Zespół szkół nr 5 W Tychach

Wybrane urządzenia geodezyjne stosowane w budownictwie.

1) Wiadomości ogólne o geodezji

2. Niwelatory

3. 2.1 Budowa

4. 2.2 Rodzaje niwelatorów

5. 2.3 Zasada działania

6. 2.4 Zastosowanie

7. 2.5 Nowinki techniczne

8. Dalmierze

9. 3.1 Budowa

10. 3.2 Rodzaje dalmierzy

11. 3.3 Zasada działania

12. 3.4 Zastosowanie

13. 3.5 Nowinki techniczne

14. Teodolity

15. 4.1 Budowa

16. 4.2 Rodzaje teodolitów

17. 4.3 Zasada działania

18. 4.4 Zastosowanie

19. 4.5 Nowinki techniczne

20. Tachymetry

21. 5.1 Budowa

22. 5.2 Rodzaje tachymetrów

23. 5.3 Zasada działania

24. 5.4 Zastosowanie

25. 5.5 Nowinki techniczne

26. Podsumowanie

1)Wiadomości ogólne o geodezji

Geodezja jest jedną z najstarszych dziedzin wiedzy, o czym świadczą odnalezione starożytne opisy prac pomiarowych z okresu XX w. p.n.e. sporządzone na papirusach. Nazwa geodezja wprowadzona przez Arystotelesa pochodzi od słów greckich: geo - Ziemia i daiso - będę dzielił, a więc oznacza dosłownie podział Ziemi, związany z dzieleniem i pomiarem posiadłości ziemskich, czym z resztą geodezja zajmuje się do dziś. Pomiary te dawniej i obecnie służyły do określenia granic posiadłości i prawa własności ziemi oraz do ustalenia z tego tytułu zobowiązań wobec państwa(np. podatków). Z czasem zadania geodezji uległy poszerzeniu, ponieważ oprócz najbliższego otoczenia ludzie chcieli poznać dalsze okolice, kraje, kontynenty i glob ziemski jako całość, co wiązało się z potrzebą sporządzania map dużych obszarów oraz poznawanie kształtu i wielkości całej Ziemi

Współczesna definicja geodezji może być sformułowana następująco:

Geodezja jako nauka i dziedzina techniki zajmuje się badaniami kształtu i wymiarów powierzchni Ziemi lub jej części i zastosowaniem wyników tych badań do rozwiązywania różnych zagadnień naukowych i projektowych w wybranych dziedzinach nauki, inżynierii i gospodarki.

Geodezja, podobnie jak wiele innych obszernych dziedzin wiedzy, dzieli się na szereg działów, zajmujących się określonym zakresem badań i informacji. Można zatem wyróżnić następujące działy:

1) Geodezja ogólna nazywana dawniej geodezją niższą lub miernictwem, zajmuje się pomiarami małych obszarów, które można odnosić do płaszczyzny, bez uwzględniania krzywizny Ziemi.

2) Geodezja wyższa zajmuje się badaniem kształtu i wymiarów Ziemi i pomiarami znacznych jej obszarów z uwzględnieniem krzywizny powierzchni, do której odnosi się pomiary

3) Kartografia zajmuje się podstawami matematycznymi przedstawienia zakrzywionej powierzchni Ziemi na płaszczyźnie rysunku mapy poprzez tzw. Odwzorowanie kartograficzne oraz techniką sporządzania i reprodukcji map.

4) Topografia zajmuje się sporządzaniem map w skalach średnich (1:5 000, 1:10 000, 1:25 000, 1:50 000, 1:100 000) w oparciu o opracowania wielkoskalowe lub odrębną technikę pomiarową

5) Fotogrametria zajmuje się wykonaniem i wykorzystaniem zdjęć naziemnych, lotniczych i satelitarnych do potrzeb pomiarowych. W oparciu o te zdjęcia mogą być wykonywane mapy, plany oraz badania zjawisk zachodzących na powierzchni Ziemi.

6) Instrumentoznawstwo geodezyjne zajmuje się konstrukcją, badaniem, użytkowaniem i konserwacją przyrządów geodezyjnych.

7) Rachunek wyrównawczy zajmuje się metodami obliczeń geodezyjnych, wyrównaniem wyników pomiarów (spostrzeżeń) i szukanych wielkości (niewiadomych) w celu określenia ich najbardziej prawdopodobnych wartości liczbowych, oceną dokładności pomiarów i wielkosci wyrównanych, optymalizacją prac geodezyjnych w celu ustalenia najkorzystniejszych ekonomicznie metod i przyrządów potrzebnych do zapewnienia wymaganej dkoładności pomiaru.

8) Geodezja gospodarcza, czyli geodezja stosowana w różnych dziedzinach gospodarki. Wyróżniamy zatem geodezję : inżynieryjno-przemysłową, rolną, leśną, górniczą.

9) Astronomia geodezyjna zajmuje się określaniem położenia punktów na powierzchni Ziemi za pomocą astronomicznych obserwacji ciał niebieskich

1.2 Osnowa geodezyjna

Dla powiązania pomiarów geodezyjnych dokonywanych w różnych miejscach i o różnym czasie konieczne jest ich wykonanie w oparciu o ten sam układ współrzędnych. Materialne utrwalenie samego układu odniesienia obowiązującego w danym państwie i korzystanie z niego podczas prac geodezyjnych jest praktycznie niemożliwe do realizacji, toteż niezbędne staje się pokrycie całego kraju odpowiednio zagęszczoną siecią punktów zaznaczonych trwale, o znanym położeniu, wyrażonym z reguły za pomocą współrzędnych. Punkty te tworzą tzw. osnowę geodezyjną.

Osnowa geodezyjna jest to usystematyzowany zbiór punktów, dla których określono matematycznie ich wzajemne położenie.

Połączone ze sobą geometrycznie punkty osnowy tworzą konstrukcje zwane sieciami geodezyjnymi, których boki w zależności od rodzaju sieci i technologii ich pomiaru, podlegają obserwacjom kątowym, liniowym albo wysokościowym w celu wyznaczenia współrzędnych X, Y(osnowa pozioma) lub wysokości H (osnowa wysokościowa). Podczas zakładania sieci obowiązuje powszechnie stosowana w geodezji zasada : od ogółu do szczegółu w myśl której najpierw zakładane są najdokładniejsze sieci o długich bokach, zaś do nich dowiązywane są kolejno sieci o coraz większym zagęszczeniu punktów i niższej dokładności wyznaczenia ich położenia. Z tego powodu osnowy geodezyjne dzielimy na: podstawowe, szczegółowe i pomiarowe. Kryteria tego podziału są związane z czynnikami wymienionymi wcześniej tj. zagęszczeniem punktów sieci i dokładnością określenia ich położenia. Bardzo istotnym jest również ich zastosowanie praktyczne, czyli rola i znaczenie, jakie poszczególne rodzaje osnów mają dla prac geodezyjnych.

Osnowy podstawowe służą do nawiązania osnów szczegółowych oraz do celów badawczych

Osnowy szczegółowe stosuje się do nawiązania osnów pomiarowych oraz zdjęć fotogrametrycznych i opracowania numerycznych modeli terenu. Punkty obu wymienionych osnów są stabilizowane trwale.

Osnowy pomiarowe są wykorzystywane do bezpośredniego oparcia typowych pomiarów geodezyjnych, takich jak zdjęcia szczegółów w celu sporządzania map sytuacyjnych, pomiary wysokościowe rzeźby terenu itp. Mogą też służyć do wyznaczania projektów na gruncie, obsługi inwestycji, badania odkształceń i przemieszczeń gruntu lub budowli. Punktów osnowy pomiarowej na ogół nie stabilizuje się w sposób trwały, lecz markuje palikami, bolcami żelaznymi itp.

Ze względu na sposób przedstawienia wzajemnego położenia punktów osnowy geodezyjne dzielą się na:

-osnowę poziomą, w której wzajemne położenie punktów na powierzchni odniesienia zostało określone w przyjętym układzie współrzędnych geodezyjnych,

-osnowę wysokościową, w której wysokości punktów zostały określone względem przyjętego poziomu odniesienia.

Kolejnym kryterium podziału osnów geodezyjnych jest dokładność określenia położenia punktów w poszczególnych sieciach, co pozwala na ich zakwalifikowanie do określonej klasy.

2) Niwelatory

Niwelator jest instrumentem geodezyjnym, który za pośrednictwem spoziomowanej osi celowej lunety lub wiązki lasera realizuje płaszczyznę poziomą stanowiącą poziom geometryczny. Niwelatory dzielą się na:

• Niwelatory libelowe, których oś celowa jest poziomowana ręcznie na podstawie obserwacji wskazań libeli niwelacyjnej

• Niwelatory samopoziomujące, optyczne, których oś celowa jest poziomowana automatycznie za pomocą kompensatora, lecz odczyt wykonywany jest przez obserwatora dokonującego oceny położenia kreski poziomej na tle podziału łaty

• Niwelatory samopoziomujące, cyfrowe, również zaopatrzone w kompensator do automatycznego poziomowania osi celowej, lecz odczyt na łacie wyposażonej w kod paskowy jest samoczynnie wykonywany i wyświetlany w postaci cyfrowej przez instrument

• Niwelatory laserowe, które realizują płaszczyznę poziomą poprzez generowanie obrotowej wiązki światła laserowego

2.1 Budowa niwelatora

Podstawowymi częściami każdego niwelatora są : Spodarka - S, Alidada - A z Lunetą - L i urządzeniami poziomującymi oś celową. W niwelatorze libelowym służą do tego celu: libela niwelacyjna - Ln oraz śruba elewacyjna - E. Schematycznie budowę niwelatora libelowego pokazano na rys. 1.1, na którym oprócz wyżej wymienionych części uwidoczniono także: Śrubę rektyfikacyjną libeli niwelacyjnej- Sr, Śrubę zacisku alidady -Z, Libelę okrągłą - Lo, Tuleję - T i Płytkę sprężynującą spodarki -Ps oraz główne osie i płaszczyzny tego niwelatora : Oś obrotu instrumentu (alidady)- v, Oś celową lunety -c, Oś główną libeli niwelacyjnej -l oraz płaszczyznę główną libeli okrągłej -Q

Spodarka (rys. 1.2) stanowi podstawę instrumentu, który poziomujemy według wskazań pęcherzyka libeli okrągłej za pomocą śrub ustawczych, doprowadzając w przybliżeniu oś v do położenia pionowego. Dolne zakończenia śrub poziomujących przechodzą przez płytkę sprężynującą i opierają się na płytce podstawkowej lub, w przypadku jej braku, wcodzą w rowki na głowicy statywu, co poprawia trwałość połącznia niwelatora ze statywem. Gwinty śrub poziomujących są zakryte osłonami, chroniącymi je przed uszkodzeniem i zanieczyszczeniami. Niwelatory mają najczęściej okrągłe spodarki trójkątne. Górna część spodarki posiada tuleję, w której obraca się czop osiowy alidady. Unieruchomienie alidady następuje po dokręceniu zacisku, po czym można nią powoli obracać za pomocą leniwki.

Alidada (rys. 1.1) jest ruchomą (obracalną) częścią niwelatora, zawierającą dźwigary podtrzymujące lunetę. Dolna część alidady stanowi podstawę, do której zamocowana jest libela okrągła, wykorzystywana do przybliżonego ustawiania osi obrotu alidady v(osi obrotu instrumentu) w położeniu pionowym. Z podstawą łączą się wsporniki lunety, obok której umieszczona jest czuła libela rurkowa, zwana libelą niwelacyjną. Jeden ze wsporników posiada zmienną długość, przez co luneta wraz z libelą może być pod niewielkim kątem nachylana w płaszczyźnie pionowej. Do zmiany nachylenia służy śruba elewacyjna. Na schematycznym rysunku 1.1 pokazano najprostsze rozwiązanie mechanizmu tej śruby. Na lunecie lub obudowie libeli niwelacyjnej umieszczony jest celownik przeziernikowy do przybliżonego celowania. Regulacja lunety polega na ustawieniu ostrości krzyża kresek poprzez obrót oprawy soczewki ocznej okularu i ostrości obrazu w lunecie poprzez odpowiednie przesunięcie wewnątrz lunety soczewki ogniskującej. Mechanizm ogniskowania może być wykonany w postaci śruby, zwanej kremolierą, znajdujące się z prawej strony lunety lub szerokiego, karbowanego pierścienia obejmującego tubus lunety w pobliżu okularu.

2.2 Rodzaje niwelatorów

NIWELATOR Z LUNETĄ STAŁĄ

Niwelator libelowy z lunetą stałą służy obecnie do mniej dokładnych pomiarów niwelacyjnych i często nosi nazwę niwelatora budowlanego. Luneta jego jest połączona z alidadą na stałe (stąd nazwa niwelatora) i przy celowaniu na poszczególne punkty nie można ani zmieniać jej położenia na alidadzie, ani nadawać drobnych samodzielnych ruchów. Libelę osadzoną przy lunecie (zwykle z boku) obserwuje się od strony okularu, najczęściej za pomocą odchylanego zwierciadła.

Aby niwelator nadawał sie do pomiaru musi spełnić szereg warunków. Warunki te muszą podlegać sprawdzeniu i w razie potrzeby rektyfikacji. Jak wiemy, niwelację geometryczną wykonuje sie przy poziomym położeniu osi celowej.

Do nadania jej tego położenia służy libela, a więc podstawowym warunkiem niwelatora libelowego jest równoległość osi celowej do osi libeli (C II L). Warunek ten może być spełniony tylko wówczas, gdy obie te osie znajdują się w jednej płaszczyźnie, a więc nie są wichrowate (skośne), w przeciwnym razie powstaje tzw. błąd skrzyżowania.

Doprowadzenie osi libeli i osi celowej do jednej płaszczyzny, czyli usunięcie błędu skrzyżowania, jest konieczne tylko przy dokładniejszych pomiarach niwelacyjnych.

W niwelatorach budowlanych i niwelatorach starszych typów często nie ma nawet śrubek rektyfikacyjnych do skorygowania tego błędu, a jego usunięcie, w granicach wymaganej dokładności pomiarów (niwelacyjnych, gwarantuje wytwórnia. Wystarczy wówczas sprawdzić, czy oś celowa C jest równoległa do płaszczyzny głównej P libeli niwelacyjnej (C II P).

Jeżeli oś celowa B będzie skośna względem osi libeli L, lecz zachowa warunek C II P to w czasie obrotu alidady niwelatora oś C zatoczy w przestrzeni płaszczyznę równoległą do płaszczyzny głównej P libeli rurkowej. Gdy jedna zajmie w przestrzeni położenie poziome, druga również będzie pozioma. Zostanie to spełnione wówczas, gdy oś V obrotu instrumentu zajmie w przestrzeni położenie pionowe, a oś libeli będzie do niej prostopadła . Niwelator z lunetą stałą musi więc przede wszystkim spełnić najpierw warunek L_|_ U.

Oś obrotu instrumentu ustawimy szybciej w położeniu pionowym, jeżeli najpierw doprowadzimy ją w przybliżeniu do tego położenia przy użyciu pomocniczej libeli okrągłej. Należy więc sprawdzić, czy libela ta spełnia warunek prostopadłośći swej płaszczyzny głównej Q do osi obrotu instrumentu V (Q _|_ V).

Na łacie niwelacyjnej wykonujemy odczyty za pomocą poprzecznej (niwelacyjnej) kreski celowniczej, kreska ta powinna więc być prostopadła do osi obrotu niwelatora i w czasie obserwacji zajmować położenie poziome.

Powyższe warunki, które musi spełniać niwelator z lunetą stałą, są w zasadzie obowiązujące dla wszystkich niwelatorów libelowych.

Wymienione są tu w tej kolejności, w jakiej należy je sprawdzić i rektyfikować w niwelatorze z lunetą stałą:

1)Oś libeli niwelacyjnej powinna być prostopadła do osi obrotu alidady niwelatora (L_|_V), jest to warunek libeli .

2)Płaszczyzna główna libeli okrągłej Q powinna być prostopadła do osi obrotu niwelatora V (Q _|_ V).

3)Środkowa kreska poprzeczna siatki celowniczej powinna być prostopadła do osi obrotu niwelatora, a obie kreski celownicze krzyża kresek powinny tworzyć kąt prosty.

4)Oś celowa lunety C powinna być równoległa do osi libeli niwelacyjnej (C ll L) lub do jej płaszczyzny głównej (C ll P). Jest to tzw. warunek osi celowej .

Warunki te sprawdzamy i rektyfikujemy w następujący sposób:

1) Sprawdzenie warunku prostopadłości osi libeli do osi obrotu niwelatora.

2) Po zrektyfikowaniu libeli rurkowej (niwelacyjnej) i ustawieniu osi obrotu niwelatora w położeniu pionowym, środek pęcherzyka libeli

okrągłej powinien znajdować się w jej punkcie głównym. Ewentualne wychylenie usuwamy w całości za pomocą śrubek rektyfikacyjnych libeli. Jeżeli libela okrągła znajduje się na alidadzie, to można ją również sprawdzić i zrektyfikować niezależnie od libeli rurkowej. Niekiedy spotyka się libele okrągłe bez śrubek rektyfikacyjnych. Ich prawidłowe ustawienie gwarantuje wówczas wytwórnia, a stwierdzony błąd może być usunięty tylko w fachowym warsztacie naprawczym.

3) Warunek ten sprawdzamy po zrektyfikowaniu libeli rurkowej

i ustawieniu osi obrotu niwelatora w położeniu pionowym. W tym celu

na jednym skraju pola widzenia lunety obieramy przy kresce poprzecznej dobrze widoczny punkt , a następnie obracamy lunetę tak, aby obrany punkt znalazł się na drugim skraju pola widzenia. Jeżeli kreska poprzeczna nie jest pozioma, to otrzymamy odchyłkę, której połowę należy usunąć przez obrót płytki ogniskowej. Spełnienie tego warunku zapewni również położenie pionowe drugiej kreski celowniczej, krzyż kresek jest bowiem w nowoczesnych instrumentach wytrawiany na szklanej płytce ogniskowej z dokładnym zachowaniem kąta prostego między kreskami.

Usunięcie stwierdzonego błędu ustawienia siatki kresek jest czynnością trudną i wymagającą dobrej znajomości konstrukcji danego niwelatora, toteż nie wykonuje się jej w warunkach polowych, lecz w laboratorium lub w fachowym warsztacie naprawczym. Prawidłowe ustawienie krzyża kresek gwarantuje zwykle wytwórnia i konieczność jego rektyfikacji zdarza się bardzo rzadko.

4) W niwelatorach z lunetą stałą doprowadzenie osi celowej do równoległości z osią libeli rurkowej lub do równoległości z jej płaszczyzną główną P (warunek osi celowej) można przeprowadzić po dwukrotnym pomiarze różnicy wysokości między tymi samymi dwoma punktami. Pierwszy raz wykonujemy niwelacje ze środka, kiedy błąd osi celowej nie ma wpływu na wynik pomiaru, a drugi raz wykonujemy niwelację w przód, kiedy błąd osi celowej ujawnia się w całości. Jest to tzw. metoda niwelacji podwójnej.

NIWELATOR TECHNICZNY ZE ŚRUBĄ ELEWACYJNĄ

Instrument ten może służyć do niwelacji technicznej reperów. Luneta jego jest z jednym wspornikiem alidady połączona przegubem K, drugi zaś wspornik stanowi śruba elewacyjną E, za pomocą której można jeden koniec lunety w niewielkim zakresie podnosić lub opuszczać. Dzięki takiemu urządzeniu warunek L_|_ V nie jest tu istotny i może być spełniony w przybliżeniu, gdyż spoziomowanie osi libeli można łatwo i dokładnie wykonać za pomocą śruby elewacyjnej przy ustawieniu lunety w dowolnym kierunku. Libela w tych niwelatorach jest zwykle obserwowana przez system pryzmatów, co pozwala ją spoziomować przez doprowadzenie do koincydencji obrazów obu końców pęcherzyka libeli. System pryzmatów znajduje się wraz z libelą w obudowie ochronnej, lecz dostęp do śrubek rektyfikacyjnych można w wielu przyrządach tego typu uzyskać przez otwór w pokrywie, zamykany szczelną nakrętką, a więc zdejmowanie obudowy jest tu zbyteczne.

Schemat osiowy niwelatora technicznego ze śrubą elewacyjną przedstawia rysunek .

Aby przygotować instrument do obserwacji, wystarczy jego oś obrotu doprowadzić do położenia pionowego za pomocą libeli okrągłej. Śruba elewacyjna, której działaniem doprowadzamy do poziomu oś libeli i oś celową, ma niewielki zasięg, dlatego powinna być przez wytwórnię tak osadzona, aby środkowemu położeniu pęcherzyka z rektyfikowanej libeli okrągłej odpowiadało średnie ustawienie śruby elewacyjnej. Im dokładniej jest zrektyfikowaina libelą okrągła, a także im dokładniej za jej pomocą ustawimy oś obrotu V niwelatora w położeniu pionowym, tym szybciej będziemy mogli za pomocą śruby elewacyjnej poprawić położenie osi libeli rurkowej i ustawić tę oś w poziomie. W razie potrzeby, np. podczas niwelacji większej liczby punktów rozproszonych, można bardziej dokładnie doprowadzić do pionu oś obrotu niwelatora za pomocą libeli rurkowej.

Ze względu na pożądaną szybkość pomiaru korzystamy jednak zwykle z mniej dokładnej libeli okrągłej. Oś obrotu niwelatora może być z tego względu w czasie pomiaru nieco pochylona, a wówczas do osiągnięcia dokładnych wyników niwelacji nie wystarczy już warunek równoległości osi celowej do płaszczyzny głównej libeli (C ll P), lecz musi być spełniony warunek równoległości osi celowej do osi libeli (C ll L). Dwie te proste nie mogą więc być skośne, powstanie bowiem wówczas błąd skrzyżowania.

Jeżeli stwierdzi się istnienie tego błędu, to w celu jego usunięcia należy najpierw doprowadzić oś libeli Li oś celową C do takiego położenia, aby znalazły się w dwóch pionowych płaszczyznach równoległych, czyli aby oś celowa C była równoległa do płaszczyzny P1 osiowego przekroju podłużnego libeli . Dopiero w następnej kolejności doprowadzamy oś celową i oś libeli do równoległości. W niwelatorach ze śrubą elewacyjną zasadniczy warunek C ll L realizuje się więc w zasadzie w dwóch etapach, co dotyczy przede wszystkim starszych modeli instrumentów.

Warunki, jakie musi spełniac niwelator techniczny ze śrubą elewacyjną są następujące :

1. Płaszczyzna główna libeli okrągłej powinna być prostopadła do osi obrotu niwelatora (Q _|_ V).

2. Środkowa kreska poprzeczna siatki celowniczej powinna być prostopadła do osi obrotu niwelatora, a obie kreski celownicze krzyża kresek powinny tworzyć kąt prosty.

3. Oś celowa lunety c powinna być równoległa do płaszczyzny osiowego przekroju podłużnego libeli (C ll P1).

4. Oś celowa lunety powinna być równoległa do osi libeli rurkowej, (C ll L).

NIWELATOR Z LUNETĄ OBRACANĄ NA ŁOŻYSKACH

Luneta tego niwelatora może obracać się w łożyskach o 180° wokół swej osi geometrycznej. Z lunetą połączona jest na stałe libelą rewersyjna o dwóch osiach, górnej i dolnej. Znajduje się ona w obudowie ochronnej, a obserwujemy ją za pomocą układu pryzmatów Wilda.

Przy obrocie lunety libela obraca się razem z nią, a wiać może znajdować się albo po jej lewej stronie, albo po prawej. Taki obrót lunety wraz z libelą nazywamy rewersją. Położenie libeli po lewej stronie uważamy za pierwsze lub normalne, położenie po prawej stronie - za drugie. Obraz pęcherzyka przy drugim położeniu jest nieco zamglony, gdyż wówczas obserwujemy go za pomocą pryzmatów od dołu, a więc przez rurkę libeli i płyn w niej zawarty. Dla zwiększenia kontrastu obraz libeli bywa zabarwiony na żółto.

Niwelator tego typu jest produkowany przez wytwórnię Wilda. Jego schemat osiowy przedstawia rysunek . W latach powojennych dawny model, oznaczony symbolem NII, był u nas używany do niwelacji technicznej kraju o dokładności podwyższonej. Udoskonalony model był produkowany pod nazwą „niwelator inżynieryjny N2". Jego ogólny widok przedstawia rysunek poniżej. Gdy niwelator z obracaną lunetą i libelą rewersyjną zostanie dobrze zrektyfikowany, to odczyty na łacie będą identyczne w obu położeniach libeli, w przeciwnym wypadku będą się wprawdzie różniły, ale średnia z obu odczytów będzie odpowiadała poziomej osi celowej. Ma to duże znaczenie w wielu pracach inżynieryjnych.

Oprócz tych zasadniczych warunków, jakie powinny spełniać wszystkie niwelatory ze śrubą elewacyjną , omawiany tu typ niwelatora musi jeszcze spełnić warunek libeli rewersyjnej, aby obie jej osie były równoległe (L ll L2). Osiągamy to przez odpowiednie ustawienie zespołu pryzmatów. Rektyfikacja ta jest z reguły wykonana w sposób trwały przez wytwórnię. Zakładając więc, że osie libeli rewersyjnej są równoległe, możemy sprawdzenie i rektyfikację podstawowego warunku niwelatora C ll L przeprowadzić w każdej chwili z jednego stanowiska, bez potrzeby wykonywania niwelacji podwójnej, średnia bowiem z odczytów wykonanych w obu położeniach lunety będzie, jak wspomniano, wolna od błędu osi celowej. Okresowo należy jednak sprawdzić, czy warunek L1 ll L2 jest zachowany, co zależy od właściwego ustawienia systemu pryzmatów.

2. Dalmierze

3. 3. Teodolit

Podstawowym instrumentem używanym do pomiarów kątów poziomych jest teodolit. Zasadniczymi jego częściami przeznaczonymi bezpośrednio do wykonania czynności pomiarowych są: luneta z siatką celowniczą (ogniskową), składająca się z dwóch nitek - pionowej i poziomej, limbus kręgu poziomego - KH, libele do ustawiania osi obrotu instrumentu w pionie, urządzenia do centrowania instrumentu oraz urządzenia odczytowe. Są to elementy instrumentu niezbędne do wykonywania pomiarów kątów poziomych. W praktyce jednak rzadko spotykamy narzędzia, zwłaszcza średniej dokładności, które skonstruowane zostały z przeznaczeniem wyłącznie do pomiaru kątów poziomych. Najczęściej instrumenty do pomiaru kątów poziomych posiadają jeszcze takie dodatkowe części, jak krąg pionowy (KV) wraz z libelą kolimacyjną do pomiaru kątów pionowych, siatkę celowniczą w lunecie z trzema nitkami poziomymi do pomiaru odległości (dalmierz) i libelę niwelacyjną na lunecie do pomiaru różnic wysokości. Jeżeli instrument posiada wszystkie wymienione dodatkowe części, to nazywany bywa instrumentem uniwersalnym z uwagi na szerokie zastosowanie do pomiaru wszystkich elementów wyznaczanych w terenie, w pracach geodezyjnych. W instrumencie uniwersalnym zazwyczaj dokładność podziału i odczytu kręgu pionowego jest mniejsza niż kręgu poziomego. Stosowane są również uproszczone konstrukcje instrumentów uniwersalnych o dokładności mniejszej, lecz najczęściej jednakowej dla obu kręgów poziomego i pionowego, przeznaczone do mniej dokładnych a szybkich pomiarów sytuacyjno-wysokościowych metodą tachimetryczną. Instrumenty takie nazywamy tachimetrami.

W słownictwie technicznym w praktyce powyższe nazwy nie są ściśle stosowane i najczęściej spotykamy się tylko z terminem teodolit.

Teodolit składa się z trzech zasadniczych części:

1. Spodarki

2. Kręgu (koła) poziomego (limbusa)

3. Alidady z lunetą, kręgiem (kołem) pionowym, libelami i urządzeniami odczytowymi

4. Statyw - służy do ustawiania instrumentu nad punktem.

3.1 Budowa teodolitu

Spodarka służy do połączenia instrumentu ze statywem oraz razem z libelami - do ustawienia limbusa w poziomie (osi obrotu instrumentu w pionie). Stanowi ona najniższą część przyrządu. Jest zbudowana w postaci podstawy trójramiennej z trzema śrubami poziomującymi umieszczonymi w jej ramionach. W dolnej części spodarki znajduje się otwór lub trzpień nagwintowany do wkręcania lub nakręcania tzw. śruby sercowej, w celu połączenia instrumentu ze statywem. W nowszych konstrukcjach w spodarkę wmontowany jest pion optyczny do centrowania osi instrumentu nad danym punktem. Bezpośrednio nad spodarka znajduje się krąg poziomy (limbus). Stosowane są cztery sposoby osadzenia limbusa i jego sprzęgania z alidadą. W zależności od tego rozróżniamy cztery systemy (układy) osiowe teodolitów.

Limbus. W starszych typach teodolitów limbus jest sporządzony z metalu i ma zwykle kształt bardzo spłaszczonego stożka ściętego. Na górnej krawędzi tego stożka jest osadzony srebrny pierścień z naniesionym podziałem kątowym. Nowoczesne teodolity maja limbusy szklane, a podział jest naniesiony chemicznie. Limbus stanowi płaszczyznę, na którą rzutujemy ramiona mierzonych kątów poziomych i dlatego nazywamy go również kręgiem poziomym (KH). Stąd limbus powinien być osadzony centrycznie względem osi pionowej obrotu instrumentu, a płaszczyzna limbusa podczas pomiaru powinna być pozioma. Do poziomowania limbusa służą śruby poziomujące (nastawne) spodarki i libela alidadowa lub nasadkowa.

Alidadą nazywamy tę część instrumentu, która osadzona jest centrycznie nad limbusem i może obracać się dookoła osi teodolitu. Oś alidady w zasadzie powinna dokładnie pokrywać się z geometryczną osią limbusa, ponieważ oś limbusa przechodzi przez wierzchołek mierzonych kątów. W dolnej części alidady, bezpośrednio nad limbusem, znajdują się dwa diametralnie położone urządzenia odczytowe (noniusze z lupami lub inne systemy odczytowe z mikroskopami), do odczytywania podziału kręgu poziomego po naprowadzeniu osi celowej lunety na cel. W nowszych teodolitach do odczytywania podziałów kręgów stosowany jest mikrometr optyczny z okularem mikroskopu umieszczonym obok okularu lunety. Indeksy odczytowe kręgu poziomego obracają się wraz z alidadą dookoła osi obrotu teodolitu, a linia łącząca indeksy powinna przechodzić przez tę oś. Na pokrywie alidady umieszczona jest libela rurkowa, zwana libelą główną lub alidadową. Służy ona do pionowego ustawienia osi obrotu instrumentu, a więc i do poziomego ustawienia płaszczyzny limbusa. W instrumentach o dawnej konstrukcji stosowano niekiedy dwie libele alidadowe ustawione w płaszczyznach prostopadłych do siebie. W teodolitach przeznaczonych do bardzo dokładnych pomiarów astronomiczno-geodezyjnych doprowadza się oś obrotu instrumentu do położenia pionowego za pomocą libeli nasadkowej, nakładanej na oś obrotu lunety. Oprócz libeli i urządzeń odczytowych znajdują się na alidadzie dwa wsporniki, na których spoczywa oś obrotu lunety. Luneta może obracać się dookoła tej osi w płaszczyźnie pionowej, a wtedy jej os celowa wyznacza pionową płaszczyznę celową (kolimacyjną), która na poziomej płaszczyźnie limbusa odcina mierzone kąty poziome. Obrócenie lunety w płaszczyźnie pionowej o 180 stopni nazywa się przerzuceniem przez zenit. Lunetę można unieruchomić w dowolnym położeniu za pomocą śruby zaciskowej, a dokładnie naprowadzić na cel za pomocą śruby naprowadzającej - leniwki. Górne zakończenie jednego ze wsporników lunety składa się z dwóch części, które można za pomocą śrubek rektyfikacyjnych ściągać lub rozsuwać, albo też górną część wspornika podnosić lub obniżać, a tym samum podnosić lub obniżać jeden koniec osi obrotu lunety, co umożliwia doprowadzenie tej osi do położenia poziomego. Z lunetą połączony jest na stałe pionowy krąg podziałowy (limbus pionowy), przeznaczony do pomiaru kątów pionowych. Indeksy do odczytywania tego kręgu są nieruchome, natomiast sam krąg obraca się wraz z lunetą, czym różni się od kręgu poziomego, który w czasie pomiaru katów poziomych jest nieruchomy. Ruch kręgu pionowego wraz z lunetą wprowadzono po to, aby ułatwić odczytywanie jego podziału przy pomiarze dużych katów pionowych. Na indeksach służących do odczytywania kręgu pionowego znajduje się libela, zwana kolimacyjną. Umożliwia ona każdorazowe ustawienie indeksów na odczyt odpowiadający poziomemu położeniu osi celowej. W nowszych konstrukcjach teodolitów zamiast libeli kolimacyjnej wprowadza się urządzenia kompensatorowe różnych typów do automatycznego ustawiania wskaźników odczytowych kręgu pionowego w położeniu prawidłowym i tym samym automatycznego korygowania odczytów kręgu pionowego pomimo nieznacznego odchylenia osi teodolitu od pionu. Jak już powiedziano, lunetę można przerzucać przez zenit, przy czym wraz z lunetą obraca się krąg pionowy. W związku z tym wprowadzone zostało pojęcie dwóch położeń lunety.

Statyw. Podczas pomiaru instrument ustawiamy zazwyczaj na statywie (czasem teodolit może być ustawiony wprost na stoliku wieży triangulacyjnej, na elementach konstrukcyjnych obiektów budowlanych lub na specjalnych słupach założonych do celów badawczych itp.). Statyw składa się z trzech nóg drewnianych (lub aluminiowych) połączonych u góry za pomocą odpowiednich śrub zaciskowych z płytą metalową. Jest to tzw. głowica statywu, na której ustawiamy instrument. W środku głowicy znajduje się otwór, umożliwiający przesuniecie instrumentu przy centrowaniu go nad punktem. Instrument łączymy z głowicą za pomocą śruby sprzęgającej zaopatrzonej u dołu w haczyk do zawieszenia pionu stanowiącego przedłużenie osi obrotu instrumentu. Do centrowania instrumentu używa się obecnie piony optyczne. Każda noga statywu jest sporządzona z dwóch kawałków drewna połączonych ze sobą poprzeczkami w celu nadania im większej sztywności i trwałości. Końce nóg są okute w celu ułatwienia wbijania ich w ziemię i w celu zabezpieczenia przed uszkodzeniem. Nogi niektórych statywów są rozsuwane, co ułatwia transport i rozstawienie instrumentu w nierównym terenie.

Przedstawiony powyżej opis odnosi się do obecnie już nieużywanych konstrukcji teodolitu, ale równocześnie opisane zostały zmiany, które następowały w ich konstrukcji. Zmiany mające na celu ulepszenie działania i ułatwienie obsługi instrumentu, zmniejszenia jego wymiarów, wagi (piony optyczne, limbusy szklane o małych wymiarach, mikrometry optyczne, samopoziomujące urządzenia odczytowe kręgu pionowego. Oprócz tego wprowadzano takie ulepszenia jak soczewka ogniskująca, urządzenia do automatycznego celowania, rejestracja odczytów, instalacje do oświetlenia siatki nitek i urządzenia odczytowego do pomiarów nocnych i podziemnych. Konstruuje się specjalne tarcze sygnałowe dla podniesienia dokładności pomiarów (np. metoda trzech statywów).

Zbudowano teodolity kodowe, w których zautomatyzowano odczytywanie i rejestrowanie wyników pomiarów w terenie. Pierwszy automatyczny teodolit kodowy skonstruowano w 1963r. w Niemczech (RFN). Jego zasada działania polegała na automatycznym przetwarzaniu danych pomiarowych, które następnie wydziurkowywał na taśmie. Następnie taśmę taką wprowadza się do elektronicznej maszyny, w celu dalszego automatycznego wykonywania obliczeń i przetwarzania informacji. Kolejnym istotnym ulepszeniem teodolitów było zbudowanie w 1968r w RFN elektronicznego tachimetru rejestrującego Reg Elta 14, w którym połączono teodolit kodowy z dalmierzem elektrooptycznym. Wprowadzone zostały również teodolity laserowe, w których światło laserowe wprowadzone jest do lunety bezpośrednio światłowodem lub przez okular laserowy wymienny, założony zamiast okularu standardowego.

Posługiwanie się każdym nowym instrumentem po zapoznaniu się z instrukcją obsługi nie sprawi żadnych trudności, jeżeli opanowane mamy zasady działania, rektyfikacji i obsługi instrumentu o prostej konstrukcji.

Szukasz gotowej pracy ?

To pewna droga do poważnych kłopotów.

Plagiat jest przestępstwem !

Nie ryzykuj ! Nie warto !

Powierz swoje sprawy profesjonalistom.

---