ĆWICZENIA TERENOWE Z GEODEZJI PODSTAWOWEJ I ASTRONOMII GEODEZYJNEJ

Każda z grup ma cztery dni (trzy powinny wystarczyć) na wykonanie pomiarów, szczegółowe

zestawienie znajduje się w pliku xls. Macie tam również godziny pobrania sprzętu z magazynu pierwszego

dnia pomiarów. Grupy tury II wyjątkowo zaczną pomiar w poniedziałek, 24 maja, głównie ze względu na

plan grup wojskowych. Po pobraniu sprzętu jesteście za niego odpowiedzialni przez cały czas trwania

waszych pomiarów i sami ustalacie sobie godziny pracy – sprzęt przechowujecie w szafkach, do których

dostaniecie klucze (w przypadku zamkniętych drzwi należy prosić któregoś z Panów z akwarium o ich

otworzenie). Istnieje możliwość wykonywania pomiarów w soboty. Sprzęt musi być oddany w terminie

(niezależnie od tego czy zakończyliście pomiary czy nie) t.j. ostatniego dnia pomiarów danej grupy, po

to, aby kolejne zespoły mogły rozpocząć pomiar zgodnie z harmonogramem. Decyzję o ewentualnym

domierzaniu brakujących odcinków podejmiemy w porozumieniu z panem Janem Jakubiakiem po

zakończeniu wszystkich pomiarów. Po zakończeniu pomiarów będziecie musieli również przeznaczyć trochę

czasu na wykonanie obliczeń i sporządzenie operatu, ale tego już w harmonogramie nie uwzględniamy.

Przed rozpoczęciem pomiarów każdy z Państwa jest zobowiązany do dokładnego przestudiowania

niniejszej instrukcji (nie wykluczamy wejściówek). Ułatwi nam to bardzo pracę, bo jest Was bardzo dużo i

ciężko by nam było wyjaśnić Wam wszystko startując z zerowego poziomu. Pierwszego dnia po pobraniu

sprzętu pokażemy Wam jak wygląda odczyt na stanowisku, przykład obliczeń na pojedynczym odcinku

otrzymujecie Państwo w pliku xls. W oddzielnym pliku macie Państwo informacje na temat tego, jakie

odcinki i poligony ma pomierzyć Wasz zespół. Otrzymujecie również mapkę terenu WAT z wrysowanymi

reperami i poszczególnymi odcinkami. Dzienniki wypełniacie Państwo długopisami przekreślając

ewentualne złe pomiary i dajecie nam danego dnia do podpisu, żeby uniknąć niwelacji wykonywanej zdalnie.

Precyzyjny pomiar niwelacyjny jest niestety dość żmudny i pracochłonny, konieczne jest dokładne

przestrzeganie zasad wykonywania pomiarów spisanych poniżej. Jeśli którejś z grup nie uda sie dokończyć

pomiaru z przyczyn od niej niezależnych czy też pomiar 'nie wyjdzie’ (tj. niektóre kryteria nie będą

spełnione) to zakładając, że widzieliśmy, że dana grupa pracowała – nie będzie to miało żadnego wpływu na

ocenę i zaliczenie ćwiczeń. Natomiast jeśli zauważymy, że próbujecie nas oszukiwać dopisując czy

naciągając pomiary wtedy będziemy wyciągać konsekwencje. Zaliczenie polega na oddaniu operatu wraz z

dziennikami, szkicami, dokładnym sprawozdaniem i opisem obliczeń oraz odpowiedzi ustnej całego zespołu.

Bardzo poważnie proszę potraktować zakaz zostawiania łat na podpórkach. Pierwsze ostrzeżenie to

karny odcinek dla całej grupy, drugie to niezaliczenie ćwiczeń terenowych.

SPRZĘT:

W czasie ćwiczeń terenowych korzystacie Państwo z:



niwelatora samopoziomującego Koni 007 i sztywnego statywu,



dwóch łat z inwarową taśmą (stawiając łaty na klinach korzystamy z ostróg!) i zestawem podpórek,



łaty opieramy na klinach wbijanych w podłoże (młot i nakładka do wbijania klinów),



przymiaru do mierzenia długości celowych i sporządzenia opisów topograficznych,



kompletu żabek (korzystamy z nich jeśli nie możemy wbić klinów, ale staramy się to robić jak

najrzadziej),



parasola;



dzienników, kalkulatorów, długopisów etc.

GRUPA POMIAROWA ODPOWIADA ZA POBRANY SPRZĘT, DOTYCZY TO TAKŻE

ODPOWIEDZIALNOŚCI FINANSOWEJ!

PRZED ROZPOCZĘCIEM POMIARU KAŻDY Z PAŃSTWA JEST ZOBOWIĄZANY DO

DOKŁADNEGO ZAPOZNANIA SIĘ Z WYTYCZNYMI I PRZESTRZEGANIA ICH W CZASIE

POMIARÓW.

ZASADY WYKONYWANIA POMIARÓW:

• Pomiary należy prowadzić w godzinach rannych i popołudniowych, gdy nie występują wibracje

powietrza (refrakcja atmosferyczna).

• Nie należy prowadzić obserwacji podczas wschodu i zachodu Słońca z uwagi na dużą refrakcję. Państwo

musicie przede wszystkim unikać dużego nasłonecznienia (parasol).

• Pomiar odcinka niwelacyjnego wykonywany jest zawsze pomiędzy dwoma punktami wysokościowymi.

W naszym przypadku zawsze są to ścienne repery przypisane każdej z grup.

• Łaty należy stawiać na stalowych klinach i bardzo dokładnie pionować. Do wbijania klinów korzystamy

z młotka i nakładki. Nie uderzamy w klin bezpośrednio za pomocą młotka!

Absolutnie nie zostawiamy

łat na podpórkach!

Podpórki służą tylko i wyłącznie ułatwieniu łaty w pionie. Upadek łaty jest

równoznaczny z tym, że łata nie nadaje się już do pomiarów precyzyjnych, a jest dość droga...



Długości celowych: 8-35 m dla niwelacji I klasy oraz 8-40 m dla II klasy (zbyt długie celowe – silny
wpływ refrakcji). Państwo możecie stosować kryteria niwelacji II klasy, ale nie polecam tworzenia
długich celowych.

• Różnica długości celowych na stanowiskach nie powinna przekraczać 0.4 m dla niwelacji I klasy oraz 0.5

m dla II klasy (eliminacja błędu nachylenia quasihoryzontu). Proszę dobrze rozplanowywać usytuowanie
stanowisk pomiarowych.

• Celowa nie powinna przebiegać niżej niż 0.5 m nad powierzchnią ziemi ze względu na występowanie

refrakcji pionowej. Warunek ten nie powinien być trudny do spełnienia, ze względu na to, że teren WATu
jest terenem płaskim.

• Odpowiednie warunki atmosferyczne do wykonywania pomiarów to 0-25ºC i wiatr nieprzekraczający 6

m/s. Państwo oczywiście musicie wykonać pomiar, nawet jeśli temperatura przekroczy te 25 stopni, ale
wtedy staramy się unikać pomiarów w godzinach południowych.

• Przed rozpoczęciem pomiarów sprzęt powinien zostać poddany aklimatyzacji.

• Statyw instrumentu ustawia się na twardym gruncie (nigdy na asfalcie! – to samo tyczy się łat).

• Stanowiska łat proszę dobierać tak, aby celowe przebiegały w jednakowym środowisku pod względem

temperatury, wilgotności, nasłonecznienia i pokrycia terenu.

• Przewyższenie na pojedynczym stanowisku wyznacza się dwukrotnie w cyklu: w1-w2-p2-p1.

• Każdy odcinek mierzy się dwukrotnie – tam i powrót pamiętając o parzystej liczbie stanowisk w celu

usunięcia błędu różnicy zer łat.

• Przenosząc łaty uważamy, aby w nic ani w nikogo nie uderzyć.

• W dni słoneczne korzystamy z parasola (także w czasie przenoszenia instrumentu).

• Nie wykonujemy pomiarów w czasie burzy.

• Zaleca się także, aby przed wykonaniem pomiaru popukać leciutko w obudowę instrumentu (zdarza się,

zwłaszcza w ciepłe dni, że kompensator "przykleja się" do ścianek niwelatora).

CZYNNOŚCI WYKONYWANE NA KAŻDYM STANOWISKU:

1. Poziomowanie instrumentu za pomocą libelli sferycznej (przy poziomowaniu luneta skierowana na

każdym stanowisku w tym samym kierunku – wstecz lub w przód.

2. Ustawienie (za pomocą leniwki i pokrętła mikrometru optycznego) obrazu najbliższej kreski podziału łaty

w osi symetrii klina siatki kresek (ruch pokrętła zawsze w tym samym kierunku względu na martwy ruch,

poleca się zawsze wykonywać ruch wkręcający).

3. Odczytanie trzech pierwszych cyfr (odpowiadają one ‘połowom’ m, dm, cm – łaty maja podział

półcentymetrowy) z podziału łaty.

4. Odczytanie trzech końcowych cyfr odczytu (‘połowy’ mm, 0.1 mm i 0.01 mm) z mikrometru optycznego

(ostatnia cyfra parzysta).

Przykład obliczeń wykonywanych na stanowisku otrzymaliście Państwo w pliku Dziennik niwelacji.xls.

Na każdym stanowisku wykonujemy cztery niezależne odczyty:

• odczyt wstecz (podział ‘młodszy’ w1);

• odczyt wstecz (podział ‘starszy’ w2);

• odczyt w przód (podział ‘starszy’ p2);

• odczyt w przód (podział ‘młodszy’ p1).

Kontroluje się różnicę odczytów starszego i młodszego na każdej z łat. Wartość ta powinna być równa

wielkości przesunięcia podziałów (dla łat Zeissa 606.500). Dopuszczalna odchyłka to 0.20 mm (0.040

w działkach łaty). Te wartości również zapisujemy w dzienniku (po prawej stronie od odczytów z danej łaty).

Różnica pomiędzy dwoma wyznaczonymi przewyższeniami na stanowisku n

(n = h

2

- h

1

; h

1

= w

1

- p

1

; h

2

= w

2

- p

2

):

Naciąganie pomiarów na stanowiskach, żeby spełnić to kryterium nie opłaca się, ponieważ nie wyjdzie

kryterium zgodności linii w kierunku "tam" i "powrót" lub zamknięcie trójkąta niwelacyjnego.

Zdecydowanie lepiej i szybciej jest powtórzyć kilka razy stanowisko niż powtarzać cały odcinek.

OPRACOWANIE WYNIKÓW OBSERWACJI:

• obliczenia polowe;

• wprowadzenie poprawek ze względu na zmienne przyciąganie Słońca i Księżyca (poprawka

pływowa) – niezbędne będą roczniki astronomiczne i wykorzystanie wiedzy z ćwiczeń z astronomii

geodezyjnej;

• wprowadzenie redukcji na odpowiednią geoidę odniesienia (w zależności od przyjętego modelu

pływowego może to być geoida średnia, zerowa lub bezpływowa);

• wprowadzenie poprawek ze względu na przyjęty system wysokości (w Polsce system wysokości

normalnych);

• wyrównanie sieci.

Na ćwiczeniach terenowych obowiązują Państwa dwa pierwsze punkty. Systemów wysokości

proszę się nauczyć (a właściwie powtórzyć zajęcia prof. Barlika) na zaliczenie ustne, a wyrównanie sieci

wykonywaliście bądź tez będziecie wykonywać na rachunku wyrównawczym (wyrównanie sieci wykonamy

później wspólnie dla wyników pomiarów wszystkich grup).

Prawidłowo, do pomierzonych przewyższeń (oddzielnie w kierunku "tam" i "powrót") powinno

się w warunkach polowych (przeważnie przy pomocy laptopów, palm topów lub komputerów przenośnych)

wyznaczać wszystkie poprawki i dopiero wtedy sprawdzać poszczególne kryteria. Z racji tego, że nie

możemy wymagać od Państwa obliczenia poprawki pływowej w terenie, proszę wpierw sprawdzić te kryteria

zaraz po pomiarze (z uwzględnieniem poprawek komparacyjnej i termicznej), w razie wartości

nieprawidłowych powtórzyć, a dopiero potem, w warunkach kameralnych wyznaczyć poprawkę pływową

i obliczyć te kryteria raz jeszcze (kryteria uwzględniające poprawki podajemy jako ostateczne

rozwiązanie). Poprawka pływowa nie powinna diametralnie zmienić wyników, gdyż Wasze odcinki są

stosunkowo krótkie, więc zmienność tej poprawki w czasie będzie niewielka.

OBLICZENIA POLOWE:

Po zakończeniu pomiaru odcinka w jednym kierunku (czyli od reperu do reperu) należy:

1. Obliczyć przewyższenie na całym odcinku z podziału starszego i młodszego według wzorów:

2. Obliczyć sumę różnic Σn.

3. Sprawdzić, czy dla danego odcinka spełniona jest równość:

4. Obliczyć średnie przewyższenie:

5. Do przewyższenia odcinka wprowadza się poprawkę q

T

uwzględniającą wpływ zmian temperatury

(oddzielnie dla pomiaru w kierunku głównym jak i powrotnym):

h – przewyższenie odcinka niwelacyjnego;

α

śr

– średnia wartość współczynnika taśm inwarowych danej pary łat;

t-t

0

– różnica między średnią temperatura łat (t) w czasie pomiaru odcinka w danym kierunku

a temperaturą komparacji łat (t

0

).

Współczynniki termiczne dla poszczególnych zestawów łat

wraz z przykładem obliczeniowym dostajecie Państwo w osobnym pliku.

Komparacja łat to procedura wyznaczenia długości tzw. średniego metra łaty oraz współczynnika

termicznego rozszerzalności przymiaru inwarowego w łacie.

Współczynnik termiczny



wyrażany w jednostkach np. [



m / (m

·

o

C)] mówi o tym jak 1 metr przymiaru

inwarowego łaty reaguje na zmianę swojej temperatury o jeden

o

C.

6. Obliczyć długość odcinka R (w km) jako sumę długości celowych l.











1

1

1

p

t

h











2

2

2

p

t

h











n

h

h

2

1















2

1

)

(

5

.

0

'

h

h

h

powr

gł

)

(

0

t

t

h

q

śr

T







Po zakończeniu pomiaru odcinka w obu kierunkach (czyli od reperu do reperu i z powrotem)
należy:

1. Obliczyć średnią długość odcinka (w km):

2. Obliczyć różnicę między przewyższeniami wyznaczonymi w kierunkach głównym i powrotnym:

Wartość ρ powinna spełniać kryterium (R podstawiamy w km, wartość kryterium otrzymujemy w mm):

- dla niwelacji I klasy:

- dla niwelacji II klasy:

Jeśli kryterium to nie jest spełnione (II klasa), należy powtórzyć pomiar w tym kierunku, do

którego obserwator ma mniejsze zaufanie (i ewentualnie w przeciwnym).

3. Obliczyć średnie przewyższenie h odcinka z obu kierunków:

4. Do średniego przewyższenia odcinka h dodaje się poprawkę komparacyjną łat q

K

wyznaczoną na

podstawie współczynnika z ostatniej komparacji:

ε

śr

- średnia poprawka do długości średniego metra pary łat

Współczynniki komparacyjne dla poszczególnych zestawów łat

wraz z przykładem obliczeniowym dostajecie w osobnym pliku.

Komparacja łat to procedura wyznaczenia długości tzw. średniego metra łaty oraz współczynnika

termicznego rozszerzalności przymiaru inwarowego w łacie.

W wyniku komparacji uzyskuje się wartość



- różnicę długości średniego metra łaty względem jednego

metra (wzorca). Wartość



np. 20



m/m oznaczała, że jeden średni metr łaty ma rzeczywistą długość

1,000 020 m.

)

(

5

.

0

powr

gł

R

R

R







powr

gł

h

h







]

[

2

.

1

mm

R





]

[

5

.

1

mm

R









powr

gł

h

h

h







5

.

0

śr

k

h

q





Po zakończeniu pomiaru całej sekcji (linii) należy:

1. Wyznaczyć sumę różnic wyników dwukrotnych pomiarów odcinków dla całej sekcji (linii),

a wielkość ta powinna spełniać kryterium:

L – długość sekcji (linii) w km

2. Wyznaczyć średni błąd pomiaru 1 km niwelacji:

R – długość odcinka niwelacji [km];

n

R

– liczba odcinków w sekcji, linii, sieci;

ρ – różnica przewyższeń odcinka z obu kierunków [mm];

Błąd m

1

powinien spełniać kryterium:

UWAGA:

Linia niwelacyjna jest złożona z odcinków. W przypadku ćwiczeń terenowych ze względu na niewielki

obszar te krótkie odcinki od reperu do reperu są już bokami poligonów (trójkątów), tak więc na tym

etapie proszę potraktować obwodnicę poligonu (trzy boki) jako jedną linię.

Po zakończeniu pomiaru poligonu (w Państwa przypadku wszystkie poligony to trójkąty) należy

skontrolować jego zamknięcie. Odchyłka zamknięcia



poligonu niwelacji I i II klasy powinna spełniać

kryterium:

F – długość obwodnicy poligonu w km.













[mm]

L

ρ

sy

cji II kla

dla niwela

[mm]

L

.

ρ

y

cji I klas

dla niwela

3

25

2

R

n

R

m

1

2

1

2

1





















Jeśli warunki te nie są spełnione należy powtórzyć pomiar odcinków z największymi ρ.









km

mm

sy m

cji II kla

dla niwela

km

mm

y m

cji I klas

dla niwela

50

.

0

40

.

0

1

1









[mm]

F

rozwartych

poligonów

dla

[mm]

F

ętych

zamkni

poligonów

dla

3

2













W ogólnym przypadku:

W naszych ćwiczeniach terenowych stosować będziemy trójkąty, więc:

OPRACOWANIE WYNIKÓW

(POPRAWKA PŁYWOWA):

Oddziaływanie grawitacyjne Słońca i Księżyca powoduje zmiany kierunku linii pionu związane

z rytmem doby gwiazdowej, należy więc uzyskany wynik (przewyższenie w kierunku "tam" i "powrót"

oddzielnie) poprawić o

niwelacyjną poprawkę pływową

. Obliczenia te powinny zostać wykonane przed

wyznaczeniami kryteriów (w Państwa przypadku liczycie te kryteria w czasie pomiarów i drugi raz po

wyznaczeniu poprawki). Dane:

1. T - średni moment pomiaru odcinka niwelacyjnego (z dokładnością do 30 minut);
2. A - azymut kierunku ciągu (z dokładnością do 1°);
3. R - długość odcinka niwelacyjnego (w kilometrach z dokładnością do 0.1 km);
4.



,



– szerokość i długość miejsca obserwacji (z dokładnością do 0.5°).

Procedura:

1. Przeliczenie momentu czasu lokalnego na czas gwiazdowy:

















1

0hUT

s

GMST

k

R

T

S

R

s

– redukcja strefy czasowej (w Polsce 1

h

dla CSE lub 2

h

dla CWE);

k – współczynnik zmiany interwału czasowego (

0027379093

.

1

24219879

.

365

24219879

.

366





k

);

GMST

0hUT1

– parametr przesunięcia skal czasów na dany dzień roku (z Rocznika Astronomicznego,

str. 8-11).

2. Interpolacja rektascensji pozornej i deklinacji pozornej Słońca i Księżyca (

S

CIO

app



,

S

app



oraz

K

CIO

app



,

K

app



) na średni moment pomiaru (z Rocznika Astronomicznego, str. 12-27).

3. Obliczenie kątów godzinnych Słońca i Księżyca:

S

CIO

app

S

S

t







,

K

CIO

app

K

S

t







4. Obliczenie azymutu Słońca i Księżyca na średni moment pomiaru:

S

S

app

S

app

S

S

app

S

t

t

A

cos

sin

cos

cos

sin

sin

cos

tan

























,

K

K

app

K

app

K

K

app

K

t

t

A

cos

sin

cos

cos

sin

sin

cos

tan

























.

Ćwiartka azymutu w zależności od znaków licznika i mianownika, generalnie:



















360

,

180

12

,

0

A

t

h

h

,



















180

,

0

24

,

12

A

t

h

h

.

5. Obliczenie odległości zenitalnych Słońca i Księżyca:

S

S

app

S

app

S

t

z

cos

cos

cos

sin

sin

cos



















,

K

K

app

K

app

K

t

z

cos

cos

cos

sin

sin

cos



















.

6. Obliczenie poprawek do przewyższenia ze względu na ruch pionu wywołany zmianą położenia

Słońca i Księżyca w czasie wykonywania pomiarów niwelacyjnych:

 













K

K

S

S

Pł

A

A

z

R

A

A

z

R

mm

h

























cos

2

sin

084

.

0

cos

2

sin

038

.

0



R

– długość odcinka niwelacji [km];

A

– azymut odcinka niwelacji;

A

S

, A

K

– azymuty Słońca i Księżyca;



– współczynnik zmniejszenia zmian pływowych położenia linii pionu z uwagi na elastyczną

odpowiedź Ziemi na działanie sił pływowych. W Polsce przyjmuje się

8

.

0





.

OPERAT:

Wynikiem Państwa pracy ma być operat zawierający

• stronę tytułową wg wzoru,

• sprawozdanie techniczne napisane ręcznie,

• wykaz mierzonych punktów z numerami spisanymi z głowic,

• szkic pomierzonych odcinków,

• opisy topograficzne reperów,

• dzienniki z przejrzyście wykonanymi obliczeniami polowymi (wraz z obliczeniem poprawek

komparacyjnych),

• obliczenia dotyczące poprawki pływowej (wyraźnie zapisane wszystkie wyniki pośrednie),

• wyniki pomiarów podane w postaci dołączonego pliku Schemat wynikow.xls.

Należy również oddać wersję cyfrową operatu (na płytce).

Proszę zwrócić uwagę, że zajmujecie się Państwo jedynie wyznaczaniem przewyższeń, nie nawiązujecie

się do sieci niwelacji państwowej.

Pomiary maja być wykonane przez całą grupę, a nie tylko jej reprezentantów. Termin oddania

operatów to 14 czerwca. Na odpowiedzi ustne całych zespołów będziemy się umawiać indywidualnie.

Powodzenia



LITERATURA:

Praca zbiorowa „Niwelacja precyzyjna”.

Stanisław Margański „Pomiary niwelacyjne w podstawowych sieciach niwelacyjnych”.

Instrukcja techniczna G-2.

Wytyczne techniczne G-1.11.