Тахеометр Leica TPS400: измеряемые и основные вычисляемые величины на станции, Величины, измеряемые тахеометром на станции, длина линии, поправка за атмосферные условия,

    Скачать с Depositfiles 

1.2 Измеряемые и основные вычисляемые величины на станции

Электронный тахеометр объединяет в себе как измерительное, так и вычислительное устройство — микрокомпьютер. Поэтому наряду с измеряемыми величинами, тахеометр способен вычислять и выдавать множество других величин, являющихся функциями измеренных величин.

Если строго говорить, то все величины, которые выдает тахеометр пользователю, являются вычисляемыми величинами, в том числе и измеряемые.

Однако в случае измеряемых величин правильнее говорить не об их вычислении, а об их уточнении или исправлении поправками. Хотя само уточнение или исправление и происходит в виде вычисления. Обычно это выглядит как суммирование измеренного значения и поправки к нему. В этом смысле поправки к измеряемым величинам действительно можно считать вычисляемыми величинами, а значения измеряемых величин, выдаваемые на дисплей прибора, — исправленными значениями измеряемых величин.

В случае же вычисляемых величин никакого предварительного или приближенного значения таких величин нет. И поэтому их значения получаются по результатам вычисления функций, заложенных в бортовое программное обеспечение прибора, в которых используются исправленные значения измеряемых величин.

Среди множества вычисляемых величин следует выделять основные вычисляемые величины. К ним относятся:

— горизонтальное проложение длины стороны;

— превышение между точкой стояния и снимаемой точкой (точкой визирования);

— пространственные координаты снимаемой точки.

1.2.1 Величины, измеряемые тахеометром на станции

Электронный тахеометр при наведении на снимаемую точку измеряет три величины:

— наклонное расстояние;

— горизонтальное направление;

— вертикальный угол.

Чтобы понять смысл измеряемых величин, рассмотрим на примере одной станции схему измерений, представленную на рис. 9.

На схеме изображены: точка стояния тахеометра  и две снимаемых точки  и . Прибор выведен в рабочее положение. Это означает, что вертикальная ось вращения прибора занимает отвесное положение (направлена в зенит), а плоскость горизонтального круга находится в горизонтальном положении. Нулевой отсчет лимба горизонтального круга занимает произвольное положение либо можно считать, что он сориентирован по какому-то начальному направлению.

Рисунок 9 —

Для выполнения измерений на точку  визирная ось зрительной трубы должна быть наведена на эту точку. С геометрической точки зрения это означает, что коллимационная плоскость  прибора должна быть совмещена с точкой .

В этом случае все три измеряемых величины будут лежать в одной плоскости. Только после этого можно выполнять измерения на точку .

Аналогичным образом для выполнения измерений на точку  коллимационная плоскость  прибора должна быть совмещена с точкой .

1.2.1.1 Длина линии

Наиболее простой смысл имеет длина линии . Это измеренное наклонное расстояние  между точкой излучения сигнала в тахеометре и точкой отражения сигнала на отражателе, исправленное поправкой за атмосферные условия  и постоянным слагаемым дальномера :

, (1.12)

Поправка за атмосферные условия  вычисляется как

(1.13)

где — поправка в мм на 1 км длины линии;

— длина измеряемой линии, выраженная в миллиметрах.

В тахеометрах Leica Geosystems серии TPS400 в качестве рабочей формулы для вычисления исправленного значения длины линии  используется формула

, (1.14 )

получающаяся в результате подстановки в (1.12) формулы (1.13) [1]. Все величины в (1.14) выражены в миллиметрах.

На дисплей прибора выводится исправленное значение длина линии .

1.2.1.1.1 Поправка за атмосферные условия

Необходимость ввода в измеренное значение длины линии  поправки за атмосферные условия  вызвано тем, что при прохождении волн оптического диапазона через атмосферу возникает явление дисперсии волн, следствием чего является замедление скорости распространения волн в среде по сравнению с вакуумом. Это означает, что если при измерениях в реальных атмосферных условиях для вычисления длины линии использовать скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, то вычисленная таким образом длина линии будет короче реальной длины. Отсюда возникает необходимость ввода в измеренное значение  длины линии поправки  за атмосферные условия.

Основными влияющими факторами на скорость распространения волн оптического диапазона в атмосфере являются давление , температура  и влажность воздуха , причем влажность воздуха оказывает влияние существенно меньшее по сравнению с давлением и температурой.

Из формулы (1.14) следует, что на самом деле по метеорологическим параметрам вычисляется не поправка , а значение , являющееся постоянным для всех измеряемых на станции длин линий. Значение  необходимо вычислить один раз перед выполнением измерений на станции и ввести в прибор, а далее это значение будет использоваться в соответствии с формулой (1.14) для вычисления всех длин линий на станции, сколько бы их не было.

В западной технической литературе поправки  часто именуются пропорциональными поправками, поскольку они выступают коэффициентом пропорциональности между значением величины, стоящей в правой части, как, например, в формуле (1.13), и поправкой к этому значению. По своей сути поправка это миллионная часть чего-то (Parts Per Million).

Производители электронных тахеометров обычно закладывают в прибор, при его разработке, такие параметры и константы, чтобы значение  было равным нулю для стандартной атмосферы. При этом понятие стандартной атмосферы у каждого производителя может быть свое. В компании Leica Geosystems стандартная атмосфера, характеризуется следующими метеорологическими параметрами:

— атмосферное давление на уровня моря ,

— температура воздуха ,

— относительная влажность воздуха  .

Для этих стандартных условий значение  во всех электронных тахеометрах компании Leica Geosystems равно .

Возможны три варианта вычисления и учета поправки за атмосферные условия.

1. Значение  определяется графическим способом по специальной номограмме (рис. 10). Входными величинами при этом являются значение давления  в миллибарах или высоты точки стояния  в метрах, и температуры воздуха  в градусах Цельсия. Относительная влажность  воздуха при этом принимается равной 60%.

Рисунок 10 —Атмосферная поправка в мм/км (ppm) в зависимости от температуры (в °C), давления (в мб) и высоты Н (в метрах) при относительной влажности 60%

Относительная влажность воздуха  – это отношение парциального давления водяного пара  при конкретных атмосферных условиях к давлению насыщенного пара  над плоской поверхностью дистиллированной воды при данной температуре, выраженное в процентах [5, 9].

Атмосферное давление, измеренное по барометру в миллиметрах ртутного столба, должно быть переведено в миллибары. Для этого значение давления, выраженное в миллиметрах ртутного столба, должно быть умножено на коэффициент 1.33.

Вместо значения давления может быть использована высота точки стояния над уровнем моря в метрах.

Так, например, давлению  или высоте над уровнем моря , и температуре  соответствует значение  (27 мм/км). Условиям на уровне моря, характеризующимся давлением  или высотой , и температурой, соответствует величина  (11 мм/км).

Для учета поправки за атмосферные условия значение , вычисленное по номограмме, должно быть введено в прибор перед началом измерений на станции.

2. Значение  определяется аналитическим способом по эмпирическим формулам Баррелла-Сирса [6]. В тахеометрах Leica Geosystems серии TPS400 для измерения длин линий используется два режима измерений: измерения на отражатель и безотражательный режим измерений. В обоих режимах используется лазерный луч видимого красного поддиапазона световых волн с длиной волны 658 нм.

Поправка  для длины волны 658 нм определяется по следующей формуле [6]

, (1.15)

где

— атмосферное давление в миллибарах;

— температура воздуха в ºC;

— относительная влажность воздуха в %;

— ;

— .

Указанные формулы рекомендуется использовать в случаях высокоточного определения длин линий.

Для получения наиболее точных результатов измерения длин линий, значения атмосферных поправок должны определяться с точностью порядка . Это означает что:

— температура должна определяться с точностью не хуже 1°C;

— давление — до 3 миллибар;

— относительная влажность — не хуже 20%.

На рис. 11 показан график зависимости значения поправки за влажность воздуха от температуры и влажности воздуха. Из этого графика видно, что для измерений особо высокой точности относительная влажность должна обязательно определяться и учитываться вместе с такими параметрами, как атмосферное давление и температура воздуха. Особенно важно учитывать влажность воздуха в результатах измерения длин линий в условиях очень жаркого и влажного климата, в которых влажность воздуха максимальна. В целом же, из сравнения номограммы, представленной на рис. 10, и графика из рис. 11, видно, что поправка за влажность воздуха почти на порядок меньше поправки за температуру и давление.

ppm – поправка за влажность воздуха, [мм/км],

% — относительная влажность воздуха, [%]

ºC – температура воздуха, [ºC]

Рисунок 11 – Поправка за влажность воздуха

Учет поправки при расчете аналитическим способом производится таким же образом, как и в первом способе, т.е. значение , вычисленное по указанным выше формулам, должно быть введено в прибор перед началом измерений на станции.

3. Значение  вычисляется самим прибором по заданным значениям метеорологических параметров. Для этого измеренные значения метеопараметров вводятся в прибор на этапе подготовки измерений на станции. Вводимыми параметрами являются давление и температура.

Ввод влажности воздуха в тахеометрах серии TPS400 не предусмотрен, а принимается равной 60%. Для вычисления значения  используются формула (1.15).

Важное замечание!

Поправку за атмосферные условия рекомендуется вводить только в тех случаях, когда выполняемые работы действительно требуют высокоточных измерений длин линий. В большинстве же случаев, особенно при съемке местности, поправкой за атмосферные условия можно пренебречь. В этом случае значение  надо принять равным .

Обнуление атмосферной поправки предусмотрено самим прибором и выполняется в режиме настройки дальномера (EDM).

 

    Скачать с Depositfiles