Теодолиты

Интересным является словообразование – теодолит. Происходит оно из сочетания двух греческих слов: рассматриваю (theaomai) и длинный (dolichos). Может быть имелось в виду – смотрю в даль? Так это просто зрительная труба. Может быть и название это появилось только в то время, когда в мастерской Д.Сиссона установили на астролябию зрительную трубу.

Теодолит служит для измерения горизонтальных и вертикальных углов.

В обозначение отечественных теодолитов входит буква Т и число, указывающее среднюю квадратическую погрешность измерения горизонтального угла одним полным приёмом в лабораторных условиях.

В табл. 5.1 приведены данные о величине СКП измерения горизонтального угла в принятых стандартом классах точности приборов, а также марки отечественных теодолитов, относящихся к указанным классам точности.

Таблица 5.1

Классификация оптических теодолитов отечественного производства

Класс точности прибора	СКП измерения горизонтального угла, сек	Основные марки теодолитов
Высокоточные	0,5" – 1,0"	Т05, Т1
Точные	2,0" – 4,0"	Т2, 2Т2, 3Т2КП
Повышенной точности	5,0" – 10,0"	Т5, Т5К, 2Т5КП, 2Т5А
Средней точности	15,0" – 20,0"	Т15, Т15К, Т15М, Т15МКП
Технические	30,0" – 60,0"	Т30, 2Т30П, Т30М

Различные модификации теодолитов в приведённых классах точности отражаются в их обозначении дополнительными цифрами впереди основного обозначения и буквами – после основного обозначения. В настоящее время для теодолитов используют следующие буквы: А – теодолит снабжён автоколлимационным окуляром (т.е. им можно работать на отражение направленного к объекту оптической системой прибора светового пучка); К – конструкция с компенсатором угла наклона при вертикальном круге (компенсатор автоматически отрабатывает то или иное положение, чаще всего – визирной оси зрительной трубы); П – установлена зрительная труба прямого изображения (земная труба); М – теодолит в маркшейдерском исполнении. Например, Т5К, 2Т5К, 3Т2КП, Т30М, 3Т2КА и т.п.

Рассмотрим схему измерения горизонтальных углов и углов наклона, представленную на рис. 5.1.

Пусть на местности имеются точки А, В и С, расположенные друг относительно друга на разных высотах. Выберем вершиной измеряемых углов точку А. Построим в этой точке вертикальные плоскости W_B и W_C, в которых лежат направления из точки А соответственно на точки В и С. Выберем произвольно на вертикальной линии пересечения плоскостей W точку О и построим в ней плоскость V, перпендикулярную плоскостям W_B и W_C. В этой плоскости будут лежать направления ОО_л и ОО_п, а в плоскости, параллельной плоскости V, находятся проекции точек А, В и С (А_о, В_о, С_о).

Линии визирования ОВ и ОС образуют в пространстве угол β'. Проекция этого угла на плоскость V образует угол β, который называется горизонтальным углом.

Если в т. А поместить плоский круг (горизонтальный круг – ГК) с градусными делениями и расположить его плоскость в горизонтальной плоскости V, то на каждое из направлений (А_оВ_о и А_оС_о) можно взять отсчёты b и с. Разность этих отсчётов и определит величину горизонтального угла

β = b - с. (5.1)

При оцифровке горизонтального круга по часовой стрелке, как это и исполняют в теодолитах, разность (5.1) дает значение угла β, показанного на

рисунке. Если же взять разность (c – b), то полученное значение горизонтального угла будет отличаться от угла β на 360^о.

Рис. 5.1. Схема измерения горизонтального угла и угла наклона.

Вертикальный угол в общем случае – это угол в вертикальной плоскости между двумя направлениями. Если одно из направлений совпадает с горизонтальной плоскостью, то такой угол ν называется углом наклона.

Угол наклона обязательно указывают со знаком «плюс» или «минус» (кроме ν = 0^о).

Если в точке А поместить вертикальный круг (ВК) с градусными делениями и совместить его плоскость, например, с вертикальной плоскостью W_С , то направлению линии АC, параллельной горизонтальной плоскости V, будет соответствовать отсчёт c_o по вертикальному кругу, а направлению на точку С – отсчёт с. Аналогичные рассуждения можно провести и в отношении точки В. Если оцифровка вертикального круга в плоскости W_С со стороны читателя выполнена по часовой стрелке, то значение угла наклона легко найдётся из разности

ν _С = с - с_о; ν _В = b - b_o. (5.2)

Таким образом, как горизонтальный угол β, так и угол наклона ν, вычисляют как разность отсчётов, полученных по двум направлениям, взятых по оцифрованным кругам, плоскости которых параллельны соответственно горизонтальной и вертикальной плоскостям местности. Для угла наклона один из отсчётов всегда должен определять положение горизонтальной плоскости, которая в точке стояния проходит через центр вертикального круга.

Отсчёты с_о и b_o называют местом нуля (МО) вертикального круга. Подробнее об этом будет сказано в § 42.

С учётом сказанного выше, теодолит должен обеспечивать выполнение определённых условий: он должен содержать в конструкции два оцифрованных круга, плоскости которых должны надежно устанавливаться специальными приспособлениями и приемами параллельно (ГК) и перпендикулярно (ВК) к плоскости горизонта.

На рис. 5.2 представлена схема теодолита с его основными осями, взаимосвязь которых определяет условия измерения углов.

Рис. 5.2. Схема теодолита.

Ось 1-1 называется вертикальной осью вращения теодолита. При измерениях она должна располагаться по направлению отвесной линии в точке стояния, т.е. перпендикулярно к горизонтальной плоскости. Для придания этой оси отвесного положения служит специальный установочный элемент (уровень – см. § 37), ось 4-4 которого должна быть перпендикулярна к оси 1-1. Плоскость горизонтального круга (ГК) должна быть перпендикулярна к оси 1-1, а также и параллельна с осью уровня 4-4. (Заводы-изготовители геодезических приборов гарантируют перпендикулярность оси вращения теодолита к плоскости горизонтального круга). Ось 2-2 называется осью вращения зрительной трубы (о зрительной трубе см. § 36). Оси 2-2 и 1-1 должны быть взаимно перпендикулярны, кроме того, ось 2-2 должна быть перпендикулярна и к плоскости вертикального круга.

Визирная ось 3-3 зрительной трубы может поворачиваться в вертикальной плоскости относительно оси 2-2. Оси 2-2 и 3-3 должны быть перпендикулярны.

Здесь несколько навязчиво и не совсем интересно перечислены главные геометрические условия построения теодолита. Постоянное упоминание слов «перпендикулярно» и «параллельно» может запутать, а то и запугать, но, поверьте, эти условия являются весьма важными для назначения данного прибора. Вот в результате поверок и устанавливают соблюдение данных геометрических условий. Впрочем, без этого никак нельзя обойтись, и в современных электронных геодезических приборах того же назначения обязательно предусмотрено выполнение тех же геометрических условий.