CC BY
36
УДК 528.541
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕФРАКЦИИ НА РЕЗУЛЬТАТЫ НИВЕЛИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫМИ НИВЕЛИРАМИ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
Маржан Есенбековна Рахымбердина
Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, 470000, Республика Казахстан, г. Усть-Каменогорск, ул. Серикбаева, 19, доктор Ph. D., зав. кафедрой геодезии, картографии и кадастра, тел. (708)369-81-33, e-mail: marzhanrakh@mail.ru
Анастасия Владимировна Бердюгина
Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, 470000, Республика Казахстан, г. Усть-Каменогорск, ул. Серикбаева, 19, магистрант кафедры геодезии, картографии и кадастра, тел. (705)241-56-84, e-mail: berdyugina_anastasiya@mail.ru
В статье приведены результаты исследования влияния вертикальной рефракции на результаты нивелирования цифровым нивелиром Trimble Dini 0.3 в условиях отрицательных температур на расстоянии 25 и 50 м. Результаты нивелирования показали, что вертикальная рефракция оказывает сильное влияние на точность измерений.
Ключевые слова: цифровой нивелир, вертикальная рефракция.
INVESTIGATION OF THE REFRACTION INFLUENCE ON LEVELLING RESULTS RECEIVED WITH A DIGITAL LEVEL AT NEGATIVE TEMPERATURES
Marzhan Ye. Rakhymberdina
Serikbayev East Kazakhstan State Technical University, 470000, Kazakhstan, Ust-Kamenogorsk, 19 Serikbayev St., Ph. D., Head of the Department of Geodesy, Cartography and Cadastre, tel. (708)369-81-33, e-mail: marzhanrakh@mail.ru
Anastassiya V. Berdyugina
Serikbayev East Kazakhstan State Technical University, 470000, Kazakhstan, Ust-Kamenogorsk, 19 Serikbayev St., undergraduate of the Department of Geodesy, Cartography and Cadastre, tel. (705)241-56-84, e-mail: berdyugina_anastasiya@mail.ru
The article shows the results of a study on the effect of vertical refraction on the results of leveling using the digital level of the Trimble Dini 0.3 model under negative temperatures at a distance of 25 and 50 m. The results of the leveling showed that vertical refraction strongly influences the accuracy of measurements.
Key words: digital level, vertical refraction.
Проблеме исследования нивелиров, определения их метрологических характеристик уделяется большое внимание [1-4].
Взятие отсчета цифровым нивелиром по штрих-кодовой рейке происходит в угловом секторе, где необходимая линейная величина изображения штрих-кода должна быть не менее 300 мм, так как общий отсчет по штрих-кодовой рейке состоит из суммарного отчета каждого из кодовых штрихов. В свою очередь отчет каждого из штрихов зависит от его положения на рейке. И, наконец,
на положение каждого из штрихов будет по-разному влиять влияние вертикальной рефракции.
Искажение результатов геодезических измерений, в том числе и геометрического нивелирования, возникает из-за неоднородности приземного слоя атмосферы [1, 3].
Полевой эксперимент по изучению влияния рефракции на результаты высокоточного нивелирования в условиях отрицательных температур был проведен в городе Усть-Каменогорск, 2 марта 2017 года, t = -10 0С, при переменной облачности, с небольшим количеством осадков (снег), при отсутствии в течение всего дня резких порывов ветра.
Для выполнения измерений применялся высокоточный цифровой нивелир Trimble Dini 0.3, диапазон рабочих температур которого позволяет производить измерения в пределах от -20 °С до +50 °С.
Кроме того, он имеет одно существенное преимущество - это то, что для выполнения измерений цифровому нивелиру Trimble DiNi требуется всего лишь 30-сантиметровый сегмент штрих-кодовой рейки, благодаря чему можно выполнять большее количество измерений превышения, не смотря на качество подстилающей поверхности, малую освещенность, а также представленная технология уменьшает влияние земной рефракции.
В качестве подстилающей поверхности служил снежный покров высотой 20-30 см, профиль которой был практически равнинный (рис. 1).
Рис. 1. Местность проведения эксперимента
Перед началом измерений необходимо было убедиться, что нивелир принял температуру окружающей среды. Это было сделано путем извлечения устройства из теплого помещения комнаты на улицу и установки его на штатив, ноги которого были углублены в снежный покров до контакта с землей (рис. 2).
Рис. 2. Установка штатива
Измерения начинались спустя 10-15 минут, когда нивелир принимал температуру окружающего воздуха. Предварительно перед этим, для того чтобы от нагрева солнечными лучами под ножками штатива не было таяния снега их концы были укрыты снегом, а для исключения попадания засветок от лучей Солнца вся система «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» была ориентирована по направлению север-юг. Штрих-кодовая рейка устанавливалась на металлический башмак. Влияния перемещения наблюдателя на положение системы практически не было, так как штатив устанавливался на мерзлую землю [2].
Исследования выполнялись для расстояний 25 и 50 м, а их сущность заключалась в определении величины изменения отсчета по реке на станции при расстояниях до реек 25 и 50 м и высоте визирного луча над подстилающей поверхностью 50-60 см.
Исследования проводились с 8 часов утра до 18 часов вечера, данный временной диапазон выбран в связи с тем, что это время является обычным рабочим днем, и именно оно включает в себя все результаты измерений.
На первом этапе работ необходимо было определить исходный отчет, который определялся путем взятия отсчетов для каждого расстояния (5 раз) и вычислялся как среднее арифметическое. Для расстояния 25 м исходный отчет составил 1,704 95 м, для расстояния 50 м - 1,769 95 м.
Затем в течение всего дня с интервалом 10 минут выполнялись измерения (таблица). Величина и характер влияния вертикальной рефракции оценивалась по изменению средних отсчетов, полученных в течение всего дня.
Наглядно результаты измерений представлены на рис. 3.
Значения У
Линейная (Значения У)
7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 Время
1//054
1,7053
1- е 1,7052
У
1- О 1,7051
1,705
1,7049
Рис. 3. Диаграмма изменения величины отсчетов во времени для расстояния 25 м
92
Таблица
Результаты измерений для расстояния 25 м
Время Отчет, м А, м Время Отчет, м А, м
8:00 1,705 0,00005 13:00 1,70532 0,00037
8:10 1,70502 0,00007 13:10 1,7053 0,00035
8:20 1,70504 0,00009 13:20 1,70531 0,00036
8:30 1,705 0,00005 13:30 1,70528 0,00033
8:40 1,70501 0,00006 13:40 1,70525 0,0003
8:50 1,70499 0,00004 13:50 1,70526 0,00031
9:00 1,70501 0,00006 14:00 1,70524 0,00029
9:10 1,70498 0,00003 14:10 1,70524 0,00029
9:20 1,70504 0,00009 14:20 1,7052 0,00025
9:30 1,70506 0,00011 14:30 1,70522 0,00027
9:40 1,70505 0,0001 14:40 1,70519 0,00024
9:50 1,70507 0,00012 14:50 1,70517 0,00022
10:00 1,7051 0,00015 15:00 1,70514 0,00019
10:10 1,70514 0,00019 15:10 1,70514 0,00019
10:20 1,70513 0,00018 15:20 1,70511 0,00016
10:30 1,70514 0,00019 15:30 1,70512 0,00017
10:40 1,70518 0,00023 15:40 1,70511 0,00016
10:50 1,70517 0,00022 15:50 1,70513 0,00018
11:00 1,7052 0,00025 16:00 1,7051 0,00015
11:10 1,70522 0,00027 16:10 1,70508 0,00013
11:20 1,70523 0,00028 16:20 1,70509 0,00014
11:30 1,70524 0,00029 16:30 1,70507 0,00012
11:40 1,70528 0,00033 16:40 1,70505 0,0001
11:50 1,70529 0,00034 16:50 1,70506 0,00011
12:00 1,70526 0,00031 17:00 1,70504 0,00009
12:10 1,70528 0,00033 17:10 1,70503 0,00008
12:20 1,7053 0,00035 17:20 1,70501 0,00006
12:30 1,70534 0,00039 17:30 1,70504 0,00009
12:40 1,7053 0,00035 17:40 1,70499 0,00004
12:50 1,70533 0,00038 17:50 1,70499 0,00004
18:00 1,70501 0,00006
По данным таблицы и рис. 3 можно сделать вывод, что на равнинном участке, изменение отсчетов в утренние и вечерние периоды наблюдений является незначительным, и оно находится в пределах 0,05-0,09 мм.
В течение всего дня изменение отсчета относительно исходного составляет 0,10-0,20 мм и является существенным. Ближе к полуденному, в полуденное и после полуденное время изменение отсчетов по рейке составляет 0,3-0,4 мм, что является значительным и оно влияет на измеренное превышение.
Аналогичные результаты получены и для расстояния 50 м (рис. 4).
7:12
Значения
9:36
12:00 14:24 Время
16:48 19:12
Рис. 4. Диаграмма изменения величины отсчетов во времени для расстояния 50 м
На равнинном участке, изменение отсчетов в утренние и вечерние периоды наблюдений так же, как и в случае с расстоянием 25 м, является незначительным, и оно находится в пределах 0,05-0,09 мм.
В течение всего дня изменение отсчета относительно исходного составляет 0,10-0,20 мм и является существенным.
При увеличении расстояния до максимального в утреннее, полуденное и после полуденное время влияние рефракции приводит к изменению характера колебаний значений отсчетов на 0,4-0,5 мм, что является существенным и, следовательно, будет влиять на результаты измерения превышений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Исследование влияние рефракции на результаты нивелирования цифровыми нивелирами / Уставич Г. А., Соболева Е. Л., Рябова Н. М., Сальников В. Г. // Геодезия и картография. - 2011. - № 5.
2. Соболева Е. Л., Сальников В. Г., Рябова Н. М. Исследование влияние рефракции на результаты нивелирования цифровыми нивелирами при отрицательной температуре // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск : СГГА, 2012. Т. 1. - С. 81-84.
3. Соболева Е. Л. Разработка и совершенствование методики высокоточного нивелирования I и II классов с применением цифровых нивелиров : дис. ... канд. техн. наук. - Новосибирск, 2008.
4. Рахымбердина М. Е. Проблемы метрологического обеспечения геодезических предприятий в Казахстане // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 1. - С. 158-162.
© М. Е. Рахымбердина, А. В. Бердюгина, 2017
