Источник ошибок угловых измерений

    Скачать с Depositfiles 

ИСТОЧНИКИ ОШИБОК ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ УГЛОВ.

При проведении высокоточных измерений необходимо всесторонне учи-

тывать влияние различных факторов на конечные результаты. Для этого разра-

батываются научно обоснованные программы постановки измерений, сводящие

к минимуму действие разнообразных ошибок.

К факторам, определяющим конкретные условия наблюдений, относятся:

• внешняя среда;

• принятая методика измерений;

• квалификация исполнителя.

Все это, а также тип используемого инструмента обуславливают точность

получаемых результатов.

Основными источниками ошибок угловых измерений являются:

• личные ошибки наблюдателя;

• ошибки, вызванные влиянием внешней среды;

• инструментальные ошибки.

1. Личные ошибки

Эти ошибки связаны с органами зрения наблюдателя и в какой-то мере с

осязанием.

Одним из параметров, зависящих от физиологических возможностей гла-

за, является наименьший угол, под которым наблюдаемый предмет становится

видимым глазу наблюдателя. Этот угол во многом зависит от яркости освеще-

ния объекта. Вместе с тем при различной яркости освещения объектов влия-

ние личных ошибок на измеряемый угол может достигать 1,′′5. Надо стремиться,

чтобы яркость целей по всем наблюдаемым направлениям была примерно оди-

накова, во всяком случае, чтобы не было редко различной яркости.

Для ослабления ошибок, возникающие из-за различного освещения

штрихов лимба при их дневном освещении и различных поворотах алидады, в

теодолитах применяется электрическое освещение кругов. Наблюдения в 1 и 2

классе без электрического освещения кругов инструкция запрещает.

Важное значение имеет возможность глаза замечать сдвиг прямой узкой

полоски относительно другой. Для этого поле зрения микроскопа располагает-

ся на расстоянии наилучшего зрения, делают двойные штрихи, специально ис-

следуют ошибки совмещения штрихов. Для ослабления ошибок совмещения

штрихов производят их двукратное совмещение их изображения. Считают, что

случайные ошибки отсчетов по микроскопу не превышают 0,′′35, а ошибки со-

вмещения штрихов лимба оптического теодолита не превышают 0,′′3.

Следующим параметром является возможность глаза замечать смещение

визирной цели от середины двух штрихов биссектора, так называемая ошибка

визирования. Эта ошибка зависит от целого ряда факторов:

• увеличения трубы;

• яркости и ясности изображения;

• углового расстояния между нитями биссектора;

• диаметра отверстия объектива.

И, наконец, могут иметь место постоянные личные ошибки наблюдателя,

которые искривляют угол на 1,′′5.

Личные ошибки наблюдателя еще недостаточно изучены, но есть основа-

ние полагать, что, будучи примерно постоянными, на каждом пункте наблюде-

ния, эти ошибки незначительно влияют на точность вычисления углов по разно-

сти двух направлений.

Ошибки визирования могут достигать 0,′′3-0,′′5. Они значительно ослабля-

ются многократными наблюдениями каждого направления. Кроме того, наблю-

дать 1 и 2 классы следует с увеличением трубы не менее 40х, 3 и 4 классы – не

менее 25х.

2. Влияние внешней среды.

Влияние внешней среды в настоящее время существенно ограничивает

точность угловых измерений.

Это объясняется тем, что высокоточные угловые измерения проводятся в

приземном слое воздуха, непрерывно изменяющемся в течение суток. Расстоя-

ния между пунктами от нескольких единиц до десятков километров.

Приземные слои атмосферы более всего насыщены водяными парами,

пылью, дымом и под влиянием солнечного нагрева поверхности земли постоян-

но меняют оптические свойства: преломление, отражение, поглощение и рас-

сеивание световых лучей. Это обусловливает дальность видимости, яркость и

отчетливость изображений. На точность измерений оказывает большое влияние

прозрачность атмосферы, колебания воздуха, освещенность визирных целей и

фон, на который они проектируются.

Наиболее существенными ошибками, возникающими под действием

внешних условий, являются:

• влияние рефракции;

• конвекционные потоки воздуха;

• фазы визирных целей;

• кручение, гнутие и смещение вершины сигнала;

• влияние температуры.

Влияние рефракции.

Явление рефракции состоит в изгибании траектории световых лучей

при прохождении ими слоев атмосферы различной плотности.

Обычно рассматривают проекцию рефракции на горизонтальную и верти-

кальную плоскости, т.е. ее составляющие – горизонтальную (боковую) и верти-

кальную рефракцию.

Поскольку изменение плотности с высотой во много раз больше ее изме-

нения в горизонтальном направлении, вертикальная рефракция значительно

превышает горизонтальную.

Боковая рефракция может достигать 0,′′5-0,′′7, при неблагоприятных усло-

виях 5-7′′, и при особо неблагоприятных — 10′′.

Величина боковой рефракции по каждому направлению непрерывно изме-

няется как в течение суток, так и при переходе от одних суток к другим. В одно и

то же время она может быть одинаковой и различной по разным направлениям с

одного пункта. Днем и ночью рефракция имеет разные знаки. Величина рефрак-

ции зависит от условий погоды и от условий прохождения визирного луча. Мак-

симальной величины боковая рефракция достигает в безветренные ясные жар-

кие летние дни. В пасмурную и прохладную погоду при наличии хотя бы не-

большого ветра ее влияние ослабевает. Поправки за боковую рефракцию не

вводят.

Для уменьшения влияния рефракции необходимо:

а) поверхности сырых низменностей и озер пересекать симметрично, а ре-

ки и долины – под прямым углом (достигается при составлении проекта и реког-

носцировке).

б) вблизи пути визирного луча не должно быть никаких предметов. Любой

предмет нагревается скорее, чем воздух. Значит, и слои воздуха около предме-

та нагреваются скорее, и будут иметь меньшую плотность.

в) на пункте перед наблюдениями необходимо проверить и в случае необ-

ходимости обязательно приять меры к тому, чтобы луч визирования проходил

не ближе 20 см от столбов сигнала.

г) наблюдения на пункте необходимо растягивать, по крайней мере, на две

видимости (утреннюю и вечернюю) или на период двух суток.

д) наблюдения при слегка колеблющихся изображениях указывают на пе-

ремешивание воздуха, а значит, и на ослабление рефракции.

Конвекционные токи воздуха и выгоднейшее время измерения го-

ризонтальных углов.

Конвекционные токи воздуха возникают вследствие изменения нагрева

Солнцем земной поверхности. Они приводят к колебаниям по азимуту и высоте

образования визирных целей, затрудняют наведение. В периоды сильных коле-

баний воздуха изображения визирных целей становятся размытыми и неясны-

ми, «прыгающими». В это время производить высокоточные измерения нельзя.

Их проводят только в периоды спокойных или слегка колеблющихся четких изо-

бражений.

Выделяют два периода спокойных изображений:

1) утренний – наступает через 0,5-1 час после восхода Солнца и длится 1-

2 часа.

2) вечерний – длящийся в течение 3-4 часов, наступает в 16-1700 и закан-

чивается за 0,5 до захода Солнца.

Явление фаз.

Возникает вследствие неравномерного освещения визирной цели солнечными

лучами. Оно приводит к тому, что глаз наблюда-

теля неверно оценивает положение геометриче-

ской оси визирного цилиндра и смещает визирную

ось в сторону лучше видимой части визирной це-

ли.

Линейная ошибка вызывает угловую ошибку

направления:

ε ′′ = ∆ ρ ′′

S

S – длина визирного луча.

При диаметре сигнала 30 см — ∆ ≈15 см, а

при S=10 км — ε=1,′′5.

Для ослабления влияния фаз делаются ма-

лофазные визирные цилиндры, ребристые, болванки делаются шероховатыми и

окрашиваются вистовыми красками.

Уменьшения влияния можно добиться, если каждое направление наблю-

дать в утренний и вечерний периоды видимости. В этом случае ошибки «за фа-

зу» имеют противоположные знаки и в среднем значении исключаются.

При измерении углов в триангуляции 1 класса обязательно применение

световых сигналов.

Кручение, гнутие и смещение вершины сигналов.

Вследствие неравномерного солнечного нагрева отдельных деталей кон-

струкции, изменения влажности воздуха и действия ветра геодезические сигна-

лы так же, как и все высокие строения, претерпевают различные деформации.

Кручение – непрерывное азимутальное вращение верхней части сигнала

вокруг его вертикальной оси. Вращение инструментального столика днем в одну

сторону, ночью в другую. Закручивание достигает до 15′, а средняя скорость 1-

2′′.

Гнутие – изгибание сигнала.

Для уменьшения ошибки за кручение:

1) надо стремиться, чтобы прием длился как можно меньше времени;

2) измерения углов при двух кругах выполнять с разной последовательно-

стью наведения трубы на наблюдаемые предметы;

3) применять поверительую трубу, которая неподвижно закрепляется на

подставке прибора и наводится на специальную марку ли удаленный предмет

(неудобно).

Измерение температуры инструмента.

Особенный неравномерный нагрев его отдельных частей приводит к изме-

рению положения его отдельных частей и нарушает геометрическую схему ин-

струмента.

Инструмент должен быть в тени, закрывается верховой палаткой, брезен-

том или зонтом при измерениях с земли.

3. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ ОШИБКИ.

Эксцентриситет горизонтального круга.

Исключается путем совмещения диаметрально противоположных штрихов

лимба.

Ошибки делений лимба.

Делятся на систематические и случайные. Случайные ошибки в несколько

раз меньше систематических и охарактеризуются величиной 0,′′5.

Систематические делят на крупнопериодические и короткопериодические

(период 10-60′).

В результате исследований получают полные погрешности диаметров. По

ГОСТУ они не должны превышать:

1,′′0 у теодолитов Т05

1,′′2 у теодолитов Т1 и ОТ-02

1,′′5 у теодолитов Т2

Исключаются измерением направлений на различных установках лимба.

Для этого между приемами лимб переставляют на величину: σ =

180

+i.

m

Коллимационная ошибка.

Исключается средним отсчетом из КЛ и КП. Согласно «Инструкции” вели-

чина 2с не должна превышать 20′′.

Наклон оси вращения трубы.

Исключается средним из КЛ и КП.

Наклон оси вращения теодолита (алидады).

Эта ошибка не исключается. При измерениях направлений с углами на-

клона визирного луча более 20 вводится поправка в измеренное направление:

τ ′′

∆ ′′ = b

2

ctgz

b – наклон оси вращения в полуделениях уровня, определяемый по на-

кладному уровню или по уровню на алидаде.

τ ′′

— цена полуделения уровня.

2

z – зенитное расстояние наблюдаемого предмета.

Рен оптического микрометра.

Им пренебрегают, если его величина меньше 0,′′5 у теодолитов ОТ-02, и 1′′

у теодолитов Т-2.

Если величина рена больше указанного допуска, то вводят поправки:

∆r =

2r ′′

c

i′

r – рен.

i – величина наименьшего деления лимба.

с – отсчет по шкале микрометра в минутах.

До измерения углов необходимо произвести поверки и исследования тео-

долита.

ОБЩИЕ ПРАВИЛА НАБЛЮДЕНИЙ В ТРИАНГУЛЯЦИИ.

При измерении направлений или углов в триангуляции необходимо со-

блюдать следующие общие правила.

Прежде чем приступить к наблюдениям необходимо:

1. Убедиться в полной устойчивости теодолита (неподвижность штатива,

прочность столика, внутренняя пирамида сигнала не должна соприкасаться с

полом и т.д.). Недостатки надо устранить.

2. Защитить теодолит от воздействия солнечных лучей и от ветра специ-

альной верховой палаткой, брезентом или зонтом.

3. Разыскать все подлежащие наблюдению пункты и записать с точностью

до 1′ отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругу. Это необходимо для

составления программы наблюдений и для установления, в какие направления

необходимы поправки за наклон оси инструмента.

4. Принять меры к тому, чтобы визирный луч проходил не ближе чем 20 см

от столбов знака (переставить инструмент, выпилить стойки крыши и т.д.).

5. Выбрать начальное направление с наилучшей постоянной видимостью

(обычно расположенное на северо-востоке или на севере).

6. Составить таблицу рабочих установок лимба (программу) с учетом

предварительно измеренных направлений (п. 3) и перестановок лимба между

приемами на угол:

σ=

180

+i

m

7. Инструмент устанавливают на рабочем месте не менее чем за 0,5 часа

до начала измерений, чтобы он принял температуру окружающего воздуха.

При наблюдениях необходимо соблюдать следующие правила:

1. Отфокусировать до начала наблюдений зрительную трубу на удален-

ный предмет и не менять фокусировку во все время наблюдений.

2. Не закреплять сильно зажимные винты («схватить»). Работать средней

частью наводящих винтов.

3. Пользоваться заранее составленной программой при приближенном на-

ведении трубы на предмет.

4. Окончательное наведение на визирную цель производить только ввин-

чиванием наводящего винта.

5. Подправлять положение уровня на алидаде можно только между прие-

мами (отклонение до 2 делений в приеме допустимо).

6. Если зенитные расстояния отличаются от 900 больше чем на 2 деления,

то надо брать отсчеты по накладному уровню или по уровню при алидаде гори-

зонтального круга для введения поправок в направления за наклон вертикаль-

ной оси теодолита.

7. Прием выполнять в минимальное время.

    Скачать с Depositfiles