Вигідне час для вимірювання горизонтальних кутів і зенітних відстаней.
Вище зазначалося, що протягом кожної доби змінюються в часі метеорологічні елементи та їх градієнти, а також прозорість атмосфери, умови видимості спостережуваних пунктів, амплітуда коливань і якість зображень візирних цілей і т. П. Всі ці фактори впливають як на продуктивність праці, так і на точність кутових вимірів і азимутальних визначень. Високоточні вимірювання в геодезичних мережах виконують в періоди так званого «вигідного» часу спостережень, коли коливання зображень візирних цілей незначні або зовсім відсутні, прозорість атмосфери і умови видимості найкращі, а вплив бічний рефракції мало. Такі сприятливі для спостережень умови мають місце ввечері і вранці в ті години, коли в шарі повітря на висоті візирного променя спостерігається стан, найбільш близьке до изотермии. Тривалість цього сприятливого для спостережень часу залежить від багатьох факторів: температури повітря, наявності або відсутності хмарності, висоти візирного променя над підстилаючої поверхнею і т. Д. При безвітрі в жарку ясну погоду влітку цей відрізок часу малий, особливо в південних степових районах, де він , як правило, не більше 0,5 год; в гірських районах і північних широтах тривалість періоду спостережень помітно збільшується, особливо в холодну і вітряну погоду, іноді до декількох часов.Заканчівать спостереження рекомендується приблизно за півгодини до заходу Сонця. Як зазначалося вище, спостереження слід вести на спокійні і злегка коливаються зображення візирних цілей, коли їх випадкові коливання не перевищують 2 "
Слід зазначити, що ранковий період «вигідного» часу спостережень незрівнянно коротше, ніж вечірній, а іноді і зовсім відсутня. При збільшенні хмарності, посилення вітру та зниження температури повітря цей період помітно збільшується в порівнянні з таким при безхмарним тихою і жаркій погоді.
У великих містах спостереження доцільно виконувати ранньою весною і восени, коли температурні контрасти в межах міста порівняно малі, а отже, невелика і вплив рефракції. У спекотну літню погоду при рефракція в добовому ході переходить через кульове значення вранці приблизно через 2 години після сходу, а ввечері - приблизно за стільки ж часу до заходу Сонця, змінюючи при цьому щоразу знаки на протилежні Для істотного ослаблення впливів місцевих полів рефракції рекомендується в жарку погоду влітку симетричні вимірювання кутів щодо моменту изотермии повітря починати не раніше ніж через 1 год після сходу сонця і продовжувати їх не більше півтори години (при гарній видимості); вечірні ж спостереження слід припиняти не пізніше ніж за 1 год до заходу Сонця незважаючи навіть на хорошу видимість можна побачити цілей.
Вище зазначалося, що астрономічні азимути на пунктах Лапласа визначають зазвичай вночі, коли вплив бічний рефракції максимально. Для того щоб практично повністю усунути вплив бічний рефракції, необхідно азимути земних предметів визначати як ввечері протягом трьох годин перед заходом Сонця, так і вранці після сходу сонця, виконуючи спостереження в обох випадках симетрично в часі щодо відповідного моменту изотермии повітря, коли бічна рефракція дорівнює або майже дорівнює нулю. У розділі класифікація помилок кутових вимірів ми з вами вже стосувалися помилок, що виникають під впливом зовнішніх умов. Зупинимося тепер докладніше на цих помилках, роблячи акцент на заходи щодо їх ослаблення.
Основні види помилок, що виникають під впливом зовнішнього середовища.
До основних видів помилок, що виникають під впливом зовнішнього середовища, слід віднести
а) помилки через крутіння геодезичного сигналу
б) помилки за фази візирних цілей
в) помилки через вплив зміни температури повітря на теодоліт
г) помилки внаслідок рефракції світла.
Фізичний сенс явища крутіння сигналу полягає в тому, що під дією вітру, сонця, зміни температури верхня частина геодезичного сигналу, особливо високого, починає закручуватися навколо вертикальної осі. Ясно, що під час спостережень разом з сигналом буде зміщуватися по азимуту і знаходиться і на його столику теодоліт. Зареєстровані випадки, коли в процесі кутових вимірів кручення сигналу досягає 1² за одну хвилину, а за одну годину 25². В середньому, вплив кручення сигналу на результати кутових вимірів дещо менше, але воно все одно істотно. Тому при вимірюванні на пункті великого числа напрямків круговими прийомами може статися незамиканіе горизонту через крутіння сигналу.
Кручення геодезичних сигналів були виявлено Струве. З Метою його обліку він запропонував постачати високоточні теодоліти повірочного трубою. Ця пропозиція була прийнята і аж до теперішнього часу спостереження в тріангуляції 1 класу зі складних сигналів виконуються з повірочного трубою. Крім того, в кругових прийомах, як ми знаємо, розподіляється невязка за незамиканіе горизонту, що по суті є механізмом врахування впливу кручення сигналу, так як за короткий час крутіння сигналу направлено в загальному в одну сторону. При вимірюванні окремих кутів помилки через крутіння сигналу зменшують за допомогою обертання алідади теодоліта в обох полуприемах в одному напрямку. Вимірювання кутів і напрямків в прийомі повинно виконуватися якомога швидше.
Вплив зміни температури повітря на теодоліт
Все високоточні теодоліти вельми чутливі до змін температури. Встановлено, що зміна температури на 1 ° приводить до зміни положення візирної осі на 0,5 - 1², що прямо увійде в помилку відліку. Рекомендації щодо зменшення впливу температурних змін на теодоліт наступні:
- До початку спостережень на пункті теодоліт слід витримати в тіні не менше 1 години, щоб його температура стала дорівнює температурі повітря.
- Забороняється виконувати кутові вимірювання при стрибкоподібному зміні температури на кілька градусів.
- Під час спостережень теодоліт повинен перебувати в тіні. З цією метою на знаку з боку сонця організовують рухливу шторку.
- Окремий прийом вимірювань повинен виконуватися максимально швидко.
Помилки за фази візирних цілей
Як ми знаємо, наведення труби теодоліта при високоточних кутових вимірювань виробляється на візирні циліндри певного розміру. Практика показала, що через нерівномірне освітлення циліндра сонця очей спостерігача може невірно оцінити стан його геометричної осі і змістити біссектор при наведенні труби теодоліта на кут в сторону краще видимою.
Мал. 1.1. Помилка за фазу візирної цілі
Мал. 1.2. Схема самозатінення візірногоціліндра Шишкіна
Цей кут називають помилкою за фазу (однобоке висвітлення) візирної мети. Помилки за фазу візирних цілей максимальні при гладких циліндрах. При несприятливі збіги обставин вони можуть достігать1-1.5 ". Для зменшення помилки за фазу використовують візирний циліндр конструкції Шишкіна, який дає повне затінення його поверхні (рис. 1.2), завдяки чому помилка за фазу візирних цілей зменшуються до 0.2-0.4". Однак, незважаючи на застосування циліндрів конструкції Шишкіна, з помилкою за фазу на практиці все одно стикається кожен спостерігач. Справа в тому, що іноді візирний циліндр спостережуваного геодезичного знака проектується нема на небо, а на темний фон (ліс, сопку), і тому погано видно. Для отримання контрастності зображення його маркують, тобто обмотують білою матерією, а, значить, роблять по конструкції практично гладким з усіма витікаючими з цього наслідками небезпеки внесення помилки за фазу візирної цілі в результати кутових спостережень. Спостерігач повинен добре розуміти це і постаратися спостерігати пункт або в похмуру погоду, або в видимість, коли помилка за фазу буде мінімальною.
Бічна рефракція світла
Помилки рефракційного походження є головними помилками високоточних кутових вимірювань. Виникають вони внаслідок викривлення світлових променів, що йдуть від візирної цілі до інструменту через шари повітря різної щільності.
Рис.1.3. Кут рефракції світла
Пояснимо це. Так як атмосфера Землі є оптично неоднорідним середовищем, то світловий промінь проходить від точки А до точки В не по прямій АВ. а по складній кривій двоякою кривизни оптично найкоротшому шляхом А m В (рис. 1.3). Спостерігач, перебуваючи в точці А, бачить зображення точки В не за направленням АВ, а по дотичній АВ ¢ до елементу світловий кривої в точці А. Кут r є міра рефракції.
Визначення: мірою рефракції при кутових вимірювання є кут r між дотичній АВ ¢ до променю в початковій точці його і хордою АВ, проведеної між кінцевими точками променя.
Проекція кута r на горизонтальну площину визначає кут d бічній рефракції, а проекція цього ж кута r на вертикальну площину - кут r вертикальної рефракції. Кут r характеризує вплив рефракції на виміряні зенітні відстані, кут d - вплив рефракції на горизонтальні напрямки і азимути земних предметів. Кути рефракції не залишаються постійними, що не дає можливості врахувати їх впливу на результати вимірювань.
Вертикальна рефракція може спотворювати зенітні відстані до 2 'і більше. Вплив бічний рефракції тільки в рідкісних випадках досягає 10 ". Існує річний сезонний і добовий ходи рефракції. Крім того, розрізняють великі (обласні) і малі (місцеві) поля рефракції.
Великі поля рефракції обумовлені наступними факторами:
а) загальним розподілом щільності повітря від екватора до полюса;
б) розподілом щільності повітря в прибережних зонах морів і океанів;
в) розподілом щільності повітря поблизу протяжних гірських хребтів.
Вплив бічний рефракції у великих полях в середньому становить 0, ²2 і носить систематичний характер.
Малі поля рефракції обумовлені місцевими аномаліями щільності повітря на шляху променя візування (перетин долин річок, боліт, водної поверхні озер і т.д.). Вплив бічний рефракції на результати кутових вимірів за рахунок місцевих полів при несприятливих умовах досягає 3² - 7². В середньому ці впливу становлять 0, 6² і носять також систематичний характер.
До теперішнього часу намітилися два шляхи вирішення проблеми і обліку рефракції:
- Створення приладів - рефрактометрів для безпосереднього вимірювання кутів рефракції з необхідною точністю.
- Розробка найбільш ефективних методичних прийомів виключення або істотного ослаблення впливів рефракції на результати вимірювань.
Наявні зараз прилади - рефрактометри не можуть забезпечити вимірювання кутів рефракції з необхідною точністю. Тому при геодезичних вимірах, в основному, йдуть по шляху ослаблення впливу рефракції методичними прийомами. Так для цього при виробництві геодезичних вимірювань в мережах 1 і 2 класів діючі інструкції вимагають:
1. Вимірювати горизонтальні напрямки і кути при хорошій і задовільною видимості на спокійні або злегка коливаються зображення візирних цілей.
2. У сонячні дні час, близьке до сходу і заходу сонця, не використовувати для високоточних вимірювань.
3. Спостережень на пунктах 1 і 2 класів виконувати як мінімум в два видимості, тобто вранці і ввечері або в різні дні.
4. Лінія напрямку не повинна проходити від ноги сигналу або іншого предмета ближче, ніж на 20см. Особливо ретельно слід вибирати початкові напрямки.
Всі перераховані заходи по ослабленню впливу зовнішніх умов дозволяють виміряти кут з СКО 0,6² - 0,8². Для державних мереж ця точність достатня. Однак при створенні спеціальних геодезичних мереж, наприклад на геодинамічних полігонах, потрібно вже більш висока точність кутових вимірювань. Тому, оскільки прилади для безпосереднього виміру кутів рефракції ще не створені, необхідно розвивати і вдосконалювати методики ослаблення впливу рефракції на результати геодезичних вимірювань.
Відомі різні методи кутових вимірів, проте далеко не всі з них застосовуються при спостереженнях в державної геодезичної мережі. З метою істотного зменшення обсягу обчислювальних робіт при зрівнянні геодезичної мережі і отримання координат пунктів з якомога більшою точністю, результати кутових вимірів в державної геодезичної мережі повинні бути, по-перше, представлені у вигляді одного ряду равноточних напрямків, які мають на всіх пунктах один і той же вага; по-друге, отримані з якомога більшою точністю при найменших затратах праці і часу на вимірювання і обчислення.
Вирішення першого завдання пов'язане з розробкою і застосуванням найбільш досконалих способів (програм) кутових вимірювань; рішення другого завдання зводиться до найбільш повного ослаблення в процесі спостережень впливу всіх джерел помилок вимірювань, особливо систематичних, в тому числі особистих, приладових, а також з-за зовнішнього середовища.
За природою походження помилки кутових вимірів підрозділяються на три великі групи:
- внаслідок впливу зовнішнього середовища;
У кожній з перерахованих груп можуть проявлятися як випадкові, так і систематичні помилки. Всі помилки високоточних кутових вимірювань повинні бути ретельно вивчені, так як знання природи помилок дозволяє звести їх вплив до мінімуму належної методикою вимірювань або введенням відповідних поправок. Так, наприклад, вплив випадкових помилок зменшується шляхом збільшення числа прийомів вимірів, яке в силу економічних міркувань має бути мінімально необхідним, що стає можливим тільки при відомому характері дії цих помилок.