Для чего нужен теодолит и нивелир. Нивелир и теодолит

Статья о теодолите, описание геодезического прибора, характеристики теодолита и несколько приемов работы с теодолитом.

Измерять вертикальные и горизонтальные углы можно прибором теодолит, устройство которого состоит из таких элементов:

Горизонтального круга, который, в свою очередь, включает в себя два независимых круга - алидады - отсчетного устройства;

Лимба с делениями и зрительной трубы, одним своим концом зафиксированной с вертикальным кругом и способной вращаться вокруг вертикальной оси.

Применение и его особенности

В основном теодолит применяется в геодезии, строительстве, астрономии. И даже появление оборудования, позволяющего получать максимально точные результаты не позволяет специалистам отказаться от его использования. Помощь теодолита, позволяющего получить довольно точные результаты, незаменима при разметке профилей дорожного полотна, контуров строений, расстояний между объектами и пространственных углов между ними. Иногда теодолиты используются в лесном хозяйстве, мелиорации. Особая роль отводится прибору при проведении оценки состояния старых строений: он позволяет выявить возможную деформацию строения, а также влияние на данный разрушительный процесс как веса здания, так и природный явлений.

Теодолит - один из первых приборов, с которым строители, а до них и геодезисты, приходят на строительную площадку. На начальной стадии ведения работ и возведения фундамента, он используется для определения рельефа, оценки его наклона. Именно при помощи теодолита гарантируется строгая вертикаль высотных конструкций.

Теодолиты незаменимы для выполнения расчетов и различных измерений при строительстве туннелей, шахт, мостов и т.д. Современные устройства с лазерным лучом могут использоваться даже в условиях слабой освещенности, позволяют в более краткие сроки провести целый комплекс самых разных измерений с высокой точностью результата.

Устройство и его характеристики

Цилиндрический уровень и верньеры теодолита используются для приведения оси алидады в вертикальное положение, в тоже время лимб устанавливается в горизонтальное. Всего в приборе используются два вида винтов: закрепительные или зажимные, наводящие или микрометренные. И именно для соединения неподвижный частей теодолита с подвижными и используются закрепительные винты. А наводящие винты обеспечивают плавное вращение скрепленным им частям прибора.

В теодолитах используются чаще всего астрономические зрительные трубки, с помощью которых получают перевернутое (или обратное) изображение. В приборах нового поколения на место им иногда приходят трубки прямого изображения - земные. Зрительная трубка характеризуется следующими параметрами:

Полем зрения;

Разрешающей способностью;

Увеличением;

Относительной яркостью.

Как проводятся измерения с использованием теодолита

За положение плоскостей и осей прибора отвечают уровни: круглый - для обычной установки, а цилиндрический, в виде стеклянной трубки в форме бочкообразного сосуда внутри, служит для точной. Для цилиндрического уровня используется такая характеристика как пузырек. Для цилиндрических уровней нормой является пузырек размером в треть трубки, при условии температуры окружающей среды 20°C. Для измерения длины пузырька используется шкала, нанесенная на уровень, одно деление которой составляет 2 мм.

Ноль пункт или середина уровня, не указывается, но его легко найти по симметрично расположенным штрихам шкалы в обе стороны от центра. Ноль пункт служит и для определения оси уровня: касательная, которая проходит через него по длине уровня и служит для этого. Совпадение с ноль-пунктом середины пузырька показывает горизонтальное положение теодолита, а если пузырек смещается на деление, наклоняется и ось уровня на соответствующий угол, величина которого является ценой деления. Следовательно, более точным является тот прибор, у которого цена деления уровня меньше.

Для отсчетов служат микроскопы (шкаловой или штриховой), а также оптический микрометр, но до начала отсчета определяется цена деления лимба.

Классификация, основные моменты

Несмотря на то что устройство теодолита принципиально не отличается друг от друга, они вполне поддаются классификации. За основу классификации принимаются следующие параметры:

Точность;

Конструктивные особенности;

Способы отсчетов по лимбу;

Предназначение.

По первому параметру, например, теодолиты бывают высокоточные, точные и технические, а по своей конструкции - простыми и повторительными. Повторительные теодолиты отличаются от простых следующей особенностью: возможностью совместного и/или раздельного вращения. Такая конструкция позволяет измерять угол неоднократно, методом откладывания на лимбе нескольких его значений.

Кроме того, теодолиты бывают механическими и электронными. У первых используется оптический метод для проведения измерений, а у электронных устройств - лазер.

Так как теодолит является сложным техническим устройством это накладывает некоторые требования в уходе и подготовке к работе. До того, как приступить к измерениям, кроме общего осмотра состояния прибора в целом, необходимо проверить ампулы уровней и, особенно, его оптические поверхности. Далее проводится оценка качества вращения алидады, отсчетных, зажимных устройств, окуляров и, конечно, зрительной трубки.

Как и многие измерительные устройства или приборы, теодолиту необходимо регулярное проведение поверок, целью которых является соответствие в нем точного взаиморасположение всех осей.

Эксплуатация теодолита также имеет некоторые особенности и ограничения. Он не должен подвергаться влиянию прямых солнечных лучей или атмосферных осадков. При резкой смене температурного режима, рекомендуется некоторое время поддержать устройство в футляре с целью стабилизации температуры. Если прибор необходимо перенести на какое-то расстояние, то следует делать исключительно в вертикальном положении и предварительно следует проверить правильность и надежность его фиксации в футляре. Так как прибор требует периодической чистки, то эту работу следует выполнять после того, как освоены определенные знания и особенно навыки для этого. В ином случае - лучше доверить эту работу специалистам.

Некоторые приемы при работе с теодолитом

С помощью теодолита даже неспециалисту вполне возможно выполнить простые измерения, но выполнение сложных требует специальных знаний, а иногда и дополнительного оборудования для проведения исследований и получения максимально точных результатов.

Целью измерений, проводимых с помощью теодолита, является получение неизвестных данных высот или координат, а в качестве исходных данных для этого используются значения и данные об известных координатах и точках. Естественно, сначала прибор должен быть установлен в рабочее состояние на специальном штативе прямо над точкой, данные о которой известны. Далее выполняется так называемое центрирование устройства, заключающееся в том, чтобы устройство над точкой было установлено строго по горизонтали.

Следующий шаг - непосредственное выполнение измерений и получение результатов. Рекомендуется, для полного исключения ошибки, измерения и вычисления выполнять несколько раз и выводить среднеарифметическое значение.

В зависимости от стоящих задач, выбирается и способ съемки теодолитом: метод створов и перпендикуляров (является основным в строительстве, особенно на этапе планирования территории) и полярный.

Геодезические измерения на стройках выполняются нивелирами, теодолитами, стальными мерными лентами, рулетками.

Нивелир применяют для определения относительной высоты точек. Основные части нивелира - зрительная труба, через которую производят отсчеты по рейкам, и цилиндрический уровень, с помощью которого визирная ось зрительной трубы приводится в горизонтальное положение.

Существует два типа нивелиров: глухие и нивелиры с перекладывающейся трубой. Глухие нивелиры (261) удобны и надежны в эксплуатации, они получили наибольшее распространение на строительно-монтажных работах. Корпус трубы / и коробка 3 для цилиндрического уровня нивелира отлиты совместно и прикреплены к оси, вращающейся во втулке. Цилиндрический уровень имеет призменный блок, при помощи которого изображение пузырька уровня передается в поле зрения лупы 5, расположенной рядом с окуляром 4. Отсчеты по рейке производят при совмещении толщиной 20-25 мм. Деления на рейках нанесены белой, черной и красной краской. Односторонние рейки окрашиваются в белый и черный цвет; двусторонние - в белый и черный с одной, в белый и красный - с другой стороны. Величина делений на рейке (цена одного деления) -10 мм, причем каждые пять делений для удобства отсчета объединяются в группы в виде буквы Е. Так как трубы нивелиров дают обратное изображение, то числовые надписи на рейках сделаны перевернутыми, чтобы в трубе читалось их прямое изображение.

Произвести отсчет по рейке - значит определить расстояние от плоскости, на которую установлена подошва рейки, до уровня визирной оси нивелира. При чтении отсчета (262, в) прежде отсчитывают десятые доли делений (мм), а затем - дециметры и сантиметры по средней нити сетки зрительной трубы.

Для работы нивелир устанавливают на штативе и закрепляют становым винтом так, чтобы подъемные винты имели плавный ход. После установки нивелир при* водят в рабочее положение, сначала приближенно при помощи круглого уровня 6 (см. 261), а потом приступают к точной установке нивелира винтами 7 по цилиндрическому уровню. Нивелир можно считать установленным правильно, если при повороте трубы с уровнем 1 в любую сторону пузырек уровня не смещается. После этого можно производить нивелирование.

Теодолит (263) - оптический прибор для измерения вертикальных и горизонтальных углов.

Основные части теодолита-- лимб (горизонтальный круг) 2 и вертикальный круг 8, разделенные на градусы и доли градуса. С металлическим кожухом лимба жестко скреплена алидада (линейка, которая может поворачиваться вокруг оси, проходящей через центр лимба) с отсчетными приспособлениями - верньерами. Зрительная труба 5, жестко скрепленная с вертикальным кругом, опирается горизонтальной осью вращения на подставки 6, прикрепленные к алидаде. Труба имеет сетку дальномерных нитей.

Теодолит устанавливают на штативе, его вертикальную ось с помощью уровней приводят в отвесное (рабочее) положение, Лимб теодолита при этом занимает горизонтальное положение. Зрительную трубу направляют на точку наблюдения. С помощью отсчетных приспособлений по лимбу отсчитывают угол направления, а., по вертикальному кругу, прикрепленному к горизонтальной оси трубы, - угол наклона. ;.,". В горизонтальное положение теодолит устанавливают в основном такими же приемами, как и нивелир.

Нивелирование (или горизонтирование) теодолита заключается в приведении оси вращения прибора в отвесное положение. Его выполняют в следующей последовательности:

устанавливают цилиндрический уровень алидады горизонтального круга параллельно двум подъёмным винтам подставки, поворачивая верхнюю часть теодолита. Вращая винты в разные стороны, приводят пузырёк уровня на середину;

поворачивают верхнюю часть теодолита на 90 0 и, вращая третий подъёмный винт, приводят пузырёк уровня на середину.

Указанные действия повторяют до тех пор, пока в любом положении алидады пузырёк уровня не будет отклоняться от середины более, чем на одно деление.

Примечание. Если не удаётся отгоризонтировать теодолит, необходимо выполнить поверку и юстировку цилиндрического уровня. Методика этой поверки и юстировки приводится ниже.

Задание 3. Забить в землю колышек, отметить карандашом на его верхнем торце точку, отцентрировать и отгоризонтировать теодолит. Изучить и законспектировать в тетради для лабораторных работ правила установки теодолита в рабочее положение.

1.4 Поверки теодолита

До начала работы с теодолитом внешним осмотром проверяют его устойчивость на штативе, плавность хода подъемных и наводящих винтов, а также прочность фиксации вращающихся частей закрепительными винтами. Чтобы обеспечить ожидаемую точность измерения углов, перед началом работы необходимо убедиться в исправности теодолита. Для чего выполняются его поверки и юстировка. В процессе поверок устанавливается соответствие взаимного расположения осей и плоскостей прибора с его геометрической схемой.

Юстировка (исправление) имеет целью исправить взаимное расположение деталей прибора после его поверки с помощью исправительных винтов в полевых условиях. В ряде случаев неисправность прибора устраняется только в заводских условиях.

Схема расположения осей теодолита показана на рисунке 1.5, где ZZ " - ось вращения прибора (основная ось); НН" - ось вращения зрительной трубы; UU  - ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга; WW  - визирная ось.

При работе с теодолитом измерения выполняют при двух положениях вертикального круга относительно окуляра зрительной трубы: круг право – КП и круг лево – КЛ. На рисунке 1.5 теодолит показан в положении круг лево (КЛ). Для контроля соб­людения геометрических условий систематически выполняются по­верки теодолита.

1.4.1 Поверка цилиндрического уровня алидады горизонтального круга

Условие. Ось цилиндрического уровня алидады UU  должна быть перпендикулярна оси ZZ " вращения прибора (рис. 1.5).

Выполнение. Вращением алидады устанавливают уровень параллельно двум подъемным винтам и, вращая винты в противоположные стороны, приводят пузырек уровня в нуль-пункт. Затем поворачивают алидаду на 180°.

Допуск. Если пузырек уровня отклонится от нульпункта не более чем на половину деления, то условие вы­полнено.

Исправление. При невыполнении условия необходимо с помощью исправительных винтов уровня переместить пузырек по направлению к нуль-пункту на половину отклонения. Установку пу­зырька на середину ампулы осуществляют затем вращением подъемных вин­тов.

После исправления поверку необходимо повторить.

Теодолит и нивелир – современные геодезические приборы, созданные для выполнения важных измерительных операций в пространстве. Это требуется во многих сферах, к примеру в строительной. Каковы особенности каждого инструмента? И чем отличается теодолит от нивелира? Рассмотрим это.

Определение

Теодолит – прибор, специфика которого заключается в возможности проведения угловых замеров.

Теодолит

Нивелир – прибор, позволяющий выяснить, как соотносятся между собой по высоте различные точки пространства, или задать направление при определенных видах работ.

Нивелир

Сравнение

Прежде всего, следует подробней рассмотреть функциональные возможности двух измерительных устройств. Отличие теодолита от нивелира заключается в том, что первый из названных приборов более универсален. С помощью теодолита можно производить линейные и угловые замеры, причем в обеих плоскостях: горизонтальной и вертикальной.

К примеру, именно теодолит будет незаменим в случае, когда требуется определить, насколько стена здания отклонилась от вертикали. Специализация нивелира более узкая. С применением этого приспособления можно вычислять разность уровней или строить направляющие, которые помогают получать идеально ровные поверхности. Нивелир будет полезен, скажем, при укладке кирпича или заливке фундамента.

Возможности инструментов обусловлены особенностями их устройства. Все подробности оснащения зависят от конкретной модели теодолита или нивелира, а также от того, к какому типу относится прибор: является он оптическим, лазерным или цифровым. Но в целом теодолит устроен сложней. Он обладает добавочной осью измерений, которой нет у нивелира.

Для отсчета величин в теодолите предусмотрены два круга с разметкой (лимбы): по горизонтальному определяют угол направления, по вертикальному – угол наклона. Для наведения на исследуемые объекты в обоих приспособлениях используется оптическая труба. При работе с нивелиром также применяется отдельная рейка с делениями.

Следует добавить несколько слов о том, в чем разница между теодолитом и нивелиром относительно сферы их использования. Поскольку теодолит обладает более богатым функционалом, то спектр областей, где он необходим, шире. Это не только строительство, но и мелиорация, астрономия, а также иные направления деятельности, в которых важны точные расчеты. У нивелира, соответственно, сфера применения ограничена.

Современная геодезия решает все вопросы, связанные с измерением и планировкой земельных участков. Только по результатам геодезической съемки устанавливаются все точные границы наделов и высоты рельефа, на основании которых выдается соответствующая документация и проводятся дальнейшие строительные работы. Основными инструментами геодезии являются теодолит и нивелир.

Информация о приборе

Теодолит - что это такое? Прибор геодезического назначения, оснащенный оптикой и сконструированный для вычисления на местности углов в горизонтальной и вертикальной плоскости, получил название теодолита.

Теодолит оптический используют следующим образом. В вершину горизонтального угла, который должен быть измерен, помещают теодолит таким образом, чтобы круг угломерный (лимб) был как раз своим центром в этой точке. Дальше используют вращаемую линейку (алидаду). Вначале ее совмещают с одной стороной угла и фиксируют показания по кругу. Затем перемещают ее к другой стороне угла, отмечая полученное значение. Разница двух данных и будет реальным значением искомого. По такому же принципу измеряется величина вертикальных углов.

Существует определенная классификация описываемых устройств. Основные части теодолита могут отличаться у разных по классу приборов в смысле точности измерительных элементов. Поэтому теодолиты бывают:

• Технического назначения.
• Точного измерения.
• Высокоточные.

По сложности конструкции теодолит - что это такое? Он бывает простого и повторительного типа. У первых алидада привязана к цилиндрической вертикальной оси. У вторых лимб с алидадой могут вращаться как раздельно, так и совместно. В этом случае, кроме традиционного способа, для измерения углов можно применять метод повторений.

В теодолитах может быть установлена различная оптика - от фото- до видеокамеры, соответственно, это будет фото- либо кинотеодолит. Гиротеодолитом можно измерить азимут в любом направлении.

Современная геодезическая техника - это теодолит электронный. Он значительно превосходит теодолит оптический по показаниям точности измерений. Снабжен такой прибор электронным дисплеем и памятью, что во многом упрощает работу с ним.

Из чего состоит теодолит

Теодолит - что это такое? Это довольно сложное измерительное устройство, которое состоит из:

• Лимба. Он представляет собой плоский диск, который изготовлен из стекла с нанесенной поверх него угловой шкалой от нуля до 360 градусов.
• Алидады. Похожий диск, изготовленный также из стекла и имеющий отсчетную насечку либо шкалу. Алидада расположена соосно с лимбом и свободно вращается вокруг своей оси. В универсальных приборах лимб и алидада есть как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.
• Оптического прибора. В него входит объектив и линза фокусирующего назначения, а также сетка нитей. Последняя имеет стеклянное исполнение с нанесенными на нее насечками. Последние служат для ориентации при наведении на наблюдаемый объект. Также имеются линии дальномерного измерения.
• Система уровней. Необходима для установки прибора в вертикальном положении.
• Подъемных винтов. Служат для регулирования теодолита при наведении его на объект.

Все перечисленные основные части теодолита заключены в корпус, который устанавливают при помощи подставки на штатив треножного типа.

Что такое нивелир

Нивелиром называется технический прибор, с помощью которого производят замеры высотных точек на рельефе либо в построенных сооружениях. Нивелир, так же как и теодолит, снабжен оптической трубой, установленной на подставку, и уровнями для выставления прибора на плоскости.

Работа нивелиром заключается в следующем. Устройство устанавливают в обзорной точке отсчета и из нее производят наблюдение за всеми остальными точками на плоскости. Для этого в наблюдаемой точке помещают инварную рейку, на которой имеется шкала. Если рельеф местности неровный, то в каждой отдельной точке показания по рейке будут свои. По разнице измерений между положением исходной и изучаемой точки определяется высота ее нахождения на плоскости.

Бывают лазерные и оптические нивелиры. Лазерные удобны в помещении, например для отделочных работ. Они отбивают на поверхности световые линии, по которым происходит ориентировка.

Теодолит и нивелир: разница

И нивелир, и теодолит, и тахеометр - все это приборы геодезиста. Вот только функции, выполняемые этими приборами, немного отличаются. Если быть точнее, нивелир - это самое простое устройство, позволяющее измерять лишь вертикальные углы. Теодолит - что это такое? Просто более сложный аппарат, дополненный функцией измерения горизонтальных углов, что позволяет отобразить участок на чертеже. Самым универсальным является тахеометр. Включая возможности двух вышеописанных приборов, он позволяет измерять расстояние от выбранной точки до любого объекта.

Как работать теодолитом

Что такое теодолит? Это прежде всего оптика. Работа при помощи него называется теодолитной съемкой. Она включает в себя комплекс мероприятий в полевых условиях, результатом которых является построение плана местности в контурном виде. Проще говоря, на равнинных участках теодолит используют, чтобы проводить корректировку планов землеустройства.

Съемка при помощи теодолита проходит два этапа:

• Создание рабочего геодезического обоснования. На этом этапе осуществляется прокладывание теодолитных ходов по замкнутому контуру полигона (периметру участка). Результатом проделанной работы является получение размеров всех линий участка и точных углов между ними.
• Измерение внутренней ситуации. Суть этапа заключается в измерении диагоналей внутри полигона.

Профессиональная теодолитная съемка осуществляется в следующей последовательности:

1. Определение и фиксирование опорных точек, выбор которых зависит от рельефа местности и особенностей территории. Допустимо между точками иметь расстояние не менее 100 метров и до 400 метров, не более.
2. Установка на плоскости съемочных точек обоснования. При этом могут быть восстановлены межевые знаки.
3. Подготовка ходов к промерам. На этом этапе проводят очищение линий от поросли и других препятствующих факторов.
4. Измерение теодолитом углов и линий.
5. Съемка диагоналей (ситуации).

Заключение

Наиболее эффективными геодезическими приборами являются электронные приборы, снабженные GPS-системой. Что такое теодолит с навигацией? Он позволяет быстро и с высокой точностью прокладывать маршруты между измеряемыми точками. И привязывать их к реально существующим топографическим картам местности.