Исследование величины ошибки «Взгляда» цифровыми нивелирами в зависимости от положения Солнца

УДК 528.54

Ашраф А. А. Бешр, Н.М. Рябова, А.В. Кочетков СГГА, Новосибирск.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ОШИБКИ «ВЗГЛЯДА» ЦИФРОВЫМИ НИВЕЛИРАМИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОЛОЖЕНИЯ СОЛНЦА

Ashraf A. A. Beshr, N.M. Ryabova, A.V. Kochetkov SSGA, Novosibirsk

ANALYSIS OF VALUES OF DIGITAL LEVELS ERRORS, DEPENDING ON THE SUN’S POSITION

Digital levels are used more and more for setting out and monitoring due to their highly accurate and fast measurements in automated measuring process. A shortcoming is that in some cases they provide less accurate measurements. There are several sources which are known to have an effect on the accuracy of height reading as the sun effect and, therefore, have to be investigated. The sun effect on the height reading accuracy and a method offering to minimize this effect are outlined in this paper.

Главным при оценке надежности и точности измерений деформаций инженерных сооружений, исходя из заданных технологических требований проекта и допусков, является выбор совершенной методики геодезических работ, соответствующих приборов и оборудования. Появление в геодезическом производстве цифровых нивелиров требует разработки и совершенствования технологий и методик выполнения измерений. Перед началом полевых работ определения деформаций инженерных сооружений выполняют исследования и поверки цифровых нивелиров и реек. К таким разработкам необходимо отнести исследование основных технических характеристик цифровых нивелиров. Результаты исследований устанавливают пригодность прибора для выполнения измерений заданной точности, дают информацию для принятия соответствующей методики измерений или введения поправок в результаты измерений.

Погрешности, сопровождающие точное нивелирование короткими лучами, по происхождению делятся на три группы [1]: приборные погрешности, погрешности, вызываемые влиянием внешней среды, и личные погрешности наблюдателя. C учетом данных трех групп ошибок рассчитаем возможную точность измерения деформации сооружений. Как известно, основной ошибкой нивелирования является величина ошибки взгляда, в которую входят все ошибки, возникающие при взятии отсчетов по рейке, поэтому для определения точности нивелирования на станции необходимо определить ошибку взгляда.

Первый тестовый полигон был измерен в лаборатории СГГА с помощью инварной рейки и цифрового нивелира Trimble DiNi № 706531. Измерения произведены на шести станциях, на которых выполнялось 25 отсчетов по рейке при расстояниях: 4,2 м, 10 м, 15м, 21,4 м, 25 м и 28,7 м. Каждый раз отсчет и расстояние менялись. Эксперимент проводился в дневное время при

естественном освещении и температуре 24 С. Для анализа результатов вычисляется средняя квадратическая ошибка (СКО) с помощью повторных измерений. СКО измерения превышений одним приемом mh вычисляют по формуле

m =

Z

v

n -1

где V - отклонение результата измерения в отдельном приеме от среднего значения в программе измерений.

По исследованиям М. Е. Пискунова [2], зависимость ошибки превышения оптическими нивелирами от длины визирного луча выражается формулой:

шк =

где D - длина визирного луча, м.

Было выполнено сравнение ошибок взгляда, полученных цифровым нивелиром Trimble DiNi и оптическими нивелирами (теоретической). По результатам, которого были построены графики зависимости ошибки взгляда цифрового нивелира от расстояния, как приведено на рис. 1.

оа

se

и

ю

S

Е

О

Длин отрезка, мм

Ошибка взгляда наблюдений цифровыми нивелирами Ошибка взгляда уравнением (0,014+0,0014 D) оптических нивелиров

Рис. 1. Зависимость ошибки взгляда цифрового нивелира от расстояния

Как видно из рис. 1, разность между ошибкой взгляда цифрового нивелира из практических наблюдений и ошибки превышения оптическими нивелирами (теоретической) становится небольшой. В данных условиях лучше пользоваться

величиной ошибки взгляда по результатам практических наблюдений, чем вычисленной по формуле (0,014+0,0014D), хотя данные практических наблюдений близки по значению к вычисленным (теоретическим) ошибкам взгляда из практических наблюдений и являются более точными.

Второй тестовый полигон был разбит вне помещения с помощью цифрового нивелира Trimble DiNi и кодовой рейки. Измерения производились с расстояниями 5,1 м, 10 м, 15,1 м, 20,2 м, 25,2 м, и 30 м. Отсчеты снимались по направлению «на Солнце» и «без Солнца» 25 раз. Каждый раз отсчет и расстояние менялись. Эксперимент проводился в дневное время при солнечном свете и температуре 260 С. Были получены следующие результаты определения ошибки взгляда цифрового нивелира Trimble DiNi при направлении «на Солнце» и «без Солнца». На основе полученных результатов было выполнено сравнение ошибок взгляда, полученных цифровым нивелиром при направлении «на Солнце» и «без Солнца», по результатам которого был построен график зависимости ошибки взгляда цифрового нивелира от длины отрезка при направлении визирования на Солнце и без Солнца, приведенный на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость ошибки взгляда цифрового нивелира от расстояния при направлении визирования на Солнце и без Солнца

Как видно из рис. 2, разность между ошибками взгляда, полученными из практических наблюдений, при направлении визирования на Солнце и без Солнца становится больше. Каждый раз позиция цифрового нивелира, отсчет и расстояние менялись. Вычисляют по каждой позиции ошибки расстояний при направлении на Солнце и без Солнца и записывают их в ведомость.

На основе сравнения ошибок в расстояниях, полученных с помощью цифрового нивелира при направлении «на Солнце» и «без Солнца», был

построен график ошибок расстояний, измеренных цифровым нивелиром, при направлении визирования «на Солнце» и «без Солнца», приведенный на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость ошибки расстояний цифровым нивелиром от расстояния при направлении визирования на Солнце и без Солнца

На основе выполненного сравнения полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1) Увеличение расстояния между нивелиром и рейкой приводит к повышению ошибки взгляда цифрового нивелира и ошибки расстояний;

2) Влияние положения Солнца на определение ошибки взгляда цифровых нивелиров значительно. Величина ошибки взгляда при направлении на Солнце приводит к повышению ошибки взгляда при направлении без Солнца в среднем на 30%.

Таким образом, результаты исследований показали, что на величину ошибки взгляда существенное влияние оказывает засветка от падающих солнечных лучей. Наибольшая ошибка взгляда имеет место, когда Солнце находится над горизонтом во время восхода и захода; в это время солнечные лучи могут попадать в объектив прибора. Поэтому нами была разработана методика приложения зигзагообразного нивелирного хода.

Для ослабления влияния Солнца предлагается выполнить нивелирование зигзагообразным способом. Методика такого нивелирования производится следующим образом (рис. 4). Для этого требуется выполнить нивелирный ход по направлению запад-восток.

Как известно, нивелирование должно выполняться спустя час после восхода Солнца и заканчиваться за час до захода. Как раз в это время будет иметь место максимальное попадание солнечных лучей в объектив, и, следовательно, следует ожидать максимальной величины ошибки взгляда. Для ее ослабления нами разработана следующая методика, показанная на рис. 4.

Рис. 4. Схема расположения позиции нивелира и реек при выполнении нивелирования в направлении с запада на восток

Обозначим нивелирный ход: начало А, конец В. Задняя рейка

устанавливается на репере А, а передняя - в точке 1. Если мы, как обычно, установим нивелир в точке С, то при наведении, в случае восхода Солнца, на заднюю рейку солнечные лучи будут попадать в объектив, а на передней рейке этого не будет. В таком случае ошибка взгляда на заднюю рейку будет больше

из-за влияния Солнца, а на переднюю меньше; поэтому измерения будут неравноточные. При заходе Солнца, наоборот: при визировании на переднюю рейку ошибка взгляда будет больше из-за влияния Солнца, а на заднюю меньше; измерения также будут неравноточными.

Если же нивелир установить в точке D, которая находится на некотором удалении от направления АВ, то при визировании на заднюю и переднюю рейки, солнечные лучи в объектив попадать не будут, следовательно, влияния Солнца практически не будет. Измерения будут равноточные.

Затем нивелир переносится на следующую станцию, и нивелирование выполняется по аналогичной схеме.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Зайцев, А.К. Геодезические методы исследования деформаций сооружений [Текст] / А.К. Зайцев, С.В. Марфено и др.// М., Недра, 1991. - 272 с.

2. Пискунов, М.Е. Методика геодезических наблюдений за деформациями сооружений [Текст] / М.Е. Пискунов // М.: Недра, 1980. - 248 с.

© Ашраф А.А. Бешр, Н.М. Рябова, А.В. Кочетков, 2009