Ćwiczenie nr 3: Budowa i działanie teodolitu

Na zajęciach laboratoryjnych w dniu 2 kwietnia zapoznaliśmy się z budową i zasadami użytkowania teodolitu. Został nam zaprezentowany sprzęt, jego montaż a następnie sposób odczytywania pomiarów.

Teodolit jest przyrządem, który w geodezji służy do pomiaru kątów poziomych i pionowych. Pomiar tych kątów jest związany z wieloma pracami wykonywanymi w geodezji na przykład przy wykonywaniu zdjęć sytuacyjnych czy sytuacyjno-wysokościowych jak i przy rozwiązywaniu zagadnień z dziedziny budownictwa. Teodolit zbudowany jest z czterech zasadniczych części: spodarki, limbusa, aliady i lunety. Spodarka to najniższa część instrumentu, w skład, której wchodzą trzy śruby poziomujące. Służą one wypoziomowaniu aparatu w położeniu pionowym. Limbus jest to krąg, który znajduję się pod spodarką i ma podziałkę kątową w stopniach lub gradach i służy do mierzenia kątów poziomych. Zależnie od typu urządzenia może być zamontowany na stałe do spodarki lub połączony za pomocą odpowiednich śrub. Limbus stanowi płaszczyznę do rzutów przy pomiarze kątów poziomych, z których wyznaczana jest wartość mierzonych kątów i dlatego musi być ustawiony dokładnie w położeniu poziomym w czasie pomiarów. Aliada to obracalna część instrumentu. Osadzona jest nad limbusem i ma w sobie urządzenie odczytowe, dzięki któremu możemy odczytać podział na limbusie. Czwartą zasadniczą częścią teodolitu jest luneta geodezyjna, która jest połączona na stałe z kołem pionowym. Dzięki niej obserwujemy zadany nam cel. Ma ona powiększenie 20-40-krotne, dzięki czemu możemy obserwować bardzo odległe obiekty. Za jej pomocą możemy określić kąty pionowe korzystając z indeksów, które odczytamy w okularze lunetki systemu odczytowego. Aby było możliwe odczytanie pomiaru w lunetce należy doświetlić sprzęt przez lusterko. Jeśli dzień jest pochmurny można zrobić to za pomocą latarki, której światło nakierujemy w system naświetlania. W teodolicie możemy wyróżnić również libele aliasową i libelę okrągłą określające czy dany sprzęt został poprawnie spoziomowany przez pęcherzyk powietrza. Jeśli znajdzie się on dokładnie po środku poziomnicy sprzęt został dobrze wypoziomowany. W celu określenia dokładnego położenia celu wykorzystujemy celownik kolimatorowy, którym najeżdżamy w sposób przybliżony na punkt, a następnie za pomocą leniwki aliady i lunety ustawiamy precyzyjnie lunetę. Z ważniejszych elementów teodolitu możemy wyróżnić również zaciski aliady i lunety, które unieruchamiają sprzęt w danym położeniu nie pozwalając mu na obrót wokół własnej osi czy przesunięcie.

Ćwiczenia laboratoryjne rozpoczęliśmy od rozstawienia statywu teodolitu. Nogi są skręcone za pomocą śrub, którymi możemy dowolnie zwiększać wysokość położenia aparatu. Należy je mocno wbić w ziemię w celu unieruchomienia i niedopuszczenia do przewrócenia się aparatu. Następnie należało wypoziomować aparat przez użycie śrub poziomujących. Aparat teodolitu przykręcony do statywu należało ustawić równolegle do dwóch wybranych śrub. Następnie manipulując nimi trzeba było ustawić pęcherzyk powietrza w libeli aliadowej w centralnym położeniu. Gdy został już ustawiony aparat został obrócony tak, aby znalazł się równolegle między drugą a trzecią śrubą. Należało wtedy powtórnie wypoziomować sprzęt w ten sam sposób, co poprzednio. Poziomowanie w teodolicie wymaga bardzo dużo czasu i dokładności, ponieważ pęcherzyk powietrza w libeli ma swoją bezwładność i należy zawsze odczekać chwilę, aby się ustawił.

Gdy sprzęt został ustawiony i wypoziomowany zostaliśmy zapoznani ze sposobem odczytywania pomiarów i celowaniem na obiekty. Ważnym czynnikiem, o którym należało pamiętać to było doświetlenie urządzenia za pomocą lusterka albo latarki, jeśli dzień był pochmurny i nie było promieni słonecznych, które doświetliłyby urządzenie. Wynik podawany był w gradach w lunetce systemu odczytowego w gradach z bardzo dużą dokładnością.

Pierwszym zadaniem, jakie mieliśmy wykonać było odczytanie położenia w gradach jednego z czterech wybranych przez nas punktów. Korzystając, więc z celownika najechaliśmy na punkt a następnie przy pomocy leniwek dokładnie wycelowaliśmy na punkt. Przez doświetlenie teodolitu odczytaliśmy wyniki położenia.

Drugim zadaniem, jakie wykonaliśmy było zmierzenie kątów, pod jakimi położone były dwa punkty. Pomiary mieliśmy wykonać w dwóch ustawieniach lunety. Należało wtedy po zmierzeniu kątów, odblokować zaciski, obrócić lunetę o 180’, ponownie zablokować, aby nie doszło do niechcianego obrotu i odczytać wyniki dla nowego położenia. Działanie takie miało na celu zlikwidowanie błędu pomiarowego. W celach sprawdzenia dokładności dla obu punktów należało powtórnie odczytać wynik dla minut i sekund. Po odczytaniu I wyniku zwalniało się zaciski libeli ruszało nią i ponownie celowało w wymierzony wcześniej punkt.

Otrzymane wyniki:

Stanowisko	Cel	Odczyt	I położenie lunety	II położenie lunety	Średnia z I i II położenia	Kąt
			g	c	cc	średnia
						c
1	A	I	107	72	12	75
		II		78	62
	B	I	198	50	82	50
		II		50	82

Trzecim zadaniem, jakie otrzymaliśmy na zajęciach było ustawienie teodolitu dokładnie nad śrubą. W tym celu należało ustawić statyw tak, aby był centralnie ponad punktem. Mocowaliśmy jedną z nóg w ziemi, patrząc przez okular pionu optycznego i obserwując w nim położenie znaczka centrującego, musieliśmy manewrować pozostałymi nogami statywu tak, aby znaczek znalazł się w środku punktu geodezyjnego. Następnie należało wypoziomować teodolit w sposób, jaki został opisany w poprzedniej części. Gdy sprzęt był już wypoziomowany trzeba było sprawdzić czy znaczek centrujący pokrywał się z środkiem punktu geodezyjnego. Jeśli nieznacznie zmienił położenie pozostając nadal w zakresie, można było ustawić teodolit ponownie w centralnym położeniu nad nim przez manewrowanie aparatem za pomocą śruby mocującej go do statywu. Po takim wycentrowaniu należało ponownie sprawdzić czy w libeli pęcherzyk jest w położeniu środkowym. Jeśli nie należało powtórzyć wypoziomowanie i sprawdzić czy znaczek jest w środku punktu. Czynności należało powtarzać do momentu uzyskania dokładnego położenia i wypoziomowania. W przypadku, gdy znaczek centrujący po wypoziomowaniu zniknął z zakresu należało zacząć od początku, poprzez ponowne ustawienie statywu i powtórzenie wcześniej opisanych czynności.

Teodolit, jako aparat do pomiary kątów pomiędzy jest bardzo dokładny. Wymaga jednak bardzo dużo cierpliwości i precyzji. Samo wypoziomowanie go lub ustawienie dokładnie nad zadanym punktem zajmuje bardzo dużo czasu. Często całe poziomowanie należy zaczynać od początku w przypadku nawet drobnego błędu na przykład z zapomnienia, iż pęcherzyk powietrza w libeli ma swoją siłę bezwładności i należy odczekać chwilę, aby ustawił się na konkretnym położeniu. Przez dokonywanie dwóch odczytów dla tego samego punktu możemy wykluczyć błędy pomiarowe wynikające z niewłaściwego wycelowania. Wyniki te zawsze nieznacznie się od siebie różnią, choć teoretycznie powinny być takie same, skoro celowaliśmy w ten sam punkt. Różnica ta jest właśnie błędem celowania. Obrót lunety o 180stopni i przez to pomiar w dwóch położeniach lunety pozwala wykluczyć błędy wynikające z kolimacji i inklinacji. Kolimacja jest to nieprostopadłość osi celowej do poziomej osi obrotu lunety. Inklinacja jest to nachylenie osi obrotu do osi instrumentu. Jak widać po naszych pomiarach różnica pomiędzy położeniami lunety wynosi zawsze . Oznacza to, że nasze pomiary były wolne od błędów kolimacji i inklinacji. Rozwiązane zadania pozwoliły nam bliżej zapoznać się z urządzeniem jakim jest teodolit i zasadami jego obsługi.