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. SPRZT: 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 SPRZT, DOTYCZY TO TAKŻE ODPOWIEDZIALNOŚCI FINANSOWEJ! PRZED ROZPOCZCIEM POMIARU KAŻDY Z PACSTWA JEST ZOBOWIZANY DO DOKAADNEGO ZAPOZNANIA SI 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. " Aaty 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 0-25C 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 = h2 - h1; h1 = w1 - p1; h2 = w2 - p2): 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 bądz tez będziecie wykonywać na rachunku wyrównawczym (wyrównanie sieci wykonamy pózniej 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: h1 = t1 - p1 h2 = t2 - p2
2. Obliczyć sumę różnic Łn. 3. Sprawdzić, czy dla danego odcinka spełniona jest równość: h1 - h2 = n
h'gł( powr) = 0.5 ( h1 + h2) 4. Obliczyć średnie przewyższenie: 5. Do przewyższenia odcinka wprowadza się poprawkę qT uwzględniającą wpływ zmian temperatury (oddzielnie dla pomiaru w kierunku głównym jak i powrotnym): qT = haśr (t - t0) h przewyższenie odcinka niwelacyjnego; ąśr średnia wartość współczynnika taśm inwarowych danej pary łat; t-t0 różnica między średnią temperatura łat (t) w czasie pomiaru odcinka w danym kierunku a temperaturą komparacji łat (t0). 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 a wyrażany w jednostkach np. [mm / (m oC)] mówi o tym jak 1 metr przymiaru inwarowego łaty reaguje na zmianę swojej temperatury o jeden oC. 6. Obliczyć długość odcinka R (w km) jako sumę długości celowych l. Po zakończeniu pomiaru odcinka w obu kierunkach (czyli od reperu do reperu i z powrotem) należy: R = 0.5 (Rgł + Rpowr ) 1. Obliczyć średnią długość odcinka (w km): 2. Obliczyć różnicę między przewyższeniami wyznaczonymi w kierunkach głównym i powrotnym: r = hgł + hpowr Wartość powinna spełniać kryterium (R podstawiamy w km, wartość kryterium otrzymujemy w mm): - dla niwelacji I klasy: r Ł 1.2 R [mm] - dla niwelacji II klasy: r Ł 1.5 R [mm] Jeśli kryterium to nie jest spełnione (II klasa), należy powtórzyć pomiar w tym kierunku, do którego obserwator ma mniejsze zaufanie (i ewentualnie w przeciwnym). h = 0.5 (hgł - hpowr ) 3. Obliczyć średnie przewyższenie h odcinka z obu kierunków: 4. Do średniego przewyższenia odcinka h dodaje się poprawkę komparacyjną łat qK wyznaczoną na podstawie współczynnika z ostatniej komparacji: qk = heśr 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 e - różnicę długości średniego metra łaty względem jednego metra (wzorca). Wartość e np. 20 mm/m oznaczała, że jeden średni metr łaty ma rzeczywistą długość 1,000 020 m. 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: dla niwelacji I klasy Ł ą2.25 L [mm]
dla niwelacji II klasy Ł ą3 L [mm]
L długość sekcji (linii) w km Jeśli warunki te nie są spełnione należy powtórzyć pomiar odcinków z największymi . 2. Wyznaczyć średni błąd pomiaru 1 km niwelacji: 2 ł 1 r 1 m1 = ą ę ś 2 R nR
R długość odcinka niwelacji [km]; nR liczba odcinków w sekcji, linii, sieci; różnica przewyższeń odcinka z obu kierunków [mm]; Błąd m1 powinien spełniać kryterium: dla niwelacji I klasy m1 Ł ą0.40 [mm km] dla niwelacji II klasy m1 Ł ą0.50 [mm km] 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 j poligonu niwelacji I i II klasy powinna spełniać kryterium: dla poligonów zamkniętych j Ł ą2 F [mm] dla poligonów rozwartych j Ł ą3 F [mm] F długość obwodnicy poligonu w km. W ogólnym przypadku: W naszych ćwiczeniach terenowych stosować będziemy trójkąty, więc: OPRACOWANIE WYNIKÓW (POPRAWKA PAYWOWA): 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. f, l szerokość i długość miejsca obserwacji (z dokładnością do 0.5). Procedura: 1. Przeliczenie momentu czasu lokalnego na czas gwiazdowy: S = (T - Rs)k + GMST0hUT1 + l Rs redukcja strefy czasowej (w Polsce 1h dla CSE lub 2h dla CWE); 366.24219879 k współczynnik zmiany interwału czasowego ( k = =1.0027379093 ); 365.24219879 GMST0hUT1 parametr przesunięcia skal czasów na dany dzień roku (z Rocznika Astronomicznego, str. 8-11). CIO CIO 2. Interpolacja rektascensji pozornej i deklinacji pozornej Słońca i Księżyca (aapp S ,dappS oraz aapp K , dappK ) na średni moment pomiaru (z Rocznika Astronomicznego, str. 12-27). CIO CIO 3. Obliczenie kątów godzinnych Słońca i Księżyca: tS = S -aapp S tK = S -aapp K , 4. Obliczenie azymutu Słońca i Księżyca na średni moment pomiaru: - cosdappS sintS - cosdappK sintK tan AS = , tan AK = . sindappS cosj - cosdappS sinj costS sindappK cosj - cosdappK sinj costK Ćwiartka azymutu w zależności od znaków licznika i mianownika, generalnie: t (0h,12h) A(180,360), t (12h,24h) A(0,180). 5. Obliczenie odległości zenitalnych Słońca i Księżyca: cos zS = sinj sindappS + cosj cosdappS costS , cos zK = sinj sindappK + cosj cosdappK costK . 6. Obliczenie poprawek do przewyższenia ze względu na ruch pionu wywołany zmianą położenia Słońca i Księżyca w czasie wykonywania pomiarów niwelacyjnych: DhPł[mm]= g [0.038 R sin2zS cos(A- AS )+ 0.084 R sin2zK cos(A- AK )] R długość odcinka niwelacji [km]; A azymut odcinka niwelacji; AS, AK azymuty Słońca i Księżyca; g współczynnik zmniejszenia zmian pływowych położenia linii pionu z uwagi na elastyczną odpowiedz Ziemi na działanie sił pływowych. W Polsce przyjmuje się g = 0.8. 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 (wyraznie 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 J LITERATURA: Praca zbiorowa Niwelacja precyzyjna . Stanisław Margański Pomiary niwelacyjne w podstawowych sieciach niwelacyjnych . Instrukcja techniczna G-2. Wytyczne techniczne G-1.11.