stosowanie instrumentów geodezyjnych, Schematy z Geografia

Pobierz stosowanie instrumentów geodezyjnych i więcej Schematy w PDF z Geografia tylko na Docsity!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ

Anna Betke

Stosowanie instrumentów geodezyjnych 311[10].Z1.

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:

Dr inŜ. Barbara Gąsowska

Mgr inŜ. Julitta Rosa

Opracowanie redakcyjne:

Mgr inŜ. Anna Betke

Konsultacja:

Mgr Małgorzata Sienna

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[10].Z1. „Stosowanie instrumentów geodezyjnych” zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik geodeta.

Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o stosowaniu instrumentów geodezyjnych. W poradniku zamieszczono: − wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ ukształtowane, abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika, − cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem, − materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki modułowej, − zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy juŜ opanowałeś określone treści, − ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować umiejętności praktyczne, − sprawdzian postępów, − sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań; zaliczenie testu potwierdzi opanowanie materiału całej jednostki modułowej, − literaturę uzupełniającą.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

311[10].Z Mapa sytuacyjno-wysokościowa

Schemat układu jednostek modułowych

311[10].Z1. Aktualizacja mapy na podstawie po- miarów terenowych

311[10].Z1. Opracowywanie przekrojów podłuŜ- nych i poprzecznych

311[10].Z1. Wykonanie mapy warstwicowej

311[10].Z1. Stosowanie rachunku współrzędnych w obliczeniach geodezyjnych

311[10].Z1. Wykorzystywanie teorii błędów do opracowywania pomiarów geodezyj- nych

311[10].Z1. Projektowanie, pomiar i wyrównanie szczegółowej osnowy geodezyjnej

311[10].Z1. Opracowywanie mapy sytuacyjnej

311[10].Z1. Stosowanie instrumentów geodezy- jnych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

• sklasyfikować instrumenty geodezyjne,
• rozróŜnić przyrządy do pomiarów liniowych,
• posłuŜyć się przyrządami do pomiaru długości linii geodezyjnej,
• określić zastosowanie praw optyki w instrumentach geodezyjnych,
• wyjaśnić budowę, zasady działania oraz zastosowanie węgielnicy, soczewki, lupy, mikroskopu, lunety,
• posłuŜyć się węgielnicą,
• zastosować zasady obsługi dalmierzy optycznych,
• rozróŜniać rodzaje teodolitów,
• scharakteryzować budowę i zasadę działania teodolitów,
• określić zasady obsługi teodolitu optycznego i elektronicznego,
• sprawdzić warunki geometryczne teodolitów,
• wykonać pomiar kierunku i kąta poziomego przy róŜnych systemach odczytowych,
• dokonać podziału teodolitów ze względu na klasę dokładności,
• wykonać pomiar kąta pionowego,
• wyjaśnić pojęcie azymut magnetyczny,
• wyjaśnić zasady obsługi instrumentów busolowych,
• rozróŜnić rodzaje niwelatorów,
• wyjaśnić budowę i zasadę działania niwelatorów,
• sprawdzić warunki geometryczne niwelatorów,
• zastosować zasady obsługi niwelatorów,
• określić sposoby sprawdza łat niwelacyjnych,
• dokonać odczytu z łat niwelacyjnych,
• określić zasady obsługi tachimetrów,
• określić zastosowanie rejestratorów polowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Zastosowanie elementów optycznych instrumentach geodezyjnych

4.1.1. Materiał nauczania

Prawa odbicia i załamania światła Prawo odbicia światła: − promień padający, promień odbity i normalna w punkcie padania (tj. linia ⊥ do powierzchni odbijającej) leŜą w jednej płaszczyźnie, − kąt padania α (^) p jest równy kątowi odbicia α (^) o:

α (^) p = α (^) o,

Rys.1. Odbicie promienia świetlnego od zwierciadła płaskiego

Prawo załamania światła: − promień padający, promień załamany i normalna w punkcie padania (tj. linia ⊥ do powierzchni odbijającej) leŜą w jednej płaszczyźnie, − promień padający w ośrodku o mniejszej gęstości optycznej po przejściu do ośrodka o większej gęstości optycznej załamuje się ku normalnej (α ∃β ), − promień padający w ośrodku o większej gęstości optycznej po przejściu do ośrodka o mniejszej gęstości optycznej załamuje się od normalnej ( α ′β ).

Rys.2. Załamanie promienia świetlnego przy przejściu z powietrza do szkła

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

drugim, umoŜliwiają zbudowanie kąta półpełnego, tj. wyznaczenie punktu pośredniego na prostej. W tym celu obserwator przemieszczając się powoli w kierunku prostopadłym do linii pomiarowej, doprowadza obrazy tyczek A i B do koincydencji (zgrania), zaś ostrze pionu zawieszonego na rączce węgielnicy, wskazuje na powierzchni terenu połoŜenie punktu pośredniego na prostej. Jeśli dodatkowo, z obrazami tyczek A i B, widocznymi w pryzmatach, zostanie zgrana oś tyczki P widzianej bezpośrednio, to nastąpi takŜe wytyczenie linii prostopadłej do odcinka AB, przechodzącej przez punkt terenowy, nad którym znajduje się tyczka P. Tym samym punkt P zostaje zrzutowany na odcinek AB (rys. nr 4).

Rys. 5. Efekt zgrania obrazów tyczek A i B wytworzonych przez węgielnicę oraz tyczki P obserwowanej bezpośrednio

Soczewki. Graficzna konstrukcja obrazów. Wady soczewek Soczewka – bryła szklana, ograniczona dwiema powierzchniami, z których przynajmniej jedna jest zakrzywiona. Pod względem kształtu powierzchni ograniczających soczewki dzielą się na: skupiające, rozpraszające i zerowe. Soczewki skupiające mogą być: − obustronnie-wypukłe, − płasko-wypukłe, − wklęsło-wypukłe. Soczewki rozpraszające mogą być: − obustronnie-wklęsła, − płasko-wklęsła, − wypukło-wklęsłe. Soczewki zerowe charakteryzują się tym, Ŝe obie powierzchnie ograniczajace soczewkę maja taką samą krzywiznę.

Rys. 6. Oznaczenie soczewek na rysunkach

Soczewkę charakteryzują następujące elementy geometryczne: oś optyczna, środek optyczny, ognisko, ogniskowa.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ogniskiem soczewki skupiającej nazywamy punkt F, w którym przecinają się (po załamaniu w soczewce) promienie równoległe do głównej osi optycznej (rys. nr 7).

Rys. 7. Elementy geometryczne soczewki skupiającej

Ogniskiem pozornym soczewki rozpraszającej nazywamy punkt, w którym przecinają się przedłuŜenia promieni załamanych (rys. nr 8) po przejściu przez soczewkę.

Rys. 8. Ognisko pozorne soczewki rozpraszającej

Odległość ogniska F od środka optycznego S soczewki nazywamy ogniskową (f). Wielkość ogniskowej f dla soczewek cienkich określona jest równaniem:

gdzie:

− n – bezwzględny współczynnik załamania szkła z jakiego wykonana jest soczewka − n’ – bezwzględny współczynnik załamania ośrodka otaczającego soczewkę (dla powietrza n’≈1) − r 1 , r 2 – promienie krzywizn soczewki.

Obrazy tworzone przez soczewki skupiające moŜna skonstruować graficznie za pomocą następujących promieni: − promienia równoległego do głównej osi optycznej, który po załamaniu się w soczewce przechodzi przez ognisko, − promienia przechodzącego przez środek soczewki, który po przejściu przez soczewkę nie zmienia swojego kierunku.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 11. ZaleŜności między połoŜeniem przedmiotu i obrazu, a cechami obrazów

Wady soczewek Aberacja sferyczna to wada obrazów wytwarzanych przez soczewki, polegająca na rozmyciu obrazu na jego brzegach (obraz nieostry). Wada ta spowodowana jest róŜną zdolnością skupiającą soczewki na jej krawędziach i w środku Usuwanie wady polega na zastosowaniu przesłon lub soczewkek o przeciwnej aberacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Aberacja chromatyczna to wada polegająca na jego zabarwieniu na brzegach. Spowodowana jest rozszczepieniem światła przez soczewkę. Usuwanie wady polega na stosowaniu przesłon lub układów soczewek o przeciwnej aberacji. Dystorsja to wada układów optycznych, polegająca na niejednakowym powiększeniu róŜnych części obrazu.

Lupa, mikroskop, luneta- budowa i działanie Lupa jest to soczewka dwustronnie wypukła o małej ogniskowej. UmoŜliwia ona oglądanie małych przedmiotów, w powiększeniu. Ustawiając przedmiot przed soczewką w odległości mniejszej od ogniskowej, obserwujemy obraz pozorny, powiększony i prosty. Obserwowany przedmiot ustawiamy w takim miejscu na osi optycznej, aby obraz powstał w odległości dobrego widzenia (d). Powiększenie lupy określa wzór:

gdzie: − d – odległość dobrego widzenia, − f – ogniskowa soczewki (lupy).

Rys. 12. Tworzenie obrazu przez lupę

W geodezji lupa wykorzystywana jest jako okular w mikroskopach i lunetach, a takŜe do powiększani obrazów podziałek kątowych i liniowych.

Mikroskop – budowa i działanie Mikroskop słuŜy do obserwacji bardzo małych przedmiotów w duŜym powiększeniu. Składa się on z dwóch układów soczewkowych skupiających: obiektywu i okularu, które umieszczone są w jednej rurze. Obserwowany przedmiot ustawiany jest przed obiektywem w odległości f 1 <x<f 2. Obraz utworzony przez obiektyw jest rzeczywisty, odwrócony i powiększony. Natomiast okular, pełni rolę lupy i tworzy ostateczny obraz obserwowanego przedmiotu. Obraz jest urojony, odwrócony i mocno powiększony. Parametrem charakteryzującym mikroskop jest jego powiększenie, wyraŜające się wzorem:

gdzie: − Gob – powiększenie obiektywu, − Gok – powiększenie okularu, − f 1 , f 2 – ogniskowe obiektywu i okularu, − ∆ – długość mikroskopu, tj. odległość od obiektywu do okularu, − d – odległość dobrego widzenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 14 Luneta geodezyjna z teleobiektywem Lunetę charakteryzuja: − powiększenie, które wyraŜa wzór:

gdzie, − fob – ogniskowa obiektywu, − fok – ogniskowa okularu. − pole widzenia lunety, które wyraŜa wzór:

gdzie: − G- powiększenie lunety, − jasność którą wyraŜa wzór:

gdzie: − R – promień czynnego otworu obiektywu, − r – promień źrenicy oka, − G- powiększenie lunety.

Rys. 15. Tworzenie obrazu przez lunetę

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W lunetach geodezyjnych siatka kresek składa się z krzyŜa kresek i najczęściej dwóch bocznych poziomych kresek zwanych dalmierczymi. MoŜna równieŜ spotka w lunetach dodatkowe poziome lub pionowe kreski dalmierczych zadanie jest zwiększenie dokładności celowania (rys. )

Rys. 16. Widok na kreski dalmiercze w lunecie

Przy pomocy poziomej osi celowej, pionowo ustawionej łaty i kresek dalmierczych moŜemy odliczyć odległość stosując wzór: d= kl+c, gdzie: − k – stała mnoŜenia dalmierza kreskowego, − c – stała dodawania dalmierza kreskowego (najczęściej c = 0), − l – długość odcinka łaty widziany w lunecie między górną i dolną kreską dalmierczą (l = g-d).

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Na czym polega zjawisko odbicia światła na granicy dwóch ośrodków?
2. Na czym polega zjawisko załamania światła na granicy dwóch ośrodków?
3. Jaką zaleŜnością moŜna opisać prawo odbicia światła?
4. Jaką zaleŜnością moŜna opisać prawo załamania światła?
5. Jaka jest podstawowa własność węgielnicy?
6. Do czego wykorzystuje się w geodezji węgielnicę pięciokątną?
7. Jakie znasz rodzaje soczewek?
8. Jakie są zasady konstruowania obrazów wytwarzanych przez soczewki?
9. Jaka jest zaleŜność między połoŜeniem przedmiotu i obrazu, na osi optycznej soczewki a cechami obrazu?
10. Jakie znasz wady soczewek?
11. Jaki parametr charakteryzuje lupę?
12. Jaki parametr charakteryzuje mikroskop?
13. Jakie parametry charakteryzują lunetę?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1 Wykonaj rysunek przedstawiający tworzenie obrazu przez soczewkę, jeŜeli odległość przedmiotu (odcinka AB prostopadłego do osi optycznej) od soczewki jest mniejsza od podwójnej ogniskowej i większa od ogniskowej (f<x<2f).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1. przygotować arkusz papieru oraz przybory kreślarskie,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz: Tak Nie

1. zdefiniować prawo odbicia światła? (^)
   
   
2. zdefiniować prawo załamania światła? (^)
   
   
3. określić zaleŜność opisującą prawo odbicia światła? (^)
   
   
4. określić podstawową własność węgielnicy? (^)
   
   
5. rozróŜnić pojęcia soczewka skupiająca, soczewka rozpraszająca?
   
   
6. zastosować węgielnicę pięciokątną do wyznaczenia kąta prostego? (^)
   
   
7. określić wady soczewek? (^)
   
   
8. określić cechy obrazu w zaleŜności od odległości przedmiotu od soczewki i od rodzaju soczewki?
   
   
9. określić jaki parametr charakteryzuje lupę? (^)
   
   
10. określić jaki parametr charakteryzuje mikroskop?
    
    
11. określić jaki parametr charakteryzuje lunetę? (^)
    
    

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Przyrządy i instrumenty do pomiaru odległości. Instrumenty

do pomiaru kątów. Magnetyzm ziemski

4.2.1. Materiał nauczania

Podział instrumentów geodezyjnych Najprostszym kryterium podziałowym instrumentów geodezyjnych jest rodzaj mierzonej wielkości. W związku z tym moŜna zaproponować następujący podział: − urządzenia i instrumenty do pomiaru odległości: taśmy geodezyjne, ruletki, dalmierze; − instrumenty do pomiaru róŜnic wysokości- niwelatory; − instrumenty do pomiaru kątów- teodolity; − instrumenty do pomiaru kątów i odległości – tachimetry.

Przyrządy i instrumenty do pomiarów liniowych W geodezji przez długość linii rozumiemy długość jej rzutu prostokątnego na powierzchnię odniesienia (płaszczyznę poziomą). W przypadku pomiaru w terenie jednostajnie nachylonym lub odcinków długich, najczęściej mierzy się odległość skośną a następnie oblicza odległość geodezyjną ze wzoru: d = d’cosα, gdzie: − d- długość pozioma (zredukowana), − d’- długość skośna (rzeczywista), − α- kąt nachylenia terenu (kąt pionowy).

Rys. 17. Odległość rzeczywista d’ i zredukowana d

Pomiar długości linii geodezyjnej Pojęcie długość linii w geodezji oznacza długość rzutu tej linii na płaszczyznę poziomą. W geodezyjnych pomiarach liniowych wyróŜniamy dwie metody pomiaru długości: bezpośrednią i pośrednią. Pomiar bezpośredni polega na porównaniu długości mierzonego odcinka z długością przymiaru geodezyjnego, którym wykonuje się pomiar. Pomiar pośredni polega na pomierzeniu innych wielkości fizycznych (np. długości odcinków, kątów), które z określoną pośrednio odległością pozostają w znanej zaleŜności matematycznej. Wykorzystując tę zaleŜność następuje obliczenie szukanej odległości. Dawniej pomiary bezpośrednie wykonywane były taśmą stalową ze szpilkami. Pomiar taśmą polegał na układaniu taśmy wzdłuŜ mierzonego odcinka i obliczeniu zmierzonej długości odcinka ze wzoru: