Повышение точности измерения углов



В данной статье рассматриваются способы измерений углов в геодезии и основные погрешности, влияющие на точность измерения углов. Также выявлены источники ошибок при измерении горизонтальных углов. Внимание уделяется методам повышения точности измерений углов с целью достижения результатов в геодезических работах, а также важности получения детальных чертежей для максимально достоверных и объективных результатов по окончанию геодезических работ.

Ключевые слова: геодезия, способ приемов, точность измерения углов, ошибки угловых измерений, погрешности

Для измерения горизонтальных углов существуют определенные способы: способ приемов, способ круговых приемов, способ повторений, способ всех комбинаций. Наиболее простым и наиболее распространенным является способ приемов. Способ круговых приемов используется в том случае, когда на одной точке требуется измерить несколько углов. Способ повторений рекомендуется использовать тогда, когда точность теодолита недостаточна и требуется измерить угол с достаточно высокой точностью. Способ комбинаций характеризуется трудоемкостью и применяется только при высокоточных измерениях углов, когда ошибки измерения углов находятся в пределах 1" [1].

Рис. 1. Измерение горизонтальных углов способом приемов

Работа по измерению углов на станции выполняется в следующем порядке:

− установка теодолита в рабочее положение;

− измерение горизонтальных углов (направлений);

− обработка журнала наблюдений и контроль измерений [2].

При проведении высокоточных измерений необходимо всесторонне учитывать влияние различных факторов на конечные результаты. Для этого стараются разрабатывать научные обоснованные программы постановки измерений, которые сводят к минимуму действие разнообразных ошибок и погрешностей [3].

Факторы, определяющие конкретные условия наблюдений:

− внешняя среда;

− принятая методика измерений;

− квалификация исполнителя [4].

Все это, а еще тип используемого инструмента обуславливают точность получаемых результатов. При этом многократное измерение угла с целью повышения точности измерений оправдано только тогда, когда требуемая точность незначительно отличается от точности используемого прибора [5].

Точность измерения углов зависит в первую очередь от погрешностей самого прибора, от точности установки прибора и вех, от точности визирования и отсчитывания по кругу [6]. Влияние погрешности отсчета по верньерам на конечный результат уменьшают, измеряя угол способом повторений. Для более точного измерения углов теодолитов с большой ошибкой отсчитывания (Т30) надо измерять углы не по способу отдельного угла, а по способу повторений [7].

Рис. 2. Принцип измерения вертикального угла

При хорошем состоянии прибора и при соблюдении основных правил измерений углов инструментальные ошибки будут несущественны [8].

Внешняя среда тоже существенно ограничивает точность угловых измерений. Это объясняется тем, что высокоточные угловые измерения проводятся в приземном слое воздуха, непрерывно изменяющемся в течение суток [9]. На точность измерений влияет соответственно и прозрачность атмосферы, колебания воздуха, освещенность визирных целей и фон, на который они проектируются [10].

Самыми существенными ошибками, возникающими под действием внешних условий, являются:

− влияние рефракции;

− конвекционные потоки воздуха;

− фазы визирных целей;

− кручение, гнутие и смещение вершины сигнала;

− влияние температуры [11].

При измерении направлений или углов в триангуляции необходимо соблюдать определенные, очень важные правила, чтобы в конечном счете повысить точность данных измерений [12].

Рис. 3. Схема измерения углов в триангуляции

На точность измерения углов также оказывают влияние основные погрешности:

1) центрирования (зависит от неточности установки теодолита над точкой и длины стороны). Поэтому необходимо теодолит центрировать особенно тщательно, не допуская отклонения острия отвеса от точки более, чем на 2–3 мм. Учитывая ошибки, возникающие от влияния самих геодезических приборов, можно подвести итог и сделать такой вывод, что при построении съемочных сетей лучше всего применять теодолиты типа Т30, Т15, при построении сетей сгущения — Т5, Т2 и им соответствующие.

2) редукции (возникает из-за неточной установки визирных целей над точками). Следовательно, вместо вехи в таких случаях следует устанавливать над точкой шпильку от стальной ленты или гвоздь. При измерении угла теодолит приводят в рабочее положение над вершиной угла. В конце направлений, которые образуют измеряемый угол, помимо стандартных основных геодезических знаков устанавливают визирные цели — вехи, визирные марки и другие. Так как геодезический знак в некоторых ситуациях не видно, визирную цель устанавливают над знаком или за знаком вертикально. Если геодезический знак скрыт в земле, а визирная целью является веха, то визирную ось наводят на низ вехи.

3) визирования (зависит от точности наведения зрительной трубы на визирную цель и от увеличения зрительной трубы). Когда устанавливают вехи и теодолиты, при построении съемочных сетей можно допустить ошибку не больше 10 мм, а при коротких сторонах данную ошибку надо будет значительно сократить. При построении сетей сгущения применяют приборы с оптическими центрирами с целью — исключить влияние ошибок центрирования теодолита и установки вех.

4) снятия отсчета (зависит от цены деления шкалы отсчетного устройства) [13].

Рис. 4. Схема наведения на учебную марку и реальную цель

Совместное влияние вышеперечисленных погрешностей не должно превышать двойной точности отсчетного устройства теодолита, при условии, что при измерениях не было грубых просчетов. При соблюдении методики угловых измерений техническими теодолитами влияние погрешностей за центрирование и редуцирование можно свести к пренебрегаемо малым величинам [14].

Различные источники ошибок на точность измерения углов влияют различно, например, на один угол больше, на другой — меньше. Ошибки угловых измерений — случайные и систематические делят на три группы: происходящие от влияния приборов, от методики и тщательности выполнения работ, от влияния среды [16]. Сложнее всего устранить систематические ошибки, поэтому их нужно очень тщательно изучать и сводить к минимуму путем введения поправок или соответствующей организации измерений. Влияние случайных ошибок ослабляют, увеличивая число приемов измерений до определенной величины [17].

При измерении углов теодолитом приборные ошибки обычно исключают из конечного результата, используя специальную методику. Например, ошибки, которые возникают вследствие коллимационной ошибки, неперпендикулярности оси вращения трубы к вертикальной оси вращения теодолита исключаются, если определить среднее из отсчетов при круге лево и круге право; влияние эксцентриситета исключается, когда при совмещают противоположные штрихи лимба [18].

Таким образом, методика исполнения измерений для повышения их точности играет очень важную роль в достижении объективных и достоверных результатах [19].

Для более точного измерения углов теодолитов с большой ошибкой отсчитывания (Т30) надо измерять углы не по способу отдельного угла, а по способу повторений [20].

Литература:

1. Гура Д. А. Разработка методов исследования электронных тахеометров в условиях производства для оценки и повышения точности измерения горизонтальных углов / автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 25.00.32 Геодезия / Московский государственный университет геодезии и картографии. Москва, 2016. — 24 с.
2. Желтко Ч. Н., Гура Д. А., Пастухов М. А., Шевченко Г. Г. Об исследованиях угломерных погрешностей электронных тахеометров // Монография. Краснодар, 2016, 143 с.
3. Пастухов М. А., Денисенко В. В., Гура Д. А., Шевченко Г. Г. Определение погрешности геодезических приборов за неправильность формы цапф и боковое гнутие зрительной трубы // Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2016. № 11. С. 155–171.
4. Желтко Ч. Н., Гура Д. А., Пастухов М. А., Шевченко Г. Г. Исследования влияния внецентренности алидады электронных тахеометров // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2015. № 6. С. 18–23.
5. Желтко Ч. Н., Гура Д. А., Шевченко Г. Г., Бердзенишвили С. Г. Экспериментальные исследования погрешностей измерений горизонтальных углов электронными тахеометрами // Метрология. 2014. № 2. С. 17–20.
6. Гура Д. А., Гура Т. А., Абушенко С. С., Кусова С. И., Флоровская А. С. Программа для обработки результатов исследования методики калибровки горизонтальных углов электронных тахеометров Nikon NPL332 (СВ. 20136122336) // Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. 2013. № 3. С. 7.
7. Желтко Ч. Н., Гура Д. А., Шевченко Г. Г. Фотограмметрия и дистанционное зондирование территорий // Методические указания по выполнению контрольной работы для студентов заочной, дистанционной форм обучения и МИППС специальности 120303 Городской кадастр / Краснодар, 2010.
8. Гура Т. А., Татьянко М. А. О необходимости постоянного контроля за состоянием деформаций уникальных объектов капитального строительства // В сборнике: International innovation research сборник статей победителей V Международной научно-практической конференции. Пенза, 2016. С. 191–195.
9. Интернет-ресурс: Курс лекций по геодезии // https://refdb.ru/look/3918796-p6.html
10. Интернет-ресурс: МобиСтрой // Точность измерения горизонтальных углов // http://www.mobigeo.ru/tochnost-izmereniya-gorizontalnykh-uglov.html
11. Интернет-ресурс: Файловый архив студентов // Измерение горизонтальных углов. Точность измерений // http://www.studfiles.ru/preview/5443463/page:22/
12. Интернет-ресурс: Источники ошибок при измерении горизонтальных углов // http://greleon.ru/vgeodesy/litravishgeod/52-istochniki-oshibok-pri-izmerenii-gorizontalnyh-uglov.html
13. Интернет-ресурс: Строительство// Погрешности и ошибки, которые влияют на точность измерения углов// http://www.drillings.ru/oshibki
14. Гура Т. А., Ерешко П. С. Требования к точности выполнения геодезических измерений при определении осадок зданий. В сборнике: Европейские научные исследования. Сборник статей Международной научно-практической конференции, под общей редакцией Г. Ю. Гуляева. 2016. С. 190–194.
15. Гура Т. А., Бобух Д. Н. Сравнительная характеристика электронных тахеометров Sokkia, Nikon и Topcon // В сборнике: International innovation research. Сборник статей победителей V Международной научно-практической конференции. Пенза, 2016. С. 170–175.
16. Шевченко А. А., Кривцов Я. А. Требования к проведению исследований электронных тахеометров в условиях отсутствия специальной лаборатории // В сборнике: Европейские научные исследования. Сборник статей Международной научно-практической конференции, под общей редакцией Г. Ю. Гуляева. 2016. С. 200–203.
17. Шевченко А. А., Лесников В. А. О необходимой точности измерений электронным тахеометром при строительстве уникальных объектов // В сборнике: International innovation research. Сборник статей победителей V Международной научно-практической конференции. 2016. С. 201–204.
18. Грибкова И. С., Юрий А. В., Бедин Г. В., Низовских А. С., Москвина О. В. Обзор современных геодезических приборов для выполнения деформационного мониторинга // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). 2016. № 2. С. 91–94.
19. Грибкова Л. А., Максимова М. В., Морозов А. А. Методы определения угломерных погрешностей электронных тахеометров // Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2016. № 6. С. 187–195.
20. Камнев И. С., Середович В. А. Исследование точности современных методов измерения // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2016. Т. 1. № 2. С. 135–140.