Организация геодезических измерений

Рис.9. Рейка из дерева

Мерная лента – штриховая мера длины, представляющая собой металлическую ленту с нанесенной шкалой. Мерная лента применяемая в геодезии для измерений расстояний на местности.

Рис.10 . Мерная лента

Пантометр – угломерный геодезический инструмент, применявшийся при съемке лесов и торфяных болот.

Дальномер – прибор, служащий для определения расстояний без их непосредственного измерения на местности. Дальномер встраивается в зрительную трубу многих геодезических инструментов. При этом расстояние определяется с помощью рейки с делениями, стоящей на другом конце измеряемого отрезка. Свето-, радио- и лазерные дальномеры основаны на измерении времени прохождения волн соответствующего диапазона от дальномера до второго конца измеряемой линии и обратно.

Буссоль [3] – инструмент для измерения магнитного азимута направлений на местности. Буссоль применяют при геодезических работах, в маркшейдерии, в артиллерии (при управлении огнем).

Стереофотограмметрические приборы – оптико-механические и электронные устройства, дополненные в ряде случаев ЭВМ и средствами автоматики. Стереофотограмметрические приборы позволяют по стереоскопическим снимкам местности (стереопарам) определять размеры, форму и положение (координаты) изображенных на них предметов, а также вычерчивать топографические планы и карты.

Эклиметр – портативный геодезический прибор для измерения с невысокой точностью углов наклона на местности. Эклиметр представляет собой круглую коробку, скрепленную с визирной трубкой. Внутри коробки находится диск с делениями, центр тяжести которого помещен так, что при горизонтальном положении визирной трубки по шкале диска читается 0 град., при наклонном – соответствующая величина угла наклона.

Базисный прибор – геодезический прибор, предназначенный для измерения длин линий на местности (базисов) методом непосредственного откладывания мерных проволок.

Длинномер – прибор для измерения расстояний с помощью мерного блока и гибкой нити. Длинномер применяется при инженерно-геодезических, маркшейдерских и других работах.

Как бы тщательно не выполнялось любое измерение, как бы не были совершенны приборы и инструменты, всякое измерение неизбежно сопровождается погрешностью. Действительно, если многократно измерять одну и ту же величину, то результаты почти всегда будут отличаться.

1.3. Виды геодезических измерений

Вид геодезических измерений – классификационная категория геодезических измерений, выделяемая по признаку измеряемой геодезической величины.

При геодезических работах основной объем информации получают с помощью геодезических измерений, которые классифицируются следующим образом [14]:

• по назначению;
• по точности;
• по объему:
• по характеру получаемой информации;
• по инструментальной природе получаемой информации;
• по взаимозависимости результатов измерений.

Различают следующие виды геодезических измерений:

• угловые (геодезические) измерения – вид геодезических измерений, в которых измеряемой геодезической величиной являются горизонтальные и (или) вертикальные углы (зенитные расстояния).
• линейные (геодезические) измерения – вид геодезических измерений, в которых измеряемой геодезической величиной являются длины сторон геодезических сетей (расстояния или их разности).
• геодезические измерения превышений – вид линейных геодезических измерений, в которых измеряемой геодезической величиной являются разности высот пунктов (точек).
• гироскопические измерения (гироскопическое ориентирование) – вид угловых геодезических измерений, в которых измеряемой геодезической величиной являются азимуты направлений, определенные с помощью гироскопических приборов.
• геодезические измерения координат (координатные измерения) – вид геодезических измерений, в которых измеряемой геодезической величиной является положение геодезических пунктов относительно исходных пунктов в заданной отсчетной системе.

Геодезия и маркшейдерия относятся к таким областям техники, где измерения являются необходимым элементом производственной деятельности. Изменения в геодезии являются количественной и качественной основой для изучения Земли, отдельных ее фрагментов, для получения исходной информации при решении всех инженерно-геодезических задач и выполнения топографических работ. Любое измерение выражается количественной характеристикой (величиной угла, длиной линии, превышением, площадью участка местности и т.п.) и имеет качественную сторону, которая характеризует точность полученного результата.

1.4. Методы геодезических измерений

Прямые геодезические измерения – метод геодезических измерений, при котором значение измеряемой геодезической величины получают непосредственно [12].

Косвенные геодезические измерения – метод геодезических измерений, при котором значение геодезической величины определяют как функцию других величин, полученных непосредственно.

Метод измерений во всех комбинациях – метод геодезических измерений, заключающийся в наблюдении не только геодезических величин, расположенных между смежными пунктами, но и их различных сочетаний.

Метод приемов  –  метод геодезических измерений, заключающийся в неоднократных определениях одной и той же геодезической величины по единой методике.

Метод круговых приемов – метод геодезических измерений углов путем последовательного наблюдения визирных целей, расположенных по кругу с повторным наблюдением первого (начального) направления.

Метод двойных измерений – метод геодезических измерений, заключающийся в исполнении однородных геодезических измерений сериями, состоящими из двух приемов.

Метод повторений – метод геодезических измерений, заключающийся в определении n-кратного значения измеряемой геодезической величины и последующем вычислении искомого значения.

Метод измерений "вперед" – метод геодезических измерений, заключающийся в наблюдении точки передней по ходу.

Метод измерений «из середины» – метод геодезических измерений, заключающийся в последовательном наблюдении смежных пунктов (точек) прокладываемого хода с помощью прибора, расположенного между ними.

Метод измерений "через точку" – метод геодезических измерений, выполняемых при установке прибора либо на четных, либо на нечетных пунктах хода.

Многоштативный метод измерений – метод геодезических измерений, заключающийся в ослаблении погрешностей центрирования путем установки одновременно на нескольких смежных пунктах сети штативов с подставками для размещения в них визирных целей или прибора. Наибольшее распространение на практике получил трехштативный метод измерений.

Различают два метода геодезических измерений [18]:

• непосредственные;
• посредственные (косвенные).

Непосредственные – измерения, при которых определяемые величины получают в результате непосредственного сравнения с единицей измерения.

Косвенные – измерения, при которых определяемые величины получаются как функции других непосредственно измеренных величин.

Процесс измерения включает:

• объект – свойства которого, например, размер характеризуют

результат измерения;

• техническое средство – получать результат в заданных

единицах;

• метод измерений – обусловлен теорией практических действий

и приёмов технических средств;

• исполнитель измерений – регистрирующее устройство;
• внешняя среда, в которой происходит процесс измерений.

Измерением называется процесс сравнения некоторой физической величины с другой одноименной величиной, принятой за единицу меры.

Единица меры – значение физической величины, принятой для количественной оценки величины того же рода.

1.5. Результаты геодезических измерений

Под результатом геодезического измерения подразумевается конечный результат, который получается в процессе всех произведенных измерений и вычислений [2]. Например,  конечным результатом может быть высота точки, ее плановые координаты, площадь участка и т.д.

Результаты геодезических измерений могут быть:

• равноточные;
• неравноточные.

Равноточные – это результаты измерений однородных величин, выполняемых с помощью приборов одного класса, одним и  тем же методом, одним исполнителем при одних и тех же условиях. Если хотя бы один из этих элементов, составляющий совокупность, меняется, то результат измерений неравноточный.

Примером равноточных измерений могут являться результаты измерений длины одной и той же линии либо линий, примерно равных друг другу, полученные при неизменных условиях внешней среды, одним и тем же измерительным средством (прибором), одними и теми же исполнителями работ, по общей для всех результатов измерений программе [14].

Если в процессе измерений длины линии, например, светодальнометром, изменится температура окружающего воздуха, влажность, давление, то это может привести к получению части неравноточных результатов в общей группе результатов измерений, поскольку при изменении внешних условий может произойти и изменение характеристик измерительного прибора, характеристик прохождения светового луча в атмосфере.

Число измеренных величин и число измерений может быть [6]:

• необходимым;
• избыточным.

При измерении, например, углов в треугольнике число необходимых измерений величин равно двум, в семиугольнике – шести. Значение третьего (седьмого) угла можно вычислить по сумме двух (шести) измеренных углов. Если необходимо решить плоский треугольник, то дополнительно к измеренным двум углам обязательным является знание длины хотя бы одной из его сторон, в связи с чем число необходимых измерений величин должно быть равно трем (одно измерение – линейное, два – угловые). Та же задача решается и при выполнении двух линейных измерений и одного угла, заключенного между измеренными сторонами треугольника.

Таким образом, числом необходимых измеренных величин является минимально необходимое их число, при котором обеспечивается решение поставленной задачи. Число же измеренных величин, превышающих число необходимых, называется числом избыточных величин [16]. В геодезии принято обязательно получать и избыточные величины, что обнаружение грубых погрешностей и промахов, позволяет повысить точность результатов измерений. Поэтому в треугольнике, например, обязательно измерять все три угла и сравнивают полученную сумму углов с теоретической.

Если сформулировать задачу с точно обеспечения заданной точности измерений, то необходимое число измерений должно обеспечивать заданную точность измерений одной величины или самого результата измерений. Так, в том же треугольнике, каждый из его углов может быть измерен несколько раз. Все избыточные измерения повышают надежность результатов, а также их точность, но в то же время и увеличивают объем работ, и часто прирост увеличения точности становится экономически нецелесообразным из-за большого числа измерений. Иногда говорят, что число необходимых измерений, например, горизонтального угла, является одно измерение, остальные – избыточные. Это не всегда так, поскольку, одно и измерение не позволяет производить оценку точности и может содержать неконтролируемую грубую погрешность.

Как правило, результаты геодезических измерений непосредственно не используются, а предварительно подвергаются математической обработке, которая с помощью вычислительных методов и средств приводит результаты измерений к виду, удобному для практического использования.

 

Глава 2. ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Классификация погрешностей геодезических измерений. Средняя квадратическая погрешность. Формы Гаусса и Бесселя для её вычисления

Геодезические измерения, выполняемые даже в очень хороших условиях, сопровождаются погрешностями, т.е отклонение результата измерений (L) от истинного значения (Х) нумеруемой величины [8]: