угла от +60^° до -55^°
Зрительная труба

увеличение 20^x

поле зрения 2^°

пределы визирования, м от 1,2 до ∞

коэффициент дальномера К 100 ±0,5

Масса, кг

теодолита 2,2

теодолита в футляре 3,2

теодолита с принадлежностями в чехле 4,0

штатива металлического 5,0

штатива деревянного 6,0
4. Комплект поставки

теодолит в футляре

окулярные насадки (на зрительную трубу и на микроскоп)

штатив

отвес

ремонтный набор

паспорт
Дополнительные приспособления

Уровень на зрительную трубу УТ20-Т2

Ориентир-буссоль ОБТ
5. Устройство теодолита

В любом теодолите выделяются:

• 
  ось цилиндрического уровня L-L;
  
• 
  вертикальная ось вращения теодолита О-О;
  
• 
  горизонтальная ось вращения трубы Н-Н, параллельная горизонтальной плоскости лимба и перпендикулярная ей;
  
• 
  визирная ось V-V;
  

Рис.1. Схема расположения основных осей теодолита

О-О- ось вращения инструмента; L-L- ось уровня;

Н-Н- ось вращения трубы; V-V- визирная ось трубы
Общий вид теодолита, вид со стороны вращения алидады, а также вид со стороны горизонтального круга показан на рисунке 2.

Рис.2. Теодолит Т30

а– общий вид; б- вид со стороны вращения алидады;

в- вид со стороны горизонтального круга.

Условные обозначения:

1. 
   Подставка-треножник;
   

2. 
   Один из трех подъемных винтов;
   
3. 
   Основание футляра;
   

5. 
   Горизонтальный круг (лимб) – закрыт кожухом;
   
6. 
   Оптический микроскоп;
   
7. 
   Крышка;
   
8. 
   Зеркало;
   
9. 
   Вертикальный круг (закрыт кожухом);
   

11. Зрительная труба;

12. Верхний оптический визир;

13. Закрепительный винт трубы;

14. Кремальера (устройство для наведения на резкость);

15. Колонка;

16. Колпачок;

17. Диоптрийное кольцо;

18. Наводящий (микрометренный) винт трубы;

19. Цилиндрический уровень;

20. Наводящий (микрометренный) винт алидады;

21. Втулка лимба;

22. Вертикальная полая ось горизонтального круга

23. Корпус низка

24. Гнезда юстировочных винтов;

25. Подставка уровня;

26. Закрепительный винт алидады горизонтального круга;

27. Пластина крепления лимба и алидады горизонтального круга

В первом приближении теодолит состоит из:

• 
  горизонтального круга (лимб + алидада);
  
• 
  вертикального круга (лимб + алидада);
  
• 
  зрительной трубы (окуляр, объектив, фокусирующая линза, сетка нитей);
  
• 
  органов управления (закрепительные и микрометренные винты);
  
• 
  вспомогательных устройств (цилиндрический уровень, оптические визиры, накладная буссоль, подъемные винты).
  

Для приведения лимба в горизонтальное положение подставка-треножник имеет три подъемных винта, которые своими заостренными концами упираются в дно (основание) футляра. На штатив теодолит крепится с помощью станового винта (на рис.2 не показан).

Ампула заполняется нагретым спиртом или эфиром. При отстывании в ней образуется пузырек. На внешней поверхности ампулы нанесены деления. Наивысшая точка ампулы имеет средний штрих шкалы, которая называется нуль-пунктом.

Цена деления уровня при горизонтальном круге соответствует 45", а при (у теодолитов 2Т30, 2Т30П) –20".Уровень имеет юстировочные винты, которые входят в гнезда подставки уровня.

З
рительная труба является визирным устройством, с помощью которого прибор точно наводится на предмет (вешку, рейку). Зрительные трубы геодезических приборов бывают с внешней (трубы Кеплера) и внутренней фокусировкой. Все современные геодезические приборы имеют трубы с внутренней фокусировкой. Зрительная труба состоит из двух колен – объективного и окулярного. В объективном колене находится объектив (собирающая двояковыпуклая линза), а в окулярном кроме окуляра (собирающая двояковыпуклая линза меньшего диаметра) помещается фокусирующая линза рассеивающая двояковогнутая). Схема зрительной трубы приведена на рисунке 3.

1- объектив; 2- объективное кольцо; 3- фокусирующая линза; 4- окулярное колено; 5- окуляр; 6- сетка нитей;

N-k – визирная ось;

N – предмет;

n – изображение предмета N;

О₁ – оптический центр объектива;

к – пересечение сетки нитей;

е – величина, зависящая от перемещения фокусирующей линзы 3.

В
фокальной плоскости окуляра размещается диафрагма с так называемой сеткой нитей, предназначенной для точного визирования. Она имеет две взаимно перпендикулярные нити, вертикальную (бисектор) и три горизонтальные нити, награвированные на стеклянной пластинке круглой формы. Вертикальная нить служит для измерения горизонтальных углов, горизонтальная для измерения вертикальных, а две крайние горизонтальные нити образуют нитяной дальномер. Пересечение горизонтальной и вертикальной нитей называется центром сетки нитей и служит для визирования на отдельную точку.

Рис. 4. Сетка нитей

1 – вертикальная нить;

2 – горизонтальная нить;

3 – центр сетки нитей;

4 – дальномерные нити;

5 – бисектор.

Фокусирование изображения сетки (по глазу) осуществляется диоптрийным кольцом, а резкое изображение предмета достигается перемещением фокусирующей линзы с помощью кремальеры. При наведении трубы на предмет сначала добиваются четкого изображения сетки нитей, а затем самого предмета.

С осью вращения зрительной трубы наглухо закреплен лимб вертикального круга. Он предназначен для измерения вертикальных углов. Его устройство аналогично устройству горизонтального круга. Зрительная труба снабжена наводящим (микрометренным) и закрепительным винтами.

В стойке колонки со стороны вертикального круга установлены узлы отсчетной системы теодолита. С помощью оптической системы деления лимбов горизонтального и вертикального кругов передаются в штриховой микроскоп (отсчетное приспособление), расположенный рядом с окуляром. Освещение шкал отсчетного устройства осуществляется вращением и наклоном зеркальца подсветки, расположенного на колонке трубы. Путем вращения нарезки на окуляре микроскопа добиваются резкого изображения шкал микроскопа. В поле зрения микроскопа видны две шкалы: буквой В обозначается шкала вертикального круга и буквой Г – шкала горизонтального круга. Поле зрения микроскопа изображено на рисунке 5.

Р
ис. 5. Поле зрения микроскопа теодолита Т30

Оптическую схему теодолита можно представить следующим образом. От зеркала 8 (смотри рис. 2) через иллюминатор свет падает на лимбы вертикального и горизонтального кругов. Изображение штрихов лимбов обоих кругов передается на конденсатор, на котором нанесен штрих (неподвижный отсчетный индекс, расположенный в центре поля зрения микроскопа), для взятия отсчета. Такие отсчетные микроскопы называются штриховыми. Совместное изображение индекса и штрихов деления лимбов передается посредством призм и объектива на плоскость изображения шкалы, которое через окуляр микроскопа наблюдается в его поле зрения. На рисунке 5 в поле зрения штрихового микроскопа видны штрихи вертикального и горизонтального круга и индекс для взятия отсчета.

Деления на лимбах подписаны через 1º, а каждый градусный интервал разделен на шесть частей, следовательно цена деления обоих лимбов равна 10′. Минуты в пределах этого деления отсчитываются на глаз. Таким образом, отсчет по штриховому микроскопу берется следующим образом:

1. Определяется целое число градусов, расположенное влево от неподвижного штриха (индекса);

2. Определяется число целых делений лимба от градусного деления до штриха;

3. Число минут в пределах 10′ интервала оценивается на глаз.

В качестве примера отсчеты штрихового микроскопа (рис. 5) равны:

по Г кругу – 70˚05′;

по В кругу – 358˚48′

Отсчетное устройство теодолитов 2Т30, 2Т30П имеет свои особенности. Деления на лимбах также подписаны через градус и цена деления также равна 1˚. Длина шкалы, по которой производится взятие отсчета, равна градусному делению лимба. Однако она разделена не на 6 частей как у штриховых микроскопов, а на 12 частей, следовательно, цена деления шкалы равна 5′. Десятые доли деления шкалы оцениваются на глаз, поэтому отсчет можно производить с точностью до 0,5′. Деления шкалы вертикального круга имеют двойную подпись: вверху – для положительных отсчетов, внизу – для отрицательных, когда подписи градусных делений на лимбе сопровождаются знаком – («минус»). По вертикальному кругу отсчет берется справа налево, а по горизонтальному слева направо. Поле зрения штрихового (а, б) и шкалового (в, г) микроскопов приведены на рисунке 6.



Отсчет: по Г – 14˚22′; Отсчет: по Г – 194˚22′;

по В – 357˚36′ по В – 182˚24′

Отсчет: по Г – 14˚22′; Отсчет: по Г – 194˚23′;

по В – -2˚24′ по В – 2˚23′
Рис. 6. Примеры взятия отсчетов

Для повышения точности измерения углов, исключения влияния эксцентриситета алидады и других приборных погрешностей на отсчеты по лимбу делается не менее двух наведений зрительной трубы на каждую точку: при положении вертикального круга вправо от зрительной трубы (КП) и влево от нее (КЛ).

Для установки теодолита над точкой местности – вершиной измеряемого угла служит штатив. Штативы бывают деревянными и металлическими, в качестве металла применяются немагнитные сплавы (бронза, дюраль, латунь, силумин).


Штатив состоит из трех складных ножек (1), которые шарнирно соединяются с его головкой 2. Высота штатива изменяется выдвижением ножек и закреплением их винтом 3. Ножки заканчиваются наконечниками (упорами) 4, с помощью которых они углубляются в грунт. В центре головки штатива размещается становой винт 5, с помощью которого теодолит закрепляется на штативе. На становом винте имеется крючок для отвеса, который укладывается в специальный пенал 6 на одной из ножек штатива. При транспортировке ножки закрепляются винтами 3 и стягиваются ремнем 7. Регулируемый ремень 8 служит для переноски штатива на плече или за спиной. Общий вид штатива изображен на рисунке 7.

Рис. 7. Устройство штатива

1 – Головка штатива;

2 – Становой винт;

3 – Ножки складные;

4 – Винты для фиксации длины ножек;

5 – Наконечники (упоры);

6 – Плечевой ремень;

7 – Крючок для нитяного отвеса.

Окулярные насадки (рис. 8) применяются для удобства наблюдения предметов, расположенных под углами более 45˚ к горизонту и центрирования теодолита над точкой с помощью зрительной трубы. Они надеваются на окуляры зрительной трубы и отсчетного микроскопа. Окулярная насадка представляет собой призму, изменяющую направление визирной оси на 80˚. Призма заключена в оправу, свободно вращающуюся в обойме. Насадка на зрительную трубу снабжена откидным светофильтром для визирования на Солнце.

Рис. 8. Окулярные насадки

1 – на зрительную трубу; 2 – на микроскоп

Рис. 9. Ориентир-буссоль

1 – корпус; 2 – крышка; 3 – магнитная стрелка; 4 – кронштейн; 5 – винт арретира.

Теодолит укладывается в металлический футляр (рис. 10), который состоит из колпака 1 и замков 2.

Рис. 10. Футляр теодолита

Основание футляра является одновременно основанием теодолита. Плоские пружины, находящиеся внутри футляра, опираясь на колонку теодолита, фиксируют положение алидадной части. Ремень на колпаке футляра служит для переноски теодолита.

Внутри колпака на специальном кронштейне закрепляется ориентир-буссоль. Паспорт прибора удерживается в колпаке плоской пружиной.

Для правильной укладки теодолита и подготовке к его транспортированию необходимо:

– установить микрометренные винты в среднее положение;

– зрительную трубу установить вертикально, объективом вниз;

– совместить в одной вертикальной плоскости метки (обычно точки красного цвета) на колонке теодолита, на основании футляра и на колпаке;

– завинтить до ограничения подъемные винты, окуляры зрительной трубы и отсчетного микроскопа;

– закрепить буссоль на дне колпака;

– надеть колпак на основание футляра так, чтобы шпонка футляра вошла в паз основания и, слегка нажимая на футляр сверху, поворотом рукояток замков в разные стороны скрепить колпак с основанием;

– теодолит в футляре уложить в брезентовый чехол (рис. 11), а инструмент и принадлежности – в карман чехла.

Р
ис. 11. Теодолит в чехле

Пригодность теодолита к применению по своему прямому назначению определяется по результатам поверки его технического состояния, которая проводится при выпуске теодолита с завода изготовителя, после ремонта и периодически при эксплуатации и хранении. Рекомендуемая периодичность поверки – один раз в два года.

Порядок проведения поверки определяется ГОСТом 8.002-71.

При проведении поверки должны выполняться следующие операции и применяться рекомендуемые средства поверки:

1. Внешний осмотр;

2. Проверка взаимодействия узлов;

3. Пределы измерения вертикальных углов;

4. Неперпендикулярность оси уровня вертикальной оси теодолита;

5. Устойчивость штатива и подставки-треножника;

6. Наклон сетки нитей зрительной трубы;

7. Смещение визирной оси при перефокусировании;

8. Коллимационная погрешность;

9. Место нуля вертикального круга;

10. Наклон горизонтальной оси;

11. Непараллельность осей коллиматорных визиров и зрительной трубы;

12. Погрешности ориентирования по буссоли;

13. Погрешность измерения горизонтального угла;

14. Погрешности измерения вертикального угла.

Наиболее важными являются следующие операции поверки:

Внешний осмотр

При внешнем осмотре теодолита необходимо проверить наличие пломб, комплектность и правильность маркировки в соответствии с разделами паспорта прибора. Необходимо убедиться в том, что прибор не имеет механических повреждений, влияющих на эксплуатационные свойства или его сохранность. Особо следует проверить чистоту поля зрения зрительной трубы, отсчетного микроскопа, рабочих поверхностей угломерных кругов, а также качество нанесения штрихов на кругах и сетке нитей.

Проверка взаимодействия узлов

Взаимодействие узлов теодолита проверяется путем выполнения следующих операций:

1. Опробовать плавность вращения зрительной трубы, алидады горизонтального круга, алидады вместе с лимбом, наводящих (микрометренных) винтов, кремальеры, диоптрийных колец окуляров зрительной трубы и микроскопа, подъемных винтов подставки-треножника;

2. Опробовать работу закрепительных винтов зрительной трубы, алидады, лимба, подставки-треножника;

3. Проверить возможность установки зеркала подсветки в любом приданном ему положении;

4. Оценить четкость изображения штрихов лимбов и индекса в поле зрения микроскопа;

5. Опробовать работу фокусирующего устройства зрительной трубы, убедиться, что при вращении кремальеры обеспечивается резкое изображение предметов на расстоянии от 1,5 до 200 и более метров.

Проверка устойчивости штатива и подставки треножника

После закрепления теодолита на штативе, вертикальная ось приводится в отвесное положение, зрительная труба наводится на перекрестие коллиматора или марки. Сместив визирную ось с выбранной цели примерно на половину ширины бисектора сетки нитей, приложив к головке штатива крутящий момент в горизонтальной плоскости. После снятия усилия, проверяется наличие остаточного смещения вертикального штриха сетки нитей относительно изображения цели. Если в результате проверки выявлены остаточные смещения штатива, то гаечным ключом необходимо затянуть винты в шарнирах головки штатива.

При недостаточной устойчивости подставки-треножника регулируется ход подъемных винтов путем завинчивания трех винтов, крепящих пружину треггера к основанию подставки.

Для регулирования хода подъемного винта, последний вывинчивается в пределах нескольких оборотов до совпадения отверстий во втулке и в регулируемой гайке. В отверстие втулки вставляется шпилька, которая поворачивает гайку до желаемого затяжения хода подъемного винта.

8. Поверки теодолита

Перед началом работ в соответствии с требованиями ГОСТа 20063-74 «Теодолиты. Методы испытаний и поверки» необходимо сделать следующие основные (обязательные) поверки геометрических условий, которым должен удовлетворять теодолит.

Поверка 1 – ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна основной оси теодолита.

Поверка проводится в следующем порядке:

– поворотом алидады уровень устанавливается по направлению двух подъемных винтов;

– вращая винты в разные стороны, пузырек уровня приводится на середину;

– алидада поворачивается на 180˚;

– если пузырек остался на середине, то условие выполнено;

– в противном случае делается юстировка уровня, для чего подъемными винтами пузырек уровня перемещается на половину дуги отклонения;

– с помощью исправительных винтов уровня пузырек перемещается на середину ампулы.

Для контроля поверка повторяется.

Поверка 2 – визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси вращения трубы.

Угол отклонения визирной оси трубы от перпендикуляра к горизонтальной оси ее вращения называется коллимационной ошибкой С трубы.

Поверка производится в таком порядке:

– центр сетки нитей наводится на удаленную точку местности;

– при положении вертикального круга КП₁ и КП₂ берутся отсчеты по лимбу горизонтального круга;

– после открепления закрепительного винта подставки-треножника теодолит поворачивается на 180˚;

– закрепив теодолит в подставке, центр сетки нитей снова наводится на ту же точку;

– снова берутся отсчеты при КП₂ и КЛ₂;

– коллимационная ошибка С вычисляется по формуле:

КП₁ и КП₂ – круг права; КЛ₁ и КЛ₂ – круг лева

Если значение С не превышает двойной точности отсчетного приспособления (в рассматриваемом случае с Т30 2′=2∙1′), то условие выполнено. В противном случае проводится юстировка боковыми юстировочными винтами сетки нитей, возвращая перекрестие нитей на прежнее место. Поверку и юстировку коллимационной ошибки для контроля необходимо повторить.

Поверка 3 – ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна оси теодолита.

Поверка производится в следующем порядке:

– теодолит устанавливается в 30-40 м от стены здания;

– центр сетки нитей наводится на высоко расположенную точку на стене;

– труба опускается на уровень высоты инструмента и на стене отмечается проекция наблюдаемой точки;

– труба переводится через зенит, и все действия повторяются при другом положении круга, в результате чего получается вторая проекция точки.

Условие считается выполненным, если обе точки совпадут. Исправление производится только в мастерской.

Поверка 4 – вертикальная нить сетки должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси теодолита.

Завод-изготовитель теодолита гарантирует взаимную перпендикулярность нитей сетки, поэтому поверяется одна из нитей. Это делается двумя способами.

Первый способ (по отвесу):

– вертикальная ось теодолита приводится в отвесное положение;

– на расстоянии 5-10 м от теодолита подвешивается отвес;

– вертикальная нить сетки наводится на нить отвеса.

Если обе линии совпадают, то условие считается выполненным. В противном случае производится юстировка винтами сетки.

Второй способ:

– зрительная труба наводится концом горизонтальной нити на четкую неподвижную точку;

– вращением микрометренного винта алидады горизонтального круга производится наблюдение за нитью.

Если точка не сходит с линии сетки, то условие считается выполненным, в противном случае, ослабив исправительные винты сетки нитей с помощью отвертки, ее перемещают в трубе так, чтобы поверяемое условие было выполнено. Закрепив винты сетки, производится повторная поверка.

Поверка 5 – поверка места нуля (МО) заключается в измерении при КП и КЛ угла наклона путем наведения трубы на какой-либо хорошо видимый предмет.

МО вычисляется по формуле:

Если значение МО отличается от 0˚00′ более чем на 1′, то проводится исправление (юстировка). Для этого определяется вертикальный угол ۷ по формуле:

Труба наводится на выбранный предмет и по вертикальному кругу устанавливается отсчет равный ۷. При этом центр сетки нитей сместится с наблюдаемой точки. Вертикальными исправительными винтами сетки нитей изображение точки совмещается с центром сетки. Поверку необходимо повторить.

Приведение прибора в рабочее положение состоит из трех операций: центрирования, горизонтирования и ориентирования.

Центрирование бывает предварительным (грубым) и окончательным (точным). При предварительном центрировании штатив с установленным на нем теодолитом перемещается до тех пор, пока острие отвеса не будет находиться на расстоянии не более 2 см от центра колышка, забитого в землю. При этом головка штатива должна занимать положение максимально близкое к горизонтальному. После этого ножки штатива при помощи упоров заглубляются в землю, а ось вращения (0-0) подъемными винтами подставки-треножника приводится в вертикальное положение (см. след. операцию).

После грубого центрирования, ослабляется становой винт, и перемещением теодолита на головке штатива добиваются совмещения острия отвеса (или центра сетки нитей) с центром колышка. Теодолит снова закрепляется становым винтом.

Чем короче стороны измеряемого угла, тем точнее должно быть центрирование и наоборот. Если точность отсчетного приспособления теодолита равна 30″, то допустимая погрешность центрирования не должна быть более 4 мм при длине сторон угла до 50 м и 8 мм до 100 м.

Одной из конструктивных особенностей теодолитов серии Т30 является наличие полой оси вращения (отверстия в центре горизонтального круга), что позволяет, используя окулярные насадки, производить оптическое центрирование, при котором зрительная труба устанавливается в вертикальное положение объективом вниз и, перемещая теодолит по головке штатива добиваются совмещения центра сетки нитей с изображением центра колышка.

Горизонтиролвание (нивелирование) теодолита осуществляется после центрирования, для чего необходимо:

– цилиндрический уровень располагается параллельно линии, соединяющей два подъемных винта;

– одновременным вращением винтов в разные стороны добиваются установления пузырька уровня на середину;

– повернув алидаду на 90º, пузырек уровня устанавливается на середину вращением третьего подъемного винта (рис. 12).

Э
то действие повторяется если пузырек уровня меняет свое положение при перемещении алидады.

Рис. 12. Приемы горизонтирования теодолита

– закрепить ориентир-буссоль специальным винтом;

– разарретировать магнитную стрелку;

– открепить закрепительный винт алидады горизонтального круга;

– перемещая алидаду, добиться совмещения нуля лимба с индексом на шкале горизонтального круга;

– закрепить алидаду;

– открепить закрепительный винт лимба и вращать теодолит до тех пор, пока магнитная стрелка не остановится на линии С-Ю;

– закрепить лимб;

• 
  открепить алидаду и вращать ее по часовой стрелке до ориентируемой стороны;
  
• 
  закрепить алидаду;
  
• 
  по шкале горизонтального круга взять отсчет, который и будет соответствовать магнитному азимуту А и определяемой стороны.
  

Прежде чем приступить к производству теодолитной съемки, необходимо отработать методику измерения горизонтального и вертикального углов. При измерении горизонтальных углов можно применять различные способы. Наиболее распространенными являются: способ приемов, способ повторений и способ совмещения нулей лимба и алидады.

1. 
   На местности обозначаются стороны измеряемого угла (т.1 – правая, т.3 – левая);
   
2. 
   В вершине измеряемого угла (точка 2) устанавливается теодолит и приводится в рабочее положение;
   
3. 
   3. Закрепив лимб и открепив алидаду, наводят трубу на правую точку 1;
   
4. 
   Производится отсчет при круге право (КП), например, 248º 56′.
   
5. 
   Открепив алидаду, наводят трубу на левую точку 3;
   
6. 
   Производят отсчет при круге право (КП), например, 177º 15′30″
   
7. 
   Измеряемый угол находится как разность отсчетов на правую и левую точки, например, 248º 56′ – 177º 15′ 30″ = 71º 40′ 30″;
   
8. 
   Переводим трубу через зенит и все операции повторяем при круге лево (КЛ).
   

отсчет на левую точку 308º 02′ 30″

19º 42′ 30″ (+360º ) – 308º 02′ 30″ = 71º 40′

Примечание. Если при измерении угла окажется, что отсчет на правую точку меньше, чем на левую, то к нему прибавляется 360º.

Два полуприема при КП и при КЛ образуют точный прием. Если величина угла, измеренная при КП и КЛ имеет расхождения не более двойной точности верньера, то за истинное значение угла принимается полусумма

Первый полуприем (КП) включает следующие операции:

2. 
   Теодолит устанавливается над точкой С (рис.13) и приводится в рабочее положение. Алидада с лимбом скрепляются на отсчете близком к Оº (1-2′ );
   
3. 
   Открепив лимб, визируют на левую точку В. Закрепив лимб и трубу, делается отсчет, например, b₁= Oº 01′ 45″;
   
4. 
   При закрепленном лимбе, открепленной алидаде и трубе движением по ходу часовой стрелки визируют на правую точку А. И производят контрольный отсчет b, равный 43º 15΄. Он примерно равен величине измеряемого угла.
   

Рис. 13 Измерение угла способом повторений

А – правая точка;

B – левая точка;

а₁ – отсчет на правую точку;

в₁ – отсчет на левую точку;

ß – измеряемый угол.

В численном значении угла он не участвует. Этими действиями завершено первое повторение первого полуприема..

4. Открепив лимб при закрепленной алидаде, движением его против хода часовой стрелки вторично визируют на левую точку В. Лимб закрепляют, отсчета не делают;

5. Освободив алидаду, движением ее по ходу часовой стрелки, вторично визируют на правую точку А. На этом заканчивается второе повторение первого полуприема;

6. Третье, а если потребуется, то и последующие повторения выполняются аналогично. Первый полуприем закончен третьим повторением, движением алидады по ходу часовой стрелки и взятием отсчета на правую точку А:

а₁=129°40′15″

7. Вычислив разность отсчетов а₁ – в₁, получим угол р - кратно измеренный. Разделив его на р – число повторений, определим значение измеренного угла первым полуприемом:

Второй полуприем (КЛ) – визирование на точки – производится в обратном порядке – движением лимба труба наводится на правую точку А, а движением алидады – на левую В.

При закрепленном лимбе труба переводится через зенит.

Открепив алидаду, визируют на правую точку А. Отсчет а₂ должен быть близок к отчету а₁ ± 180^º. Например, 180^º 02′ 15″,а движением алидады против хода часовой стрелки визируют на левую точку В. Отсчет не производится. Это будет первое повторение второго полуприема.

Закрепив алидаду и при открепленном лимбе движением его по ходу часовой стрелки визируют на правую точку А, например, 309º40′15″. Затем вращением алидады труба наводится на левую точку В. Эти действия составили второе повторение второго полупиема. В этом полуприеме выполняется столько же повторений, сколько их было в первом.

b₁ = 309º40′15″ – 180º02′15″ = 129º38′00″

Окончательное значение измеренного угла определяется как среднее арифметическое из двух полуприемов

1. 
   Теодолит устанавливается над вершиной измеряемых углов (точка С) и приводится в рабочее положение (рис.14);
   
2. 
   Лимб скрепляется с алидадой, отсчет устанавливается близким к 0º;
   
3. 
   Лимб открепляется, труба наводится на точку А, направление СА принимается за начальное, Берется отсчет на точку А;
   
4. 
   П
   ри неподвижном лимбе движением алидады по ходу часовой стрелки визируют на следующие точки В, Д, Е и вторично на точку А, произведя соответствующие отсчеты.
   

Рис. 14. Измерение угла способом круговых приемов.

С – вершина измеряемых углов;

А,В,D,Е – направление сторон измеряемых углов

Вторичное визирование на точку А необходимо для контроля неподвижности лимба.
Второй полуприем при КЛ

5. 
   Труба переводится через зенит, лимб закреплен. Движением алидады против хода часовой стрелки последовательно визируют на точки А, Е, D, В и вторично на точку А.
   

Обычно для упрощения вычислений направление СА приводят к 0º00′00″. Оно, как и все другие направления, уменьшается на средний отсчет, полученный по направлению СА. При данном способе углы определяются как разности направлений на правую и левую точки.

Сумма углов должна быть 360º, что служит контролем.

11. Измерение вертикальных углов

Так как на план или карту наносятся не наклонные линии, измеренные на местности, а их горизонтальные проложения, то для их получения необходимо знать угол наклона или вертикальный угол наклонной линии.

Для измерения вертикальных углов служит вертикальный круг теодолита.

Лимб вертикального круга теодолита Т30 имеет такие же разграфки и оцифровку как лимб горизонтального круга. Градусы подписаны против хода часовой стрелки.

Особо следует заметить, что если при измерении горизонтальных углов лимб горизонтального круга неподвижен и вращается алидада, то при измерении углов наклона алидада вертикального круга неподвижна и вращается лимб вместе со зрительной трубой (визирной осью).

Принцип измерения угла наклона тот же, что и горизонтального, то есть значение угла равно разности двух отсчетов, полученных после визирования по двум сторонам угла. Поскольку одной из сторон угла наклона всегда является горизонтальная линия, когда отсчет по лимбу равен месту нуля (МО), то измерение угла наклона сводится лишь к взятию отсчета по лимбу при визировании на наблюдаемую точку, только перед отсчетом пузырек цилиндрического уровня приводится на середину.

При измерении вертикальных углов необходимо определить место нуля (МО). Местом нуля называется отсчет по вертикальному кругу, когда визирная ось трубы горизонтальна, а пузырек уровня находится в нуль-пункте.

МО определяется одновременно с измерением вертикального угла ۷ в следующем порядке:

1. На выбранную точку наводят среднюю горизонтальную нить сетки, действуя микрометренным винтом трубы. Берется отсчет по вертикальному кругу при КЛ;

2. Труба переводится через зенит, и средняя нить сетки снова наводится на ту же точку. Берется отсчет при КП;

3. Место нуля вычисляется по формуле:

4. Если найденное МО не превышает двойную точность теодолита, то угол наклона ۷ определяется по формулам:

Первая и четвертая формулы для определения ۷ показывают, что его можно вычислить и без МО. Однако МО является надежным средством контроля измерений углов наклона, так как при измерении нескольких углов наклона на точке стояния прибора место нуля должно быть постоянным или расхождение значений места нуля не должно превышать установленного предела (1,5′ для технических оптических теодолитов).

Кроме непосредственных способов измерения расстояний при помощи медной ленты рулетки, проволоки применяются дальномеры различных модификаций, однако наиболее простым является нитяной дальномер.

Геометрическая идея его состоит в том, что если перед глазом на расстоянии f поместить какой-либо предмет с известной длиной р и через концы предмета наблюдать на другой предмет также с известной длиной l, то расстояние до наблюдаемого предмета на основании теоремы о подобии треугольников определяется по формуле:

Из формулы видно, что чем больше l, тем больше будет d, если постоянно отношение f/p.

В зрительных трубах геодезических приборов значение р (рис.15) равно расстоянию между дальномерными нитями сетки, а l – отрезку рейки, называемому отсчету по рейке, видимому в трубу между нитями.

Отношение f/p=k называется коэффициентом дальномера, который обычно близок к 100. Поэтому для определения расстояния при помощи нитяного дальномера используется формула:

d = 100l + Δ,

где Δ – переменная величина, зависящая от расстояния между теодолитом и рейкой. У оптических теодолитов эта величина небольшая и ее часто принимают равной нулю независимо от расстояний.

При помощи нитяного дальномера расстояния определяются очень быстро, но с малой точностью, однако, вполне достаточной для съемки элементов ситуации.

Р
ис. 15. Геометрическая схема определения расстояния

нитяным дальномером
Она характеризуется относительной погрешностью, в среднем 1/300, главным образом вследствие малой точности отсчитывания по рейке. Другая важная причина малой точности определения расстояний по нитяному дальномеру с вертикальной рейкой состоит в том, что лучи, отсекающие отрезок l на рейке, проходят через слои атмосферы неодинаковой плотности и в различное время дня преломляются неодинаково. Мешают отсчитывать по рейке в жаркие дни колебания слоев воздуха, прилегающих к земной поверхности (так называемые конвекционные потоки). Поэтому для повышения точности дальномерного определения расстояния применяются горизонтальные рейки на штативе, а также рейки с верньерами.

Если измеряемая линия имеет угол наклона υ, то d = K l Cos²υ.

Геодезические инструменты представляют собой весьма нежные механизмы. В то же время они предназначены давать значительную точность результатов измерений, проводимых большей частью в полевых условиях. Необходимую точность можно достигнуть, если инструменты правильно:

• 
  хранятся на складах;
  
• 
  упаковываются ;
  
• 
  перевозятся-переносятся с места на место;
  
• 
  используются во время работы.
  

При эксплуатации теодолита необходимо придерживаться следующих правил:

• 
  оберегать теодолит от осадков и одностороннего нагрева солнечными лучами;
  
• 
  при кратковременном дожде теодолит накрывается чехлом, а при длительном – укладывается в футляр;
  
• 
  при перерывах в работе на объектив надевается крышка, а сам прибор накрывается чехлом;
  
• 
  нельзя оставлять теодолит в поле без охраны;
  
• 
  переносить теодолит с места на место необходимо или с укладкой его в футляр, или на штативе (в собранном виде), держа его отвесно, а не горизонтально (не как лопату или вилы на плече);
  
• 
  особенно осторожно нужно переносить теодолит в лесу, оберегая его от ударов отогнувшихся веток;
  
• 
  при работе в пыльную погоду необходимо почаще смахивать мягкой кистью пыль с трущихся частей и с оптики теодолита;
  
• 
  во избежание конденсации влаги, приводящей к загрязнению оптики, теодолит вносится с мороза в теплое помещение в футляре и вынимается из него не ранее чем через два часа после внесения;
  
• 
  при выносе теодолита на холод он вынимается из футляра не ранее чем через 30 минут, во избежание больших местных напряжений в оптических деталях, приводящих к разъюстировке теодолита.
  

Чистка оптических поверхностей

Теодолиты марки Т30 и других модификаций имеют просветленную оптику, которая особенно чувствительна к механическим повреждениям.

С наружных поверхностей зрительной трубы, микроскопа, оптического центра и визиров пыль сдувается резиновой грушей.

Жировые пятна (например, следы пальцев) промываются ватным тампоном, смоченным спиртом или наркозным эфиром, а лучше спирто-эфирной смесью (50% спирта и 50% эфира), после чего осторожно, без нажима эти поверхности протираются батистом вращательными движениями от центра к краю.

Внутренние оптические детали чистятся ватой навернутой на деревянную палочку и смоченной спиртом или эфиром.

Помещения, где хранятся приборы, должно быть сухим и отапливаемым, с температурой не ниже +8 и не выше +30⁰С и относительной влажностью воздуха не более 65%. При температуре ниже +20⁰С допускается увеличение относительной влажности до 80%.

Теодолиты следует хранить в футляре и размещать на стеллажах или в шкафах в один ряд, чтобы избежать деформации футляров и повреждения отделки.

Штативы необходимо хранить в вертикальном положении с вдвинутыми и закрепленными ножками, стянутыми внизу ремнем.

Не рекомендуется хранить комплект теодолита на полу, возле печей, батарей центрального отопления, у окон, пропускающих прямые солнечные лучи.

Запрещается хранить в помещении вместе с теодолитом аккумуляторы, кислоты, щелочи и другие материалы, выделяющие химически активные газы и пары.

1. 
   Ассур В.Л., Муравин М.М. Руководство по летней геодезической и топографической практике. М.. Изд-во «Недра», 1975.
   
2. 
   Голубкин В.М., Соколова Н.И., Палехин И.М., Соффер М.И. Геодезия. М., Изд-во «Колос», 1967.
   
3. 
   Дубенок Н.Н, Шуляк А.С. Землеустройство с основами геодезии. М., Изд-во «КолосС», 2004.
   
4. 
   Коськов Б.И. Справочное руководство по съемке городов. М, Изд-во «Недра». 1974.
   
5. 
   Маслов А.В., Гордеев А.В., Батраков Ю.Г. Геодезия. М, Изд-во «КолосС», 2006.
   
6. 
   Паспорта на теодолиты Т30, 2Т30, 4Т30П.