Что такое теодолит и как им пользоваться: строение, назначение и основные виды устройства

В строительных и геодезических работах при изучении рельефа и возведении конструкций используются разные измерительные приборы для нахождения расстояний, высот и величин углов. Одним из таких устройств является теодолит.

Назначение и сфера применения

Что же такое теодолит и каково его назначение? Теодолитом называется геодезический прибор, при помощи которого измеряются горизонтальные и вертикальные углы.

Совместно с нивелиром и измерительными приспособлениями теодолит используется, главным образом, в строительной сфере.

Он предназначен для нахождения размера углов, нанесения и проверки осей, разбивки прямоугольной площади, определения высоты строения. Зачастую его применяют вместе с дальномером (для измерения расстояния) и буссолью (для определения магнитных азимутов).

Для чего нужен теодолит? Теодолит нужен при возведении сложных технологичных зданий и конструкций. Например, при строительстве военной базы, аэродрома, радиостанции.

Некоторые виды теодолитов нашли применение в маркшейдерском деле. Величину горизонтальных и вертикальных углов в шахтах определяют специальным устройством, которое крепится к стене или потолочному основанию.

Для чего предназначен теодолит еще? Еще одно назначение теодолита — топография. При помощи прибора осуществляется топографическая съемка, на основе которой определяется структурный рельеф местности.

Что такое теодолитная съемка

Теодолитной съемкой называется съемка местности, которую выполняют теодолитом и дальномером.

В результате съемки геодезист получает ситуационный план местности, который отличается отсутствием рельефного рисунка.

Съемка теодолитом в большинстве случаев имеет вид хода. На местности выстраивается система из линий, вершины которых для удобства обозначаются при помощи кольев, столбов или труб. Съемку проводят поэтапно, следуя от одной вершины к другой. В процессе исследования местности составляется план, по которому впоследствии будут решаться инженерно-геодезические задачи.

Теодолитная съемка — важная составляющая многих строительных работ. Она нужна не только при возведении зданий, но и для укладки дорожного полотна и газопроводов, строительства плотин, обустройства ирригационных систем и иных сооружений.

Принцип работы и устройство

Теодолит относится к классу точных измерительных устройств, требующих определенных знаний и умений в процессе геодезических замеров. По своему внешнему виду и принципу работы теодолит похож на нивелир. Его устанавливают на штатив-треногу, проводя центрирование и горизонтирование. Устройство теодолита также во многом схоже с оптическим нивелиром.

Основными частями теодолита являются лимб, вертикальный круг, алидада, подзорная труба и микроскоп. Строение теодолита может включать ЖК-дисплей (у электронных моделей) и компас (гиротеодолит).

Классическая схема теодолита состоит из двух колонок, триггера и зрительной трубы с микроскопом.

Для нахождения значения теодолит устанавливают над измеряемой углом. Для получения точных показаний проводят центрирование и горизонтирование устройства относительно вбитого в землю колышка, обозначающего угловую вершину.

Далее поочередно проводятся замеры по вешкам, заранее установленным с правой и левой стороны от треноги. Измерения начинаются с левого круга, при расположении микроскопа по левую руку геодезиста. После измерения двух вешек лимб переводят через зенит и осуществляют второй этап измерений на правом круге. Величина замеров заносится в полевой журнал.

Уровни

Как правило, алидада оснащена цилиндрическим уровнем, необходимым для осуществления горизонтирования устройства.

Винтами у основания производится настройка теодолита относительно горизонтальной линии. При правильном позиционировании пузырек должен оказаться в центральной части стеклянной колбы. При повороте на 90° показания уровня остаются неизменными. При значительном отклонении на несколько делений требуется дополнительная настройка устройства.

Для горизонтирования теодолита можно воспользоваться цилиндрическими и круглыми уровнями, являющимися самостоятельными приспособлениями.

Отсчетные приспособления

Отсчетным устройством теодолита является микроскоп с минутной, а иногда и секундной шкалой деления. Он повышает точность прибора, расширяя его возможности и функциональность.

При замере расстояния используются рейка или дальномер. Дальномеры лазерного и светового типа крепятся к теодолиту.

Виды

Теодолиты различаются по устройству, предназначению и функциональности. Наиболее распространенным видом является оптический прибор. Он точен и универсален. Главным недостатком электронных моделей остается их высокая стоимость. Разберем виды теодолита.

Электронный

Электронные устройства оборудованы дисплеем и системой датчиков. После установки прибора между вешками, теодолит самостоятельно определяет наклон искомого угла, выводя значения на экран.

Электронные теодолиты удобны и функциональны. Они сводят к минимуму работу оператора по наводке и настройке зрительной трубы и лимба. Питаются устройства от сети или аккумулятора.

Оптический (фототеодолит)

Оптический теодолит является первым угломером своего вида. Для работы с ним требуются определенные знания и навыки. Оператору необходимо провести настройку прибора, после чего с помощью зрительной трубы находятся параметры угла, расположенного между несколькими точками.

Оптические приспособления используют во многих сферах.

Существуют разные модели, отличающиеся точностью и функциональностью. Оптический теодолит полностью автономен. Единственно, замеры выполняются только в дневное время, так как освещение шкалы микроскопа происходит благодаря боковому зеркальцу, направляющему свет на цену деления.

Гиротеодолит

Гиротеодолит — узкоспециализированное устройство для строительства шахт и планировки туннелей. Помимо теодолитной съемки прибором определяется азимут направления. Его использует в топографическом деле при исследовании рельефа местности.

Стандартный ряд в соответствии с ГОСТ

От точности теодолита зависит качество строительных и инженерных работ. Поэтому этапы производства и контроль за состоянием устройств осуществляется согласно требованиям ГОСТа. Погрешность и характеристики теодолитов соответствуют стандарту 10529-9.

Существуют следующие типы теодолитов: точные и технические.

Заглавные буквы в названии приборов обозначают:

• Т — принадлежность устройства к классу угломерного оборудования (теодолитов);
• М — устройство для работ в тоннелях и шахтах;
• Э — наличие электронных узлов, упрощающих настройку и замер.

Число перед буквой Т говорит о номере модификации. Вторая цифра в маркировке указывает на погрешность.

Точность и поверка

Измерения угла теодолитом осуществляется в градусах и минутах. В 1 градусе находится 60 минут, а в одной минуте — 60 секунд.

Высокоточные модели помимо градусов и минут отображают значение секунд.

Проверку теодолита при частом использовании проводят раз в год. Прибор отдают в мастерскую, где при необходимости производится юстирование.

Геометрические параметры и условия теодолитов

Для правильной работы теодолита необходимо, чтобы его узлы находились в строгом соотношении друг с другом. Неверное расположение одной части может привести к серьезному искажению замеров.

Основные правила и геометрические условия расположения узлов:

• Алидада и лимб всегда перпендикулярны;
• Визирная ось теодолита находится под прямым углом;
• Уровень закреплен горизонтально.

Работа с теодолитом

Работа с теодолитом включает этапы установки и подготовки прибора в рабочее положение. После чего геодезист переходит к разметке территории и, при необходимости, установке вешек. Устройством можно измерить углы, а также при помощи физических формул и дальномера найти расстояние между точками.

Как пользоваться теодолитом? В зависимости от задачи, которая стоит перед оператором, проводится ряд замеров. Их результаты заносят в тетрадь или на план местности. Новичку зачастую сложно разобраться с принципом работы оптического теодолита. Для этого необходимо прослушать ликбез по общим понятиям использования точных дальномеров.

Подготовка и приведение теодолита в рабочее положение

Для начала теодолит приводят в рабочее положение. Достав из чехла, прибор устанавливают на треноге, иногда на специальной подставке.

Теодолит становым винтом фиксируется на штатив. К прибору подвешивается отвес, после чего конструкцию устанавливают над точкой, являющейся вершиной исследуемого угла. Обычно ее обозначают при помощи колышка или небольшого столбика.

Следующие этапы работы с теодолитом включают такие элементы, как центрирование, горизонтирование и фокусировку. Они нужны для точности будущих замеров.

Центрирование

Грубое центрирование производят при помощи ножек штатива. Треногу устанавливают над точкой таким образом, чтобы отклонения отвеса не превышали одного-двух сантиметров. Ножки придавливают в грунт для надежной фиксации.

Для точного центрирования ослабляют становой винт и перемещают прибор вдоль головки штатива. Допустимая погрешность — 5 мм. После окончания настройки становой винт закручивают.

Горизонтирование

Горизонтирование или нивелирование осуществляется подъемными винтами. Пузырьковый уровень устанавливают между двумя винтами.

Одновременным вращением винтов в противоположные стороны пузырек приводят в центральное положение внутри колбы.

Алидаду поворачивают на 90 градусов. Вторым винтом производится настройка прибора таким образом, чтобы пузырек также занял центральное положение.

Фокусировка

Фокусировка осуществляется диоптрийным кольцом и фокусировочным винтом.

С учетом индивидуальных зрительных особенностей производится настройка диоптрийного кольца окуляра. При взгляде в зрительную трубу оператор должен видеть сетку нитей с четкими горизонтальными и вертикальными линиями.

Фокусировку на объекте проводят специальным винтом алидады.

Зрительную трубу наводят на низ вешки оптическим визиром. Показания снимают по данным в микроскопе, которые подсвечиваются зеркальцем.

Как проверить теодолит

Теодолит — точный прибор, который может выйти из строя из-за падения или сотрясения. Также на появление погрешности оказывает влияние неправильная установка во время использования.

Обычно проверку теодолита проводят на этапах центрирования и горизонтирования.

Острие отвеса должно точно указывать на центр точки, обозначающей вершину угла.

При повороте алидады на 90 градусов пузырек в уровне должен оставаться в первоначальном положение. Допускается незначительное отклонение пузырька на одно-два деления.

Проверку зрительной трубы, микроскопа и других узлов проводят в специальных мастерских. Теодолиту требуется периодическая юстировка с учетом общих норм и требований по стандартам ГОСТ.

Юстировке подвержены основные оси теодолита, включающие оси визирования, цилиндрический уровень, алидаду и зрительную трубу.

Взятие отсчетов теодолитом

После настройки теодолита и фокусировки сетки нитей на объекте, снимаются отсчеты. В электронном устройстве они высвечиваются на дисплее. С оптического устройства оператор считывает величину угла в градусах и минутах (а иногда в секундах) со шкального микроскопа.

Показания в микроскопе представляют собой две шкалы с ценой деления в 5 или 10 минут. Сверху расположена шкала вертикальной оси, снизу — горизонтальной. Над каждой шкалой высвечивается целое число, которое является градусной величиной.

Минуты находят “на глаз”. Их определяют по показанию в месте пересечения линии градусов со шкальным отрезком.

Определение высоты здания (строения)

Разберемся как работать с теодолитом при вычислении высоты объекта. Теодолит устанавливается от здания на расстоянии нескольких метров. При разных положениях вертикальной оси теодолита берутся несколько показаний углов, из которых вычисляется среднее значение. Также высчитывается расстояние от вершины угла до здания. После проведенных замеров высота здания рассчитывается по формуле.

Полярный способ съемки теодолитом

Во время полярной съемки применяемый инструмент ориентируют по стороне хода. Прибором снимают показание угла, а расстояние между точками дальномером.

Съемка теодолитом методом створов и перпендикуляров

Метод перпендикуляров основан на съемке показаний с точек, расположенных вблизи теодолитного хода. Из точки отсчета на отрезок опускается перпендикуляр, длина которого измеряется рулеткой. Далее при помощи формул рассчитывается искомая величина.

Для створного метода понадобится рулетка. Ей определяют плановое положение точек в створе линий или отрезков хода. Точки наносятся на чертеж или план местности.

Определение расстояния теодолитом с помощью дальномерной рейки

Для измерения расстояния между двумя объектами, лежащими в одной плоскости, теодолит и рейку размещают параллельно на удалении нескольких метров. Возможности прибора зависят от разрешения зрительной трубы. Одну из сетей нити (верхнюю или нижнюю) совмещают с началом метрового деления. После чего отсчитывается число делений рейки, оказавшихся между нитями угломера.

Измерение углов теодолитом

Этапы измерения углов теодолитом:

1. Установка прибора в вершине угла;
2. Наведение на правую точку. Полученный отсчет записывается в тетрадь;
3. Наведение на левую точку. Полученный отсчет также фиксируется;
4. Из значения правого угла вычитается левый. Получившаяся разность и есть величина искомого угла.

Если значение правого угла получилось меньше значения левого, то к нему прибавляется 360 градусов. Такое может произойти, если ноль на шкале лимба оказался направленным в противоположную сторону от вешки. Однако на результат измерений данное обстоятельство не влияет.

Для получения более точных показаний измерения проводятся дважды, после чего между первым и вторым замером находят среднюю величину.

Обучение по работе с теодолитами начинающим специалистам можно пройти в специализировнных центрах в рамках проводимых ими геодезических курсов.

Выбор теодолита и основные производители

Основные критерии выбора:

• Класс погрешности;
• Вес;
• Защищенность корпуса и основных частей теодолита от влаги и пыли;
• Прочность.

Точность прибора наиболее важна при проектировании зданий, радиовышек, аэродромов и других высокотехнологичных сооружений. При исследовании рельефа и в качестве ученических устройств подойдут технические модели.

На вес теодолита стоит обратить внимание тем, кто планирует длительные пешие переходы с прибором. При работе на строительной площадке или частом использовании в осенне-зимний период дополнительная защита корпуса предотвратить попадания частичек грязи и влаги на элементы прибора.

Прочность теодолита станет дополнительной защитой от механических повреждений и сотрясений.

На рынке представлен широкий выбор разнообразных моделей: технических, точных и высокоточных. Производством теодолитов занимаются отечественные и зарубежные бренды. Среди них американский Trimble, немецкие Vega и Leica, российские УОМЗ и RGK, японский SOKKIA.

Благодаря надежности и точности измерений особую популярность приобрела отечественная модель 3Т2КП. Данный оптический теодолит способен работать при высоких и низких температурах. В вертикальном круге конструкции встроен компенсатор, позволяющий проводит измерения в течение нескольких минут. Настройка и фокусировка устройства не отличаются сложностью. Корпус позволяют дополнительно установить световой дальномер.

Высокой точностью обладает и электронный прибор CST/Berger DGT10 от российского производителя. Он оснащен автоматическим узлом фокусировки, двухсторонним дисплеем, триггером. Имеет противоударный корпус и дополнительный уровень защиты от влаги и пыли. Работает Berger DGT10 от аккумуляторной батареи, что повышает его мобильность в сравнение с сетевыми агрегатами.

Вопросы и ответы

Что такое повторительные и неповторительные теодолиты?

В повторительных теодолитах лимб и алидада свободно вращаются внутри конструкции. В неповторительных вращающейся частью является алидада, лимб же неподвижно фиксируется винтовым зажимом.

Что такое погрешность замкнутого теодолитного хода?

Замкнутый теодолитный ход представляет собой многоугольник. Во время измерений геодезист возвращается в исходную точку, с которой начинал замер. Принятая погрешность хода не должна превышать 1:1000 (в некоторых случаях 1:2000). Это значит, что при “обратном” замере расстояние между точками A и B, которое было равно 150 см, может быть больше или меньше на 15 см (150 м/1000).

Для чего нужен и из чего состоит горизонтальный круг теодолита

Горизонтальный круг — это совокупность алидады (подвижной части теодолита) и лимба (неподвижного компонента). Он нужен для нахождения значения углов между разными объектами, расположенными на некотором расстоянии от устройства.

Что такое лимб, алидада и кремальера?

Лимб является основной шкалой прибора, находящейся в горизонтальном круге. Он представляет собой окружность с ценой делений 360° (реже в 400 гон). Во время измерений лимб неподвижен.

Алидада, напротив, играет роль подвижного элемента. По отклонению ее шкалы относительно шкалы лимба вычисляют величину угла. Цена деления алидады — 60 минут. В движение ее приводит отклонение зрительной трубы.

Кремальера выполняет функцию фокусировочного узла зрительной трубы.