НОВАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА и ее применение в строительстве Издание второе, переработанное и дополненное ПОД ОБЩЕЙ РЕДА...
170 downloads
464 Views
7MB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
НОВАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА и ее применение в строительстве Издание второе, переработанное и дополненное ПОД ОБЩЕЙ РЕДАКЦИЕЙ В. Е. Д Е М Е Н Т Ь Е В А Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов строительных специальностей вузов
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1982
ББК 38.115 Н72 УДК 528.5
Рецензенты: Кафедра инженерной геодезии Новосибирского инженерно-строительного ин-та (зав. кафедрой проф. Д. А. Кулешов); А. М. Жилкин — канд. техн. наук, доцент МИИГАИК
Новая геодезическая техника и ее применение в строН72 ительстве. Учеб. пособие для стр. спец. вузов/В. А. Величко, С. Ф. Мовчан, В. Е. Дементьев и др. Под ред. Дементьева В. Е. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. школа, 1982. —280 е., ил. В пер.: 1 р. В пособии описываются новые методы геодезических работ и соответствующие им приборы, приведены примеры выполнения инженерно-геодезических работ из отечественной и зарубежной практики. Второе издание (первое выпущено в 1973 г.) дополнено сведениями об оптических теодолитах, приборах для линейных измерений, гидронивелирах и новых лазерных геодезических приборах.
н
1902010000—639
001(01)—82
К Б. № 54—10—81
ББК 38.115 912
© Издательство «Высшая школа», 1973 ©Издательство «Высшая школа», 1982
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее учебное пособие является вторым изданием, которое написано в соответствии со специальной частью программы курса инженерной геодезии для студентов строительных вузов и факультетов. Изучение этой части курса проводится факультативно в 10-м или 11-м семестрах в течение 16—30 ч. Специальные вопросы инженерной геодезии читаются также на курсах повышения квалификации инженеров-строителей и инженеров-геодезистов, работающих в строительстве. На XXVI съезде КПСС отмечалось, что условия, в которых народное хозяйство будет развиваться в 90-е годы, делают еще более настоятельным ускорение научно-технического прогресса. Особенность современного строительства — его массовость и «скоростной» характер, обусловленный применением мощной строительной и землеройной техники, типовых и унифицированных деталей, изготавливаемых индустриальным способом. Скоростной характер строительства требует и скоростных методов его геодезического обеспечения. Другая особенность — повышение точности геодезических разбивочных работ, геодезического контроля в процессе возведения сооружения и монтажа технологического оборудования в цехах промышленных предприятий. Это относится к строительству высотных сооружений, антенн радиотелескопов, направляющих путей значительного протяжения, автоматических поточных линий, конвейеров и т. п. Появилось и технологическое оборудование («физические машины» — ускорители заряженных частиц), требующее прецизионной точности установки и дистанционного геодезического контроля в процессе его работы из-за наличия радиационного фона. Без геодезических работ нельзя проводить изыскания, проектирование, строительство и монтаж оборудования, эксплуатировать инженерные сооружения. На основе геодезических измерений обеспечивается соблюдение геометрических форм и элементов проекта сооружений. В настоящее время геодезическая служба в строительстве со своими традиционными инструментами и методами не всегда соответствует уровню механизации строительства, как на этапе изысканий, так и на этапах геодезического контроля. Повышения эффективности и качества геодезических работ можно достигнуть совершенствованием традиционной технологии и созданием новых, более прогрессивных методов и средств геодезических измерений. Новые геодезические приборы достаточно сложны и для их разработки и правильной эксплуатации необходимы глу-
бокие знания оптики, физики, радиотехники. Созданы прборы, позволяющие автоматизировать не только процессы измерений, но и обработку результатов на микро-ЭВМ, встроенных в эти приборы. Учитывая развитие геодезического приборостроения, второе издание пособия (первое вышло в 1973 г.) существенно переработано и дополнено. В гл. I приведены сведения из оптики и светотехники, необходимые для понимания принципа действия и устройства различных приборов. В гл. II рассмотрены приборы для измерения расстояний. Она дополнена сведениями о механических мерных приборах, оптических дальномерах и лазерных интерферометрах, гл. III — о приборах для угловых измерений написана заново. В гл. IV содержатся сведения о гироскопическом ориентировании, в гл. V — сведения о приборах для нивелирования. В гл. VI рассматриваются типовые инженерно-геодезические задачи с применением новой геодезической техники. В соответствии с опытом преподавания специальных разделов инженерной геодезии в Московском инженерно-строительном институте им. В. В. Куйбышева наиболее целесообразным, по мнению авторов, является чтение обзорных лекций по вопросам новой геодезической техники с показом результатов ее применения в строительстве. Приводимые примеры должны быть типичными для профиля инженеров, готовящихся на данном факультете. Настоящее учебное пособие написано с учетом прочитанных лекций. Д л я лиц, интересующихся более детальными сведениями, даются ссылки на отечественную, доступную студентам литературу. Учебное пособие написано коллективом авторов: проф. докт. техн. наук В. А. Величко (§ И.З—II.5, гл. IV, § V.2, V.3, V.9, VI.1); доц. канд. техн. наук Н. В. Ангеловой (§ 1.1—1.6), канд. техн. наук В. Е. Дементьевым (§ II.2, II.6, гл. I l l , § V.10, VI.2, VI.5, VI.6, а § VI.3 совместно с инж. А. С. Федоровым), ст. препод. С. Ф. Моечаном (§ II.1, V.l, V.4—V.8), инж. А. С. Федоровым (§ 1.7, VI.4, а § VI.3 совместно с В. Е. Дементьевым). Авторы выражают глубокую признательность рецензентам — коллективу кафедры инженерной геодезии Новосибирского инженерно-строительного института (зав. кафедрой проф. Д.А.Кулешову) и канд. техн. наук А. М. Жилкину, рекомендации и советы которых были учтены при работе над настоящей книгой. Авторы будут благодарны читателям за все замечания и пожелания, которые просим направлять по адресу: Москва, К-51, Недлинная ул., 29/14, издательство «Высшая школа». Авторы
Глава I НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ОПТИКИ И СВЕТОТЕХНИКИ
§ 1.1. ПРИРОДА И СКОРОСТЬ СВЕТА
Свет представляет собой электромагнитное излучение оптического диапазона. Скорость света в соответствии с теорией Максвелла (1831—1879) зависит от свойств среды, в которой он распространяется. Излучение света сопровождается переносом энергии. По современной классификации оптический диапазон занимает полосу частот 3-10 15 —3-10 12 Гц. что соответствует длине волн 0,1— 100 мкм. Видимый диапазон ограничен полосой частот 1,3-1015— 2,6-10 15 Гц, что соответствует приблизительно длине волн 0,40— 0,76 мкм. Современное представление о свойствах и природе света исходит из предположения о единстве его волновых и квантовых свойств. Основоположник волновой теории света — X. Гюйгенс (1629— 1695). Согласно его теории свет рассматривается как волновое движение, распространяющееся в особой упругой среде — эфире. Каждая точка эфира, до которой доходит световая волна, становится самостоятельным центром возбуждения вторичных элементарных световых волн. Основоположник корпускулярной природы света И. Ньютон (1643—1727). По его теории свет представляет собой поток мельчайших частиц — корпускул, испускаемых источником света прямолинейно во все стороны. Квантовая природа света была сформулирована М. Планком (1858—1947), развита далее А. Эйнштейном (1879—1955) и другими учеными. Согласно этой теории, основанной на прерывистости всех процессов, излучение и поглощение световой энергии может происходить только определенными порциями — квантами, кратными некоторому значению Av, постоянному для данной частоты излучения. По М. Планку энергия, содержащаяся в одном кванте, где А = 6 , 6 2 6 - Ю - 3 4 Д ж - с (постоянная П л а н к а ) ; v — частота колебаний света, Гц [2]. В 1905 г. А. Эйнштейн, развивая теорию Планка, изложил фотонную теорию, согласно которой световое излучение рассматрива-
ется как поток фотонов, являющихся частицами материи, обладающими энергией, импульсом (произведением силы на время действия) и массой движения. Соединение корпускулярных и волновых свойств света позволило Эйнштейну объяснить такие несовместимые для того времени явления, как интерференция света, фотоэффект и другие сложные явления физической оптики. Этот взгляд на природу света оправдывает применение на практике как квантовой, так и волновой (электромагнитной) теории света в зависимости от того, какие свойства преобладают в используемом световом явлении. Полное раскрытие двойственного характера природы света — задача современной науки. Значителен вклад русских ученых в формирование взглядов на природу и свойства света. В 1889 г. А. Г. Столетов (1839—1896) открыл фотоэлектрический эффект, сущность которого состоит в том, что некоторые вещества при облучении их светом излучают электроны. А. Г. Столетовым впервые в мире был создан фотоэлемент — прибор для преобразования световой энергии в электрическую. В наше время немыслимо развитие таких отраслей науки и техники, как автоматика, телемеханика, телевидение и другие без использования фотоэффекта. Большое значение имеет открытие П. Н. Лебедевым (1866— 1912) светового давления, что имело огромное значение для подтверждения электромагнитной теории света. Работы П. Н. Лебедева доказали наличие у электромагнитных волн не только энергии, но и импульса и массы, и послужили исходным пунктом для установления соотношения между массой и энергией. Существенное практическое значение имеют работы С. И. Вавилова (1891 —1951) в области люминесцентного свечения. Наши современники академики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров — создатели первого молекулярного квантового генератора на аммиаке (1954). Их работа явилась основой для осуществления принципов квантового усиления и генерации электромагнитных волн оптического диапазона, что привело к созданию лазера на рубине (1960), газового лазера (1961) и, наконец, полупроводникового лазера (1962). В технике использования электромагнитных волн для инженерно-геодезических целей, в частности для измерения расстояний по времени и скорости распространения света, большое значение имеет знание скорости в воздушной среде в момент измерений. Скорость света в свободном пространстве (вакууме) с = 2 9 979 458 м/с. В физике для характеристики скорости пользуются термином «фазовая скорость», имея в виду скорость, с которой передается фаза колебаний от одной точки пространства к другой. Фазовая скорость в вакууме не зависит от частоты колебаний; при распространении же колебаний в среде — зависит от частоты (длины волны). Это свойство электромагнитных волн, называемое дисперсией, особенно резко выражено у световых волн. Скорость света в воздухе уменьшается с уменьшением длины волны.
Так как при измерениях практически пользуются смешанным по спектральному составу световым потоком, то вычисляют так называемую групповую скорость света (м/с)