Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование и совершенствование методики нивелирования I и II классов с применением цифровых нивелиров

ВАК РФ 25.00.32, Геодезия

Автореферат диссертации по теме "Исследование и совершенствование методики нивелирования I и II классов с применением цифровых нивелиров"

На правах рукописи

Рябова Надежда Михайловна

ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ НИВЕЛИРОВАНИЯ I И II КЛАССОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЦИФРОВЫХ НИВЕЛИРОВ

25.00.32 - «Геодезия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О ОКТ 2013

005534747

Новосибирск— 2013

005534747

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирская государственная геодезическая академия» (ФГБОУ ВПО «СГГА»).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Уставич Георгий Афанасьевич.

Официальные оппоненты: Колмогоров Вячеслав Георгиевич, -

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «СГГА», профессор кафедры геоматики и инфраструктуры недвижимости;

Уваров Анатолий Иванович, кандидат технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина», заведующий кафедрой геодезии и дистанционного зондирования.

Ведущая организация - ОАО «Сибирский научно-исследовательский

и производственный центр геоинформации и прикладной геодезии» (ОАО «Сибгеоинформ»), г. Новосибирск.

Защита состоится 31 октября 2013 г. в 12-00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.251.02 при ФГБОУ ВПО «Сибирская государственная геодезическая академия» по адресу: 630108, Новосибирск, ул. Плахотного, д. 10, ауд. 402.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «СГГА».

Автореферат разослан 26 сентября 2013 г.

Ученый секретарь /у

диссертационного совета /^¿¿^ Середович В.А.

Изд. лиц. ЛР № 020461 от 04.03.1997.

Подписано в печать 03.09.2013. Формат 60x84 1/16.

Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 110 .

Редакционно-издательский отдел СГГА 630108, Новосибирск, Плахотного, 10.

Отпечатано в картопечатной лаборатории СГГА 630108, Новосибирск, Плахотного, 10.

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Необходимость совершенствования методики нивелирования I и II классов системой «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» обуславливается тем, что при выполнении этого вида геодезических работ на результаты измеренных превышений значительное влияние оказывают различные источники ошибок, к которым относятся влияние вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы, различная освещенность штрих-кодовых реек и отличие фактического масштаба системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» от его теоретического значения.

На практике наибольшее применение по характеру влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы получил следующий подход: влияние рефракции практически одинаково при взятии отсчета по рейкам и на измеряемое превышение на нивелирной станции оно носит случайный характер. Ослабляется остаточное влияние вертикальной рефракции нивелированием из середины и соответствующей программой измерения превышения на нивелирной станции.

В существующих нормативных документах указываются требования для выполнения нивелирования с учетом влияния рефракции приземного слоя атмосферы, к которым относятся время выполнения измерения, высота визирного луча над подстилающей поверхностью (пяткой рейки) и программа взятия отсчета по рейкам. Следует также отметить, что условия выполнения нивелирования I и II классов в полевых условиях, в городах и на промышленных площадках существенно различаются между собой.

Большой вклад в развитие и совершенствование способов и средств выполнения нивелирования I и II классов с применением оптических нивелиров, а также с применением цифровых нивелиров (ЦН) внесли отечественные и зарубежные ученые такие, как Иордан В., Колмогоров В. Г., Конопальцев И. М., Куккамяки Ф., Лаллеман Ш., Мещерский И. Н., Павлив П. В., Павлов Н. А., Патова 3. Ф., Певнев А. К., Пискунов М. Е., Синягина В. И., Спиридонов А. И., Травкин С. В., Федосеев Ю. Е., Энтин И. И., Ямбаев X. К. и др.

Появление в геодезическом производстве ЦН и штрих-кодовых реек привело к изменению технологической схемы производства нивелирования всех классов. В настоящее время ЦН находят все большее применение в геодезическом производстве, в том числе и при выполнении нивелирования I и II классов. При этом имеет место тенденция при выполнении нивелирования I и II классов замены оптических нивелиров на ЦН.

Вследствие этого, возникает необходимость в проведении ряда исследований по совершенствованию методики выполнения нивелирования I и II классов, выполняемого ЦН, включающей в себя исследование влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы при различных температурных режимах на измеряемые превышения, а также совершенствование программы наблюдения на нивелирной станции. Это обусловлено тем, что принцип взятия отсчета ЦН по штрих-кодовой рейке отличается от принципа отсчитывания по метрическим рейкам оптическими нивелирами.

Кроме влияния вертикальной рефракции, на результаты высокоточного нивелирования также значительное влияние оказывает фактор соответствия метрологических характеристик системы «цифровой нивелир — штрих-кодовая рейка» заявленным требованиям. Применительно к использованию данной системы этот фактор соответствия относится к общей системе «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка», так как определить метрологические характеристики раздельно для ЦН и для штрих-кодовой рейки данного комплекта даже в специализированных лабораториях с применением специальных эталонных устройств чрезвычайно сложно. При возникновении необходимости внеочередного определения метрологических характеристик системы «цифровой нивелир — штрих-кодовая рейка» в полевых условиях выполнить эту работу в настоящее время вообще не представляется возможным.

В связи с этим необходимым является выполнение исследований влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты превышений, измеренных на нивелирной станции системой «цифровой нивелир-

штрих-кодовая рейка», а также разработка методики проведения внеочередной метрологической поверки данной системы в лабораторных условиях, а при необходимости и в полевых условиях. Эти вопросы отражают актуальность исследований, выполненных в диссертационной работе.

Степень разработанности проблемы. Исследованием влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты геометрического нивелирования в различное время занимались такие ученые, как Лаллеман Ш., Иордан В., Куккамяки Ф., Павлов Н. А. и многие другие. Большой вклад в изучение влияния вертикальной рефракции на результаты геометрического нивелирования, выполняемого нивелирами с визуальным отсчитыванием, внесли также ученые ЦНИИГАиК, к которым относятся Павлов Н. А., Энтин И. И., Синягина В. И. При анализе влияния вертикальной рефракции на нивелирование использовались также обширные результаты производственных измерений различных геодезических предприятий. Проведенные исследования были использованы при разработке методики выполнения государственного нивелирования I и II классов.

Исследования влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты государственного нивелирование, выполняемого ЦН, до настоящего времени не проводились.

Разработке методики метрологической поверки системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» посвящены ряд работ зарубежных и отечественных исследователей. Этими вопросами, в частности, занимаются исследователи специализированных лабораторий университета г. Мюнхена и Московского государственного университета геодезии и картографии.

Цели и задачи исследований. Целью исследований является совершенствование методики нивелирования I и II классов, выполняемого системой «цифровой нивелир — штрих-кодовая рейка», с учетом влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на ее работу.

Основные задачи исследований:

- выполнить анализ влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты нивелирования ЦН;

- выполнить исследования влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты высокоточного нивелирования ЦН при положительных и отрицательных температурах приземного слоя атмосферы;

- усовершенствовать методику высокоточного нивелирования, выполняемого ЦН, с учетом влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты измерений;

- разработать методику проведения внеочередной метрологической поверки нивелирной системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» в лабораторных и в полевых условиях;

- выполнить исследования влияния различной освещенности штрих-кодовых реек на результаты нивелирования ЦН;

- выполнить исследования влияния изменения емкости аккумуляторных батарей ЦН на величину изменения отсчета по штрих-кодовой рейке.

Объектом исследований является измерительная нивелирная система «цифровой нивелир — штрих-кодовая рейка».

Предметом исследований является методика выполнения высокоточного нивелирования ЦН с учетом влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы, а также методика проведения метрологической поверки системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка».

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

- выполнены исследования характера и величины влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на измеряемые превышения ЦН при положительных и отрицательных температурах этого слоя атмосферы;

- на основе результатов исследований усовершенствована методика выполнения нивелирования I и II классов ЦН с учетом влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы;

- разработана методика проведения внеочередной метрологической поверки системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка», которую можно применять в лабораторных и в полевых условиях.

Теоретическая значимость работы заключается в установлении характера и величины влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на измеряемое ЦН превышение при положительных и отрицательных температурах, а также в разработке методики проведения внеочередной метрологической поверки системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка», которую можно применять в лабораторных и полевых условиях.

Практическая значимость работы заключается в разработке научно-обоснованной методики выполнения нивелирования I и II классов на основе применения ЦН с учетом влияния вертикальной рефракции на измеряемые превышения, в разработке методики проведения внеочередной метрологической поверки системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка», а также в выдаче обоснованных рекомендаций по уточнению требований к методике выполнения нивелирования I и II классов указанной системой.

Методы исследований. Теоретической базой для проведения исследований является модель приземного слоя атмосферы, в котором распространяется визирный луч ЦН, методы корреляционного, дисперсионного и регрессионного анализа, элементы математической статистики, теории ошибок измерений и методы математического моделирования результатов практических измерений.

Основные научные положения диссертации, выносимые на защиту:

- методика выполнения исследования и результаты влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на ЦН при положительных и отрицательных температурах приземного слоя атмосферы;

- усовершенствованная методика выполнения нивелирования I и II классов с учетом особенностей влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты измерений превышений ЦН;

- методика проведения внеочередной метрологической поверки системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка», выполняемая в лабораторных и в полевых условиях;

- результаты исследований влияния различной освещенности штрих-кодовых реек на результаты измерения превышений на станции ЦН и способы ослабления этого влияния;

- результаты исследований влияния уменьшения емкости аккумуляторных батарей ЦН на величину изменения отсчета по штрих-кодовой рейке.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Тематика исследований соответствует паспорту научной специальности 25.00.32 - «Геодезия», разработанному экспертным советом ВАК Минобрнауки РФ, по следующим областям исследований:

- 5 - Методы, технические средства и технологии геодезического обеспечения строительно-монтажных, кадастровых, землеустроительных, проектно-изыскательских, маркшейдерских, геолого-разведочных и лесоустроительных работ; освоения шельфа; монтажа, юстировки и эксплуатации технологического оборудования;

- 6 — Геодезическое обеспечение изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации инженерных комплексов, в том числе гидротехнических сооружений, атомных и тепловых электростанций, промышленных предприятий, линейных сооружений. Геодезический контроль ведения технического надзора при строительстве и эксплуатации нефтедобывающих комплексов;

- 13 - Геодезическая метрология. Разработка методов, средств и нормативных документов для метрологического обеспечения геодезических средств измерений. Создание и функционирование эталонных геодезических полигонов, базисов и компараторов для поверки, калибровки и аттестации геодезических средств измерений.

Степень достоверности и апробация результатов исследования. Результаты исследований, выполненные в диссертации, реализованы в учебном про-

цессе СГГА, а также при выполнении хоздоговорных работ. Результаты исследований, выводы и практические рекомендации обсуждались и докладывались:

- на V Международном научном конгрессе «ГЕС>-Сибирь-2009», 20-24 апреля 2009 г., Новосибирск;

- на VI Международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2010», 19-29 апреля 2010 г., Новосибирск;

- на VII Международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апреля 2011 г., Новосибирск;

- на VIII Международном научном конгрессе «Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012», 10-20 апреля 2012 г., Новосибирск;

- на IX Международном научном конгрессе «Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013», 15-26 апреля 2013 г., Новосибирск.

Публикации по теме диссертации. Количество опубликованных научных статей — 12, из них 4 статьи опубликованы в журналах, включенных в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий.

Объем и структура работы. Основной текст диссертации изложен на 176 страницах. Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, заключения, списка литературы, включающего 123 наименования (из них 17 — на иностранных языках), и 1 приложения, содержит 36 таблиц и 31 рисунок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы исследований, формулируются цели и задачи этих исследований, их научная новизна, практическая и теоретическая значимость, а также основные положения, представляемые автором к защите.

В первом разделе кратко рассмотрены основные положения развития исходной высотной основы страны, методика нивелирования I и II классов и выполнен анализ основных источников ошибок, возникающих при данных классах нивелирования. Отмечается, что применение в геодезическом производстве

ЦН требует проведения дальнейших исследований по определению влияния на результаты нивелирования различных источников ошибок, к которым в первую очередь относится влияние вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы. Кроме того, на качество результатов нивелирования значительное влияние оказывает соответствие метрологических характеристик системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» требуемым техническим параметрам.

На основании выполненного анализа современного выполнения нивелирования I и II классов произведена постановка задач необходимых исследований.

Во втором разделе рассматривается принципиальная схема взятия отсчета, а затем и получения превышения на станции ЦН. Из принципа работы ЦН следует, что взятие отсчета происходит в угловом секторе и необходимая линейная величина изображения фрагмента штрих-кода на рейке должна быть не менее 320 мм. Это означает, что общий отсчет по рейке состоит из суммарного отчета каждого из штрихов кода. Так как при отсчитывании по рейке в угловом секторе лучи проходят от каждого штриха этого фрагмента, то тем самым образуется целый пучок своеобразных визирных лучей, и на каждый этот луч будет влиять вертикальная рефракция. С учетом того, что турбулентные колебания приземного слоя атмосферы носят случайный характер, следует ожидать, что и на каждый луч от кодового штриха рейки влияние вертикальной рефракции будет также носить случайный характер и это влияние может в значительной степени взаимно компенсироваться. При этом крайние лучи поля зрения не используются при формировании отсчета по рейке. Это обстоятельство является важным с точки зрения влияния вертикальной рефракции на околоземный участок рейки, который не принимает участия в формировании отсчета по рейке.

Также важным моментом при рассмотрении приземного слоя атмосферы является его «рабочая высота», т. е. высота слоя, в котором происходит распространение лучей при нивелировании. Это распространение при нивелировании оптическими и ЦН нивелирами различно.

При измерении оптическими нивелирами в условиях равнинной местности высота / визирного луча ОЬ (рисунок 1) будет равна отсчету Ь и будет удовлетворять требованиям инструкции.

При выполнении нивелирования Рисунок 1 - Прохождение визирных в этих условиях ЦН в отсчете принимают лУчей на равнинной местности участие целый ряд смежных штрихов

рейки, расположенные в угловом секторе а между крайними штрихами Ь\ и Ь2, которые образуют вышеупомянутый фрагмент штрих-кода. Следует ожидать, что величина влияния рефракции на нижние и верхние визирные лучи будет разное: на верхние лучи ОЬ2 она будет несколько меньше, чем на нижние ОЬ,. В среднем следует ожидать некоторой компенсации этого влияния на суммарный отсчет (Ь1 + Ь2)/2.

Другим фактором, влияющим на положение отсчета (Ьх + Ь2)/2, будет положение нижнего луча Об, в угловом секторе. При нивелировании I и II класса высота визирного луча над подстилающей поверхностью должна быть равна, соответственно, 0,8 и 0,5 м. Если высота отсчета Ь ЦН будет равна 0,8 м, то нижний луч Об, в этом случае будет равен 0,64 м. Следовательно, по отсчету (Ь1 + Ь2)/2 = Ъ высота визирования будет удовлетворять требованиям инструкции, но фактически это требование выполняться не будет. Для того, чтобы это требование выполнялось, необходимо высоту визирного луча Ъ поднять минимум на 0,16 м, т. е. она должна быть равной не менее Ъ = 0,96 м. В этом случае нижний луч Ой,, который принимает участие в формирование отсчета, будет находиться на высоте примерно 0,80 м.

Если нивелирование выполняется на всхолмленной местности или в предгорных районах, то в этих условиях высота визирного луча ОЬ над поверхностью земли на всем протяжении его от ЦН до рейки будет разная, в том числе уменьшаться до 0,05—0,10 м, хотя в то же время его высота над пяткой рейки

будет 0,80 ми выше. В этом случае понятие «высоты визирного луча» также носит неопределенный характер. При этом всхолмленная часть местности может располагаться (рисунок 2) ближе к нивелиру, посередине между нивелиром и рейками и ближе к рейке. От этого зависит величина отклонения р визирных лучей вследствие влияния рефракции.

Кроме указанных факторов, на высоту прохождения визирных лучей влияет также высота снежного и травяного покрова, которые не принимаются во внимание при установлении высоты визирования.

—>

В

л\ а:

д)

е)

Рисунок 2 - Прохождение визирных лучей на всхолмленной местности: а); 6) всхолмленная часть местности располагается ближе к нивелиру; в); г) всхолмленная часть местности располагается посередине между нивелиром и рейками; д); е) всхолмленная часть местности располагается ближе к рейке

Для определения величины влияния рефракции были выполнены исследования для подстилающих поверхностей: травяной покров высотой 5-10 см; твердое покрытие в виде смеси песка и мелкого щебня. Исследования выполнялись при положительных и отрицательных температурах.

При положительных температурах исследования выполнялись в июне — сентябре при следующих метеорологических условиях: в солнечную погоду при слабом ветре и при его отсутствии; при переменной облачности также при слабом ветре; в пасмурную погоду при слабом ветре и иногда при небольших кратковременных дождях. Температура воздуха находилась в пределах от 6° С до 28° С.

Исследования включали в себя две программы наблюдений по определению:

- влияния рефракции на величину изменения отсчетов по рейке;

- величины изменения превышения на станции в течение всего дня.

При реализации первой программы определялось влияние рефракции на величину изменения отсчета по рейке в течение всего дня при расстояниях до нее 15, 30 и 50 м и высоте визирного луча над подстилающей поверхностью, равной 50 и 70 см для каждого из указанных расстояний.

Из исследований можно сделать вывод, что влияние вертикальной рефракции на величину изменения отсчетов, взятых ЦН, меньше, чем для оптических нивелиров, даже при высоте визирного луча 50 см (рисунки 3,4, 5).

0.3

0.0

< 7 I 9 10 11 12 13 и 15 16 17 1« 19 20 21 а 70 ем О 50 ем

Рисунок 3 — График изменения отсчетов по рейке для интервалов в 1 ч при солнечной погоде и при переменной облачности для расстояния 15 м

• 7 в I 10 11 12 13 14 15 16 17 Н 1в » 21 22 -•-тмрдв* пофмтн» О трамноЯ по про*

б)

Рисунок 4 — График изменения отсчетов по рейке для интервалов в 1 ч при солнечной погоде и при переменной облачности для расстояния 30 м: а) горизонтальный участок 50 см (солнечная погода); б) наклонный участок 50 м (солнечная погода); в) наклонный участок 50 см (переменная облачность)

а) б)

Рисунок 5 - График изменения отсчетов по рейке для интервалов в 1 ч при солнечной погоде и при переменной облачности для расстояния 50 м: а) солнечная погода; б) переменная облачность

Во второй программе исследований производилось определение величины изменения превышения на станции.

Установлено, что на равнинном и наклонном участках при расстояниях 15 и 30 м а также при двух высотах визирования изменение превышений в утрен-

ние и вечерние периоды наблюдений незначительное, носит случайный характер и находится в пределах ±(0,05-0,08) мм; при расстоянии 50 м это изменение составляет ± (0,08 - 0,14) мм.

При выполнении исследований в условиях отрицательных температур высота снежного покрова была равна 30-40 см, температура воздуха от минус 10 °С до минус 17 °С и расстояние до рейки 50 м. Исследованиями установлено, что в отличие от наблюдений при положительных температурах отсчеты по рейке при отрицательных температурах в полуденное время уменьшаются и это уменьшение достигает 0,40 мм (рисунок 6).

На основании результатов иссле- мм,,, дования были даны рекомендации по усовершенствованию методики выполнения нивелирования I и II классов ЦН, которые заключаются в следующем:

- для ослабления остаточного случайного влияния величины рефракции на станции необходимо применять только симметричную программу наблюдений с изменением горизонта ЦН;

- так как влияние вертикальной рефракции на результаты нивелирования ЦН меньше, чем при использовании оптических нивелиров, то считаем, что при нивелировании I и II классов высоту визирного луча над пяткой рейки можно уменьшить, соответственно, до 0,5 и 0,4 м; В этом случае уменьшится время работы на станции и увеличится общий продвиг работ.

- в связи с тем, что поверка и юстировка угла / в ЦН производится проще, точнее и быстрее, чем в оптических нивелирах, то рекомендуется при нивелировании I класса увеличить неравенство плеч на станции с 0,5 до 1,5 м, а накопление в ходе увеличить с 1,0 до 2,0 м; для нивелирования II класса увеличить неравенство плеч на станции с 1,0 до 2,0 м, а накопление в ходе увеличить с 1,0 до 2,0 м.

Рисунок 6 — Величина изменения отсчетов по рейке в зависимости от времени выполнения измерения

С учетом первой рекомендации усовершенствованы программы наблюдений на станции для нивелирования I и II классов. Эти программы предусматривают получение на станции в одном ходе, соответственно, четыре и два превышения. При выполнении полевых работ было установлено, что на ЦН значительное влияние оказывают засветки от солнечных лучей, которые попадают в его объектив. Определение величины данного влияния было выполнено при расстояниях до рейки 5,0; 10,0; 15,0; 20,0; 25,0 и 30,0 м с применением нивелира Trimble DiNi 12. Исследованиями установлено, что при установке рейки по направлению «на Солнце» величина ошибки взгляда увеличивается по сравнению с направлением без Солнца в среднем на 30 %- 35 %. Примерно в 40 %- 50 % случаях отсчеты по рейке выполнять вообще невозможно. При расстояниях больше 30 м выполнять нивелирования в таких условиях практически невозможно. Наибольшее влияние данный фактор имеет место тогда, когда Солнце находится над горизонтом.

Кроме влияния солнечных лучей, на точность нивелирования влияют засветки и от искусственных источников света. Нашими исследованиями установлено, что применение дополнительного освещения приводит к изменению отсчетов по рейке в среднем на 0,15-0,20 мм при расстояниях до 25 м. Поэтому при определении осадок и деформаций инженерных сооружений высокоточным нивелированием или при монтаже технологического оборудования отсчеты на станции необходимо производить, или только при естественном освещении двух реек или

только при искусственном.

При выполнении нивелирования с целью определения осадок сооружений на изменение отсчета по рейке влияет также изменение емкости батарей питания ЦН. Исследованиями установлено, что по мере разрядки аккумулятора в течение 2,5 ч отчет по рейке изменяется до 0,3 мм (рисунок 7). Это обстоятельство

Рисунок 7 - График изменения отсчетов при разрядке аккумулятора

необходимо принимать во внимание при монтаже технологического оборудования, когда ЦН стоит на нивелирной станции длительное время и разность отсчетов по времени между рейками достигает 20-30 мин.

В третьем разделе предлагается методика определения метрологических характеристик системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка», основной характеристикой которой является масштаб изображения рейки. Для этого разработано две схемы выполнения поверки этого масштаба:

- схема метрологической поверки с измерением по прямой и перевернутой штрих-кодовой рейке;

- схема с применением эталонного превышения.

Предлагаемые схемы можно использовать в лабораторных и полевых условиях производственной организации без привлечения специализированной метрологической лаборатории. Эти схемы рекомендуется использовать для определения работоспособности системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» в случае случайных механических ударов ЦН, которые случаются при транспортировке и выполнении нивелирования.

Первая схема основана на том, что система «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» позволяет производить отсчеты по прямому и обратному изображению рейки (по прямому и перевернутому ее положению). При взятии отсчета по прямому изображению рейки получается отсчет, равный расстоянию от пятки рейки до горизонтальной визирной оси ЦН, а при взятии по обратному его изображению получается отсчет, равный расстоянию от горизонтальной визирной оси до верха рейки. В этом случае, если взять отсчет О, по прямому изображению рейки, а затем отсчет 0[ по перевернутому его изображению (рисунок 8), то сумма этих отсчетов будет равна длине рейки (длине штрих-кодовой оцифровки)

Ох + 0{ = . (1)

Кроме того, если такие отсчеты производить при разной высоте горизонта ЦН, то при исправной работе системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» сумма этих отсчетов должна быть постоянной, т. е.

18

ох + о[ = ц, O1 + O,2 = L1,

Оп + 0,п= Ln.

1-й

горизонт

2-й горизонт

п-и горизонт

d) е)

Рисунок 8 - Измерение по прямой и перевернутой рейке

При этом также должно соблюдаться (в пределах точности измерений) условие

Ly+L2+ Z3+...+ /,„= const. (3)

Таким образом, нарушение условия (3) будет свидетельствовать о наличии в работе системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» определенной

величины средней квадратической ошибки (СКО) в «масштабе нивелирной системы». Измерения выполняются в прямом и обратном направлениях с шагом 10-15 см (рисунок 9), а также при разных расстояниях до рейки (от 5,0 до 20,0 м). После выполнения измерений для каждого расстояния вычисляются:

- среднее из отсчетов по прямому и перевернутому изображению рейки для каждого горизонта ЦН;

- СКО «взгляда» по прямому и перевернутому изображению рейки для каждого горизонта ЦН (по уклонениям от среднего) и расстояния до рейки;

- сумма отсчетов для каждого горизонта в прямом и обратном ходах;

- разность <5, между суммой отсчетов смежных горизонтов ЦН;

- разность 5г между суммой отсчетов в прямом и обратном ходах для каждого горизонта ЦН;

-средняя разность из всех горизонтов для прямого и обратного хода, а также между прямым и обратным ходами;

- средняя квадратическая ошибка измерения (по уклонениям от среднего) системой «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка».

Вторая схема применяется при поверке системы «цифровой нивелир -штрих-кодовая рейка», которая предназначена для выполнения нивелирования со СКО измерения превышения на станции порядка 0,2 - 0,5 мм и грубее, т. е. для точных и технических нивелиров. При применении данной методики необходим комплект высокоточного оптического нивелира. Для выполнения метрологической поверки по второй схеме можно также применять поверенный комплект высокоточного ЦН.

Сверх(пятка)

}ь2ф'1)\ I

£

пятка(верх)

^ГГГГТГТГТ^ГГТТГГ^-^ТТТ-

В А

Рисунок 9 - Измерения в прямом и обратном направлениях

Для этого высокоточным оптическим или ЦН нивелиром при двух-трех горизонтах тщательно измеряется превышение со средней квадратической ошибкой порядка 0,03-0,05 мм, которое принимается как эталонное (Лэт). Затем исследуемой системой «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» также измеряется это превышение. Измерение превышения исследуемой системой выполняется с использованием всей длины рейки, для чего производится изменение высоты горизонта ЦН. Кроме того, измерение превышений выполняются при разных расстояниях до рейки.

После выполнения измерений вычисляются:

- среднее из отсчетов для каждого горизонта ЦН;

- значения средних квадратических ошибок «взгляда» для каждого горизонта ЦН и расстояния (по уклонениям от среднего);

- измеренные превышения между рейками для каждого горизонта ЦН в прямом и обратном направлениях;

- разность между превышениями для каждого горизонта ЦН и эталонным превышением;

- СКО измерения (по уклонениям от эталонного значения).

Если метрологическая поверка выполняется в полевых условиях, то она должна производиться при благоприятных внешних условиях и с установкой нивелира на хорошем основании с целью максимального ослабления перемещения штатива с ЦН.

По окончании выполнения метрологических поверок указанными методиками рекомендуется проложить замкнутый нивелирный ход длиной 1,0-1,5 км соответствующего класса точности. После этого можно дать объективное заключение о работоспособности системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка».

21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований получены следующие результаты:

- рассмотрены особенности влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты нивелирования оптическими и ЦН. Установлено, что из-за особенностей взятия отсчета по штрих-кодовой рейке, основанного на отсчитывании комбинации штрихов по участку рейки длиной не менее 320 мм, характер и величина влияния вертикальной рефракции на результаты нивелирования ЦН отличается от влияния на результаты нивелирования оптическими нивелирами. В связи с тем, что отсчитывание по штрих-кодовой рейке производится ЦН в угловом секторе, то крайний нижний луч, принимающий участие в получении отсчета будет проходить ниже горизонтального на 160 мм;

- выполнены исследования влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты высокоточного нивелирования ЦН при положительных и отрицательных температурах приземного слоя атмосферы. Установлено, что влияние вертикальной рефракции при выполнении нивелирования ЦН меньше, чем при выполнении высокоточного нивелирования оптическими нивелирами. Это позволяет сохранить точность нивелирования при меньшей высоте визирования на рейку. Установлено также, что в отличие от нивелирования при положительных температурах, при нивелировании в условиях отрицательных температурах и при наличии снежного покрова в полуденное время визирные лучи отклоняются в его сторону;

- усовершенствована методика нивелирования I и II классов ЦН с учетом меньшего влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты измерений. В данной методике рекомендуется уменьшать высоту визирного луча над подстилающей поверхностью при выполнении нивелирования I и II классов, соответственно, до 0,5 и 0,4 м и выполнять нивелирование при двух горизонтах ЦН с применением симметричной программы наблюдений на

станции. Уменьшение высоты визирного луча приведет к увеличению диапазона измеряемых превышений на станции и, следовательно, к увеличению производительности работ;

- разработана методика метрологической поверки нивелирной системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка», которую можно применять при проведении внеочередной поверки этой системы в лабораторных и в полевых условиях. При ее применении не требуется дополнительное оборудование. Это позволяет контролировать работоспособность данной системы после случайных механических ударов без проведения исследований в специализированной лаборатории;

- выполнены исследования влияния различной освещенности реек на результаты нивелирования ЦН на нивелирной станции. Установлено, что изменение освещенности рейки приводит к изменению отсчета по ней на величину до 0,30 мм. Для ослабления данного влияния рекомендуется стремиться к выполнению высокоточного нивелирования без применения дополнительного освещения реек, а в случае его применения оно должно быть равномерным по всей длине рейки;

— выполнены исследования влияния изменения емкости аккумуляторных батарей ЦН на величину изменения отсчета по рейке. Установлено, что при уменьшении емкости аккумуляторных батарей происходит уменьшение отсчета по рейке на величину до 0,32 мм за время 2,5 ч; это приводит к появлению систематической ошибки в измеряемых превышениях на станциях. Для ослабления данного влияния рекомендуется при измерении превышения стремиться к уменьшению времени работы на станции;

— на основании выполненных исследований влияния вертикальной рефракции на результаты нивелирования ЦН даны рекомендации к программе работ на нивелирной станции по уменьшению допустимой высоты визирования и выполнению нивелирования при двух горизонтах. Эти рекомендации после обсуждения можно внеси в существующую инструкцию по нивелированию.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Ашраф, А. Бешр. Исследование влияния вибрации на точность измерений цифровыми нивелирами и электронными тахеометрами [Текст] / А. Бешр Ашраф, Н. М. Рябова, В. Г. Сальников, А. Н. Теплых, М. Е. Рахымбердина // Изв. вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2012. - № 3. - С. 123 - 126.

2 Уставич, Г. А. Исследование цифровых нивелиров и реек [Текст] / Г. А. Уставич, Н. М. Рябова, В. Г. Сальников, М. Е. Рахымбердина // Геодезия и картография. - 2011. - № 4. - С. 9 - 15.

3 Уставич, Г. А. Исследование влияния рефракции на результаты нивелирования цифровыми нивелирами [Текст] / Г. А. Уставич, Е. Л. Соболева, Н. М. Рябова, В. Г. Сальников // Геодезия и картография. - 2011. - № 5. -С. 3-9.

4 Скрипникова, М. А. Разработка методики определения горизонтальных смещений стенок шлюза [Текст] / М. А. Скрипникова, Н. М. Рябова, А. Бешр Ашраф //Геодезия и картография.-2010. -№ 6.-С. 17-21.

5 Ашраф, А. Бешр. Исследование величины ошибки «взгляда» цифровыми нивелирами в зависимости от положения Солнца [Текст] / А. Бешр Ашраф, Н. М. Рябова, А. В. Кочетков // ГЕО-Сибирь-2009: сб. материалов V Междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2009», 20-24 апр. 2009 г. Новосибирск. Т. 1, ч. 1. -Новосибирск: СГГА, 2009.- С. 191 - 196.

6 Ашраф, А. Бешр. Исследование влияния емкости батареи геодезических приборов на ошибку измерения превышения и расстояния. [Текст] / А. Бешр Ашраф, Н. М. Рябова, А. В. Кочетков // ГЕО-Сибирь-2009: сб. материалов VI Междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2009», 20-24 апр. 2009 г. - Новосибирск. Т. 1,ч. 1.-Новосибирск: СГГА, 2009.-С. 197-201.

7 Ашраф, А. Бешр. Исследование влияния вибрации системы «штатив -нивелир» на точность измерений цифровым нивелиром [Текст] / А. Бешр Аш-

раф, Н. М. Рябова, В. Г. Сальников, М. Р. Рахымбердина // ГЕО-Сибирь-2010. сб. материалов VI Междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2010», 19-29 апр. 2010 г. - Новосибирск. Т. 1, ч. 1. - Новосибирск: СГГА, 2010 - С. 28 - 32.

8 Рябова, Н. М. Исследование влияния различной освещенности на отсчеты по рейке [Текст] / Н. М. Рябова // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013: сб. материалов IX Междунар. науч. конгр. «Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013», 15-26 апр. 2013 г. - Новосибирск, - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1.ч. 1 - С. 42 - 45.

9 Рябова, Н. М. Методика исследования влияния рефракции на цифровые нивелиры [Текст] / Н. М. Рябова, В. Г. Сальников // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013: сб. материалов IX Междунар. науч. конгр. «Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013», 15-26 апр. 2013 г., Новосибирск. Т. 1. ч.1 - Новосибирск: СГГА, 2013 -С. 12-17.

10 Соболева, Е. Л. Исследование влияния рефракции на результаты нивелирования цифровыми нивелирами [Текст] / Е. Л. Соболева, В. Г. Сальников, Н. М. Рябова // ГЕО-Сибирь-2011: сб. материалов VII Междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апр. 2011 г., Новосибирск. Т. 1, ч. 1.-Новосибирск: СГГА, 2011.-С. 32-36.

11 Соболева, Е. Л. Исследование влияние рефракции на результаты нивелирования цифровыми нивелирами при отрицательной температуре [Текст] / Е. Л. Соболева, Н. М. Рябова, В. Г. Сальников // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. сб. материалов VIII Междунар. науч. конгр. «Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012», 10-20 апр. 2012 г. Новосибирск, Т. 1.ч. 1 - Новосибирск: СГГА, 2012. - С. 81 -84.

12 Уставич, Г. А. Исследование штрих-кодовых реек цифровых нивелиров [Текст] / Г. А. Уставич, Н. М. Рябова, В. Г. Сальников, А. Н. Теплых // Вестник СГГА. - 2010. - Вып. 2. - С. 3 - 8.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Рябова, Надежда Михайловна, Новосибирск

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

(ФГБОУ ВПО «СГГА»)

На правах рукописи

04201363279

Рябова Надежда Михайловна

ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ НИВЕЛИРОВАНИЯ IИ II КЛАССОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЦИФРОВЫХ НИВЕЛИРОВ

25.00.32 - «Геодезия»

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Уставич Георгий Афанасьевич

Новосибирск -2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................ 5

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ВЫПОЛНЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ВЫСОКОТОЧНОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ

1 ИII КЛАССОВ..................................................................................... 12

1.1 Общие положения выполнения государственного нивелирования.............. 12

1.2 Анализ основных источников ошибок высокоточного

государственного нивелирования........................................................... 25

1.2.1 Влияние вертикальных перемещений костылей и штатива..................... 25

1.2.2 Ошибки, вызванные тепловым воздействием на нивелир..................... 32

1.2.3 Ошибки, вызванные влиянием вертикальной рефракции приземного

слоя атмосферы...................................................................................... 35

1.2.4 Влияние вибрации на результаты геометрического нивелирования........ 41

1.3 Постановка задачи исследований....................................................... 43

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА РЕЗУЛЬТАТЫ НИВЕЛИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫМИ НИВЕЛИРАМИ.................................. 46

2.1 Принципиальная схема взятия отсчета системой «цифровой

нивелир - штрих-кодовая рейка»............................................................. 46

2.2 Разработка методики исследования влияния рефракции на результаты нивелирования цифровыми нивелирами..................................................... 50

2.3 Выполнения исследований влияния рефракции на результаты нивелирования цифровыми нивелирами при положительных температурах приземного слоя атмосферы.................................................................. 61

2.3.1 Определение влияния вертикальной рефракции на величину изменения отсчетов по штрих-кодовой рейке............................................................ 62

2.3.2 Определение влияния рефракции на величину изменения превышения на нивелирной станции............................................................................... 68

2.4 Исследования влияния рефракции при отрицательных температурах......... 72

2.5 Исследование влияния вибрации и порывов ветра на работу цифровых нивелиров......................................................................................... 76

2.6 Определение величины ошибки «взгляда» для ЦН в зависимости от освещенности штрих-кодовой рейки........................................................ 80

2.7 Влияние изменения емкости батареи цифровых нивелиров на ошибку измерений превышения на нивелирной станции................................................... 89

2.8 Совершенствование методики выполнения нивелирования I класса

с учетом влияния рефракции приземного слоя атмосферы на результаты нивелирования ЦН............................................................................... 91

2.9 Совершенствование методики выполнения нивелирования II класса с учетом влияния рефракции приземного слоя атмосферы............................ 103

2.10 Исследование величины изменения угла / цифрового нивелира в

зависимости от изменения температуры................................................. 108

3 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ ПОВЕРКИ СИСТЕМЫ «ЦИФРОВОЙ НИВЕЛИР - ШТРИХ-КОДОВАЯ РЕЙКА».......... 113

3.1 Общие положения проведения метрологической поверки геодезических приборов........................................................................................ 113

3.2 Существующие методики метрологической поверки системы

«цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка»............................................ 117

3.3 Схема и порядок метрологической поверки нивелиров и реек................... 120

3.4 Разработка методики метрологической поверки цифровых нивелиров....... 124

3.4.1 Методика метрологической поверки с изменением горизонта цифрового нивелира................................................................................................... 125

3.4.2 Методика метрологической проверки с измерением по прямой и перевернутой штрих-кодовой рейке...................................................... 129

3.4.3 Методика метрологической проверки с использованием эталонного

превышения................................................................................................. 134

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................ 137

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................ 139

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное) РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНИ ОСВЕЩЕННОСТИ НА ИЗМЕНЕНИЕ ОТСЧЕТОВ ПО ШТРИХ-КОДОВОЙ РЕЙКЕ............... 152

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Необходимость совершенствования методики нивелирования I и II классов системой «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» обуславливается тем, что при выполнении этого вида геодезических работ на результаты измеренных превышений значительное влияние оказывают различные источники ошибок, к которым относятся влияние вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы, различная освещенность штрих-кодовых реек и отличие фактического масштаба системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» от его теоретического значения.

На практике наибольшее применение по характеру влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы получил следующий подход: влияние рефракции практически одинаково при взятии отсчета по рейкам и на измеряемое превышение на нивелирной станции оно носит случайный характер. Ослабляется остаточное влияние вертикальной рефракции нивелированием из середины и соответствующей программой измерения превышения на нивелирной станции.

В существующих нормативных документах указываются требования для выполнения нивелирования с учетом влияния рефракции приземного слоя атмосферы, к которым относятся время выполнения измерения, высота визирного луча над подстилающей поверхностью (пяткой рейки) и программа взятия отсчета по рейкам. Следует также отметить, что условия выполнения нивелирования I и II классов в полевых условиях, в городах и на промышленных площадках существенно различаются между собой.

Большой вклад в развитие и совершенствование способов и средств выполнения нивелирования I и II классов с применением оптических нивелиров, а также с применением цифровых нивелиров (ЦН) внесли отечественные и зарубежные ученые такие, как Иордан В., Колмогоров В. Г., Конопальцев И. М., Куккамяки Ф., Лаллеман III., Мещерский И. Н., Павлив П. В., Павлов Н. А., Патова 3. Ф., Пев-

нев А. К., Пискунов М. Е., Синягина В. И., Спиридонов А. И., Травкин С. В., Федосеев Ю. Е., Энтин И. И., Ямбаев X. К. и др.

Появление в геодезическом производстве ЦН и штрих-кодовых реек привело к изменению технологической схемы производства нивелирования всех классов. В настоящее время ЦН находят все большее применение в геодезическом производстве, в том числе и при выполнении нивелирования I и II классов. При этом имеет место тенденция при выполнении нивелирования I и II классов замены оптических нивелиров на ЦН.

Вследствие этого, возникает необходимость в проведении ряда исследований по совершенствованию методики выполнения нивелирования I и II классов, выполняемого ЦН, включающей в себя исследование влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы при различных температурных режимах на измеряемые превышения, а также совершенствование программы наблюдения на нивелирной станции. Это обусловлено тем, что принцип взятия отсчета ЦН по штрих-кодовой рейке отличается от принципа отсчитывания по метрическим рейкам оптическими нивелирами.

Кроме влияния вертикальной рефракции, на результаты высокоточного нивелирования также значительное влияние оказывает фактор соответствия метрологических характеристик системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» заявленным требованиям. Применительно к использованию данной системы этот фактор соответствия относится к общей системе «цифровой нивелир — штрих-кодовая рейка», так как определить метрологические характеристики раздельно для ЦН и для штрих-кодовой рейки данного комплекта даже в специализированных лабораториях с применением специальных эталонных устройств чрезвычайно сложно. При возникновении необходимости внеочередного определения метрологических характеристик системы «цифровой нивелир -штрих-кодовая рейка» в полевых условиях выполнить эту работу в настоящее время вообще не представляется возможным.

В связи с этим необходимым является выполнение исследований влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты превышений, измеренных на нивелирной станции системой «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка», а также разработка методики проведения внеочередной метрологической поверки данной системы в лабораторных условиях, а при необходимости и в полевых условиях. Эти вопросы отражают актуальность исследований, выполненных в диссертационной работе.

Степень разработанности проблемы. Исследованием влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты геометрического нивелирования в различное время занимались такие ученые, как Лаллеман Ш., Иордан В., Куккамяки Ф., Павлов Н. А. и многие другие. Большой вклад в изучение влияния вертикальной рефракции на результаты геометрического нивелирования, выполняемого нивелирами с визуальным отсчитыванием, внесли также ученые ЦНИИГАиК, к которым относятся Павлов Н. А., Энтин И. И., Синя-гина В. И. При анализе влияния вертикальной рефракции на нивелирование использовались также обширные результаты производственных измерений различных геодезических предприятий. Проведенные исследования были использованы при разработке методики выполнения государственного нивелирования I и II классов.

Исследования влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты государственного нивелирование, выполняемого ЦН, до настоящего времени не проводились.

Разработке методики метрологической поверки системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» посвящены ряд работ зарубежных и отечественных исследователей. Этими вопросами, в частности, занимаются исследователи специализированных лабораторий университета г. Мюнхена и Московского государственного университета геодезии и картографии.

Цели и задачи исследований. Целью исследований является совершенствование методики нивелирования I и II классов, выполняемого системой «цифровой

нивелир - штрих-кодовая рейка», с учетом влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на ее работу.

Основные задачи исследований:

- выполнить анализ влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты нивелирования ЦН;

- выполнить исследования влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты высокоточного нивелирования ЦН при положительных и отрицательных температурах приземного слоя атмосферы;

- усовершенствовать методику высокоточного нивелирования, выполняемого ЦН, с учетом влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты измерений;

- разработать методику проведения внеочередной метрологической поверки нивелирной системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка» в лабораторных и в полевых условиях;

- выполнить исследования влияния различной освещенности штрих-кодовых реек на результаты нивелирования ЦН;

- выполнить исследования влияния изменения емкости аккумуляторных батарей ЦН на величину изменения отсчета по штрих-кодовой рейке.

Объектом исследований является измерительная нивелирная система «цифровой нивелир — штрих-кодовая рейка».

Предметом исследований является методика выполнения высокоточного нивелирования ЦН с учетом влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы, а также методика проведения метрологической поверки системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка».

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

- выполнены исследования характера и величины влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на измеряемые превышения ЦН при положительных и отрицательных температурах этого слоя атмосферы;

- на основе результатов исследований усовершенствована методика выполнения нивелирования I и II классов ЦН с учетом влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы;

- разработана методика проведения внеочередной метрологической поверки системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка», которую можно применять в лабораторных и в полевых условиях.

Теоретическая значимость работы заключается в установлении характера и величины влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на измеряемое ЦН превышение при положительных и отрицательных температурах, а также в разработке методики проведения внеочередной метрологической поверки системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка», которую можно применять в лабораторных и полевых условиях.

Практическая значимость работы заключается в разработке научно-обоснованной методики выполнения нивелирования I и II классов на основе применения ЦН с учетом влияния вертикальной рефракции на измеряемые превышения, в разработке методики проведения внеочередной метрологической поверки системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка», а также в выдаче обоснованных рекомендаций по уточнению требований к методике выполнения нивелирования I и II классов указанной системой.

Методы исследований. Теоретической базой для проведения исследований является модель приземного слоя атмосферы, в котором распространяется визирный луч ЦН, методы корреляционного, дисперсионного и регрессионного анализа, элементы математической статистики, теории ошибок измерений и методы математического моделирования результатов практических измерений.

Основные научные положения диссертации, выносимые на защиту:

- методика выполнения исследования и результаты влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на ЦН при положительных и отрицательных температурах приземного слоя атмосферы;

- усовершенствованная методика выполнения нивелирования I и II классов с учетом особенностей влияния вертикальной рефракции приземного слоя атмосферы на результаты измерений превышений ЦН;

- методика проведения внеочередной метрологической поверки системы «цифровой нивелир - штрих-кодовая рейка», выполняемая в лабораторных и в полевых условиях;

- результаты исследований влияния различной освещенности штрих-кодовых реек на результаты измерения превышений на станции ЦН и способы ослабления этого влияния;

- результаты исследований влияния уменьшения емкости аккумуляторных батарей ЦН на величину изменения отсчета по штрих-кодовой рейке.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Тематика исследований соответствует паспорту научной специальности 25.00.32 - «Геодезия», разработанному экспертным советом ВАК Минобрнауки РФ, по следующим областям исследований:

- 5 — Методы, технические средства и технологии геодезического обеспечения строительно-монтажных, кадастровых, землеустроительных, проектно-изыскательских, маркшейдерских, геолого-разведочных и лесоустроительных работ; освоения шельфа; монтажа, юстировки и эксплуатации технологического оборудования;

- 6 - Геодезическое обеспечение изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации инженерных комплексов, в том числе гидротехнических сооружений, атомных и тепловых электростанций, промышленных предприятий, линейных сооружений. Геодезический контроль ведения технического надзора при строительстве и эксплуатации нефтедобывающих комплексов;

- 13 — Геодезическая метрология. Разработка методов, средств и нормативных документов для метрологического обеспечения геодезических средств измерений. Создание и функционирование эталонных геодезических полигонов, бази-

сов и компараторов для поверки, калибровки и аттестации геодезических средств измерений.

Степень достоверности и апробация результатов исследования. Результаты исследований, выполненные в диссертации, реализованы в учебном процессе СГГА, а также при выполнении хоздоговорных работ. Результаты исследований, выводы и практические рекомендации обсуждались и докладывались:

- на V Международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2009», 20-24 апреля 2009 г., Новосибирск;

- на VI Международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2010», 19-29 апреля

2010 г., Новосибирск;

- на VII Международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апреля

2011 г., Новосибирск;

- на VIII Международном научном конгрессе «Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012», 10-20 апреля 2012 г., Новосибирск;

- на IX Международном научном конгрессе «Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013», 15-26 апреля 2013 г., Новосибирск.

Публикации по теме диссертации. Количество опубликованных научных статей - 12, из них 4 статьи опубликованы в журналах, включенных в перечень российских рецен�