CC BY
61
ВЛИЯНИЕ ОСЕДАНИЯ ШТАТИВА, ИЗМЕНЕНИЯ УГЛА i И ВЕРТИКАЛЬНОЙ РЕФРАКЦИИ НА НИВЕЛИРОВАНИЕ I КЛАССА
Екатерина Леонидовна Соболева
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геодезии и маркшейдерского дела, тел. (383)343-29-55, e-mail: [email protected]
Надежда Михайловна Рябова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, старший преподаватель кафедры инженерной геодезии и маркшейдерского дела, тел. (383)343-29-55, e-mail: ryab ovanadezhda@mail. ru
Садуахас Аяшович Бабасов
ТОО «Технологический информационный центр» акимата г. Алматы, 050028, Республика Казахстан, г. Алматы, пр. Достык, 85, директор, тел. 8(727)272-39-79, e-mail: [email protected]
В статье приведены исследования влияния основных ошибок высокоточного нивелирования на примере программы наблюдений, предназначенной для нивелирования I класса.
Ключевые слова: высокоточное нивелирование, оседание штатива, угол i, влияние рефракции, цифровой нивелир.
EFFECT OF SUPPORT SETTLEMENT, ANGLE I CHANGE AND VERTICAL REFRACTION ON FIRST-ORDER LEVELING
Ekaterina L. Soboleva
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph.D., Assoc Prof, Department of Engineering Geodesy and Mine Survey, tel. (383)343-29-55, e-mail: [email protected]
Nadezhda M. Ryabova
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Senior lecturer, Department of Engineering Geodesy and Mine Survey, tel. (383)343-29-55, e-mail: [email protected]
Saduakhas A. Babasov
Technological Information Centre «Akimata», 050028, Almaty, 85 Dostyk, Director, tel. 8(727)272-39-79, e-mail: [email protected]
The authors present their research of the effect of high-precision leveling basic errors. The observation program of the first-order leveling is considered as an example.
Key words: high-precision leveling, support settlement, angle I, refraction effect, digital
level.
Известно, что при выполнении высокоточного нивелирования I, II классов [1,2,3,4] основными источниками ошибок являются перемещение
костылей и штатива. В любых видах грунтов положение штатива будет изменяться по высоте при взятии отсчетов по рейкам [5]. Ошибка, вызванная перемещением штатива, носит в основном систематический характер на протяжении всего нивелирного хода [6].
Рассмотрим влияние оседания штатива на результаты нивелирования на примере программы наблюдений Конопальцева [7], применительно к цифровому нивелиру [8, 9, 10, 11].
Порядок взятия отсчетов по этой программе в прямом ходе на нечетной станции следующий: по ходу часовой стрелки З , З, Пл, П, затем против хода часовой стрелки П П З З1 (рис. 1).
Рис. 1. Порядок взятия отсчетов на станции
Предположим, что при выполнении работ на станции штатив оседает равномерно, а костыли остаются неподвижными. Здесь будем обозначать Д1 и Д2 - ошибки в отсчет по рейке, вызванные оседанием штатива при взятии отсчетов по ходу часовой стрелки, а Д'ь Д'2 - против хода часовой стрелки. Тогда на нечетной станции отсчет по задней рейке правой линии будет равен З (рис. 2, а). Далее производится отсчет по задней рейке левой линии нивелирования, который, с учетом оседания штатива, будет равен З - Дь Затем производится отсчет по передней рейке левой линии нивелирования, равный Пл - 5, так как за время наведения зрительной трубы прибора на переднюю рейку штатив опустится на величину 5. После этого снимается отсчет по передней рейке правой линии нивелирования, который, с учетом перемещения штатива, равен Пя-Д1-5-Д2. С учетом этого превышение для правой линии нивелирования будет равно:
Иіп = З1 - (П - А 1 - 5 - Д2 ) = ИИст + А 1 + 5 + Д2. Превышение по левой линии нивелирования будет равно:
V = (З - ДО - (Пл - 5 ) = Иист - А 1 +5.
(1)
(2)
После этого меняется высота инструмента и наблюдения производятся в обратном порядке (рис. 2, б): снимается отсчет по передней рейке правой
линии нивелирования, который будет равен П, затем по передней рейке левой линии нивелирования, который будет равен Пл-А\ (с учетом оседания штатива). Далее производится отсчет по задней рейке левой линии нивелирования, равный З—5, так как за время наведения зрительной трубы прибора на заднюю рейку штатив опустится на величину 5. После этого снимается отсчет по задней рейке правой линии нивелирования, равный Зп-А?1—5—А'2 (с учетом оседания штатива). В этом случае превышение по правой линии нивелирования будет равно:
И2п = (Зп -Д'і - 5 - Д'2) - П = Иист - Д'і - 5 -Д'2.
(3)
Превышение по левой линии нивелирования будет равно:
Ь2л = (ЗЛ - 5) - (П - Д'і) = Ь„ст + Д'і - 5.
(4)
а) по ходу часовой стрелки
б) против хода часовой стрелки
Рис. 2. Схемы влияния перемещения штатива на отсчеты по рейкам
Так как А'1=А'2 (штатив оседает равномерно), то среднее превышение на станции по правой линии нивелирования вычисленное по формуле
кп + к п
Кпра, =—2— (5)
будет равно кстправ.
Следовательно, по правой линии нивелирования ошибки, связанные с перемещением штатива, компенсируются на станции. Аналогичная ситуация для левой линии нивелирования.
Таким образом, при использовании данной программы наблюдений, перемещение штатива не влияет на величину превышения на станции, так как происходит компенсация ошибок по каждой линии нивелирования (при двух горизонтах инструмента).
Другим основным источником ошибок высокоточного нивелирования является изменение угла i во время работы на станции. С изменением температуры воздуха угол 1 нивелира, как известно, может увеличиваться или уменьшаться, что приводит к ошибкам в отсчетах по рейкам.
Ниже рассмотрим, как данная программ наблюдений будет компенсировать ошибки нивелирования, вызванные изменением угла 1.
Здесь будем обозначать А1, А2 и А3 — ошибки в отсчет по рейке, вызванные изменением угла 1 при взятии отсчетов по ходу часовой стрелки, а А'ь А'2 и А'з — против хода часовой стрелки (после изменения высоты инструмента). На нечетной станции отсчет по задней рейке правой линии будет равен 3 (рис. 3, а). Далее производится отсчет по задней рейке левой линии нивелирования, который, с учетом увеличения угла 1, будет равен 3 + А1. Затем производится отсчет по передней рейке левой линии нивелирования, равный Пл + А1 + А2, так как за время наведения зрительной трубы прибора на переднюю рейку угол 1 изменится на величину А2. После этого снимается отсчет по передней рейке правой линии нивелирования, который, с учетом изменения угла 1, равен П + А1 + А2 + А3. С учетом этого превышение для правой линии нивелирования будет равно:
а) по ходу часовой стрелки б) против хода часовой
з п з п
■■ ■ ■■■■ ■■■■ ■■ ■■ ■ ■■ ГТТТП ■. ГРГТТТТТТТТТТТТТТТТТ V \
Рис. 3. Схемы влияния перемещения штатива на отсчеты по рейкам
И1п = 3 — (П + А 1 + А2 + Аз ) = Иист — А 1 — А2 — Аз. (6)
Превышение по левой линии нивелирования будет равно:
V = (3 + ДО — (П +Д, + Д2 ) = Ьист — А2. (7)
После этого меняется высота инструмента и наблюдения производятся в обратном порядке (рис. з, б): снимается отсчет по передней рейке правой линии нивелирования, который будет равен П, затем по передней рейке левой линии нивелирования, который будет равен Пл+А\ (с учетом увеличения угла 1). Далее производится отсчет по задней рейке левой линии нивелирования, равный Зл+А'1+А'2, так как за время наведения зрительной трубы прибора на заднюю рейку угол 1 изменится на величину А'2. После
этого снимается отсчет по задней рейке правой линии нивелирования, равный Зг+А'1+А'2+А,3 (с учетом изменения угла 1). В этом случае превышение по правой линии нивелирования будет равно:
И2п = (3 + А-1 + А-2 + А'з) — П = Иист + А'1 + А'2 + А'з. (8)
Превышение по левой линии нивелирования будет равно:
И2л = (3 + А'1 + А'2) — (Пл + А'1) = ЬИсХ + А'2. (9)
Так как А'1 = А'2 = А'з (угол 1 увеличивается равномерно), то среднее
превышение на станции по правой линии нивелирования вычисленное по
формуле (5) будет равно ^ет.
Следовательно, по правой линии нивелирования ошибки, связанные с изменением угла 1, компенсируются на станции.
Аналогичная ситуация для левой линии нивелирования.
Таким образом, при использовании данной программы наблюдений изменение угла 1 не влияет на величину превышения на станции, так как происходит компенсация ошибок по каждой линии нивелирования (при двух горизонтах инструмента).
Исследуемая программа наблюдений будет компенсировать ошибки нивелирования, вызванные влиянием вертикальной рефракции, по аналогии с ошибками, вызванными изменением угла 1 [12,1з,14,15].
Таким образом, при использовании данной программы наблюдений, вышерассмотренные ошибки не будут влиять на результаты высокоточного нивелирования, поскольку происходит компенсация ошибок по каждой линии нивелирования (при двух горизонтах инструмента).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инструкция по нивелированию I II III IV классов. ГКИНП(ГИТА) — 0з-010-0з.2004.- М.: ЦНИИГАиК, 2004. — 226 с.
2. Уставич Г. А. О совершенствовании технологий нивелирования // Геодезия и картография. — 2005. — № 3. — С. 11—1з.
3. Уставич Г. А. Технология выполнения высокоточного нивелирования цифровыми нивелирами // Геодезия и картография. — 2006. — № 2. — С. 3—6.
4. Уставич Г. А., Шаульский В. Ф., Винокурова О. И. Разработка и совершенствование технологии государственного нивелирования I, II, III и IV классов // Геодезия и картография. — 200з. — № 7. — С. 10—15; 200з. — № 8. — С. 5—11.
5. Соболева Е. Л., Теплых А. Н., Хоменко Т. А. Влияние перемещения наблюдателя на положение штатива при выполнении высокоточного нивелирования цифровыми нивелирами // ГЕО-Сибирь-2006. Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск,
24—28 апреля 2006 г.). — Новосибирск: СГГА, 2006. Т. 1, ч. 1. — С. 70—75.
6. Шалыгина Е. Л. Влияние перемещения штатива и изменения угла 1 на результаты высокоточного нивелирования цифровыми нивелирами // Геодезия и картография. — 2005. — № 5. — С. 15—17.
7. Энтин И. И. Анализ результатов нивелирования I и II классов // Тр. ЦНИИГАиК.-1960. — Вып. 135.
8. Соболева Е. Л. Программы наблюдения на станции при нивелировании I класса цифровым нивелиром // ГЕ0-Сибирь-2006. Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 24—28 апреля 2006 г.). — Новосибирск: СГГА, 2006. Т. 1, ч. 1. — С. 66—70.
9. Соболева Е. Л. Анализ существующих программ нивелирования на станции при использовании цифровых нивелиров // Современные проблемы геодезии и оптики: сб. науч. ст. — Новосибирск: СГГА, 2006. — С. 38—44.
10. Соболева Е. Л., Теплых А. Н. Методика нивелирования I класса цифровым нивелиром на геодинамическом полигоне // Сб. науч. тр. аспирантов и молодых ученых Сиб. гос. геодез. акад. / под общ. ред. Т.А. Широковой. — Новосибирск, 2006. — С. 41—45.
11. Соболева Е. Л. Совершенствование технологии нивелирования II класса с использованием цифровых нивелиров // Современные проблемы геодезии и оптики: сб. науч. ст. — Новосибирск: СГГА, 2006. — С. 33—з8.
12. Исследование влияния рефракции на результаты нивелирования цифровыми нивелирами / Г. А. Уставич, Е. Л. Соболева, Н. М. Рябова, В. Г. Сальников // Геодезия и картография. — 2011. — № 5. — С. 3—9.
13. Рябова Н. М., Сальников В. Г. Методика исследования влияния рефракции на цифровые нивелиры // 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. 12—17.
14. Соболева Е. Л., Сальников В. Г., Рябова Н. М. Исследование влияния рефракции на результаты нивелирования цифровыми нивелирами // ГЕ0-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19—29 апреля 2011 г.). — Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 1, ч. 1. — С. 32—з6.
15. Соболева Е. Л., Рябова Н. М., Сальников В. Г. 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.
16. Колмогоров В. Г. К вопросу о возможности изучения деформационного состояния земной поверхности по результатам повторного высокоточного нивелирования // Вестник СГГА. — 2012. — Вып. 1 (17). — С. 9—14.
© Е. Л. Соболева, Н. М. Рябова, С. А. Бабасов, 2014
