ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ геодезические
приборы, механические, оптико-механические, электрооптические и радиоэлектронные
устройства для измерения длин линий, углов, превышений при построении астрономо-геодезической
сети и нивелирной сети, съёмке планов, строительстве, монтаже и
в процессе эксплуатации больших инженерных сооружений, антенных устройств
радиотелескопов и т. п. К Г. и. относятся также инструменты для астро-номич.
определений при геодезич. работах и маркшейдерские инструменты.

Инструменты
и приборы для измерения длин линий. Для обычных измерений длин линий применяют
стальные мерные ленты (рис. 1) длиной в 20 или 50 м, к-рые укладывают
по земле, отмечая их концы шпильками. Относительная ошибка измерения лентой
зависит от условий местности и в среднем составляет 1 : 2000. Для более точных
измерений применяют ленты из инвара, к-рые натягивают динамометрами.
Таким путём можно снизить ошибку до 1 : 20 000-1 : 50 000. Для ещё более точных
измерений, гл. обр. базисов в триангуляции, применяют базисные приборы
с подвесными инварными мерными проволоками длиной в 24 м, относительная
ошибка таких измерений имеет порядок 1 : 1 000 000, т. е. 1 мм на 1
км длины измеряемой линии.

Рис.
1. Мерная лента.

В
геодезич. работах применяют также дальномеры, совмещённые со зрительной
трубой или являющиеся насадками на зрительную трубу Г. и. Они позволяют искомую
длину линии определять из решения треугольника, вершина к-рого совпадает с
передним главным фокусом объектива зрит, трубы инструмента, а его высотой
служит измеряемая линия, причём основание и противолежащий ему угол в этом
треугольнике известны.

Существуют
также электрооптические дальномеры и радиодальномеры, позволяющие
измерять расстояние по времени прохождения вдоль измеряемой линии световых
волн или радиоволн, скорость распространения к-рых известна.

Инструменты
для определения направлений и измерения углов. Для простейшего определения
направлений линий относительно меридиана служит буссоль, являющаяся
или самостоятельным геодезич. инструментом, или принадлежностью других Г.
и. Погрешность буссоли составляет 10-15'. Для более точного измерения направлений
и углов в геодезии применяются разнообразные инструменты. Прообразом их явилась
астролябия, изобретённая ещё до н. э. и состоявшая из круга с делениями,
по к-рому углы отсчитывали с помощью вращающейся линейки с диоптрами, служившими
для наведения на предмет. Во 2-й пол. 16 в. начали появляться др. угломерные
инструменты, напр, пантометр (астролябия с вертикальным кругом, допускавшая
измерение и горизонтальных и вертикальных углов). С 17 в. в угломерных инструментах
стали применяться зрительные трубы (1608), микроскопы (1609), верньеры (1631),
уровни (1660), сетки нитей (1670). Так сложился основной угломерный инструмент,
получивший название теодолита. На рис. 2 представлен большой теодолит
Дж. Рамсдена (1783).

Теодолит
устанавливают на штативе или столике геодезического знака, подъёмными
винтами и по уровню приводят вертикальную ось в отвесное положение, поворотами
трубы около вертикальной и горизонтальной осей наводят её на визируемую точку
и производят отсчёты по кругам. Это даёт направление, а угол получают как
разность двух смежных направлений. В совр. теодолитах (рис. 3) круги изготовляют
из оптич. стекла, диаметр делений 6-18 см, наиболее употребительный
интервал между делениями 20' или 10', отсчётными устройствами служат шкаловые
микроскопы с точностью отсчитывания 1'-6" или т. н. оптич. микрометры с
точностью отсчитывания до 0,2-0,3".

В
60-х гг. 20 в. для определения направления истинного (географического) меридиана
стали применять т. н. гиротео-долиты и различные гироскопич. насадки на теодолиты.
Погрешность определения направлений гиротеодолитом составляет 5-10".

Рис.
3. Оптический теодолит ТО5.

К
осевым, закрепительным и наводящим устройствам угломерных инструментов предъявляют
высокие требования. Напр., в высокоточных теодолитах угловые колебания вертикальных
осей не превышают 2", в пассажных инструментах допустимая неправильность
формы их цапф, на к-рых вращается зрительная труба, составляет доли микрона.
Закрепительные устройства не должны вызывать упругих деформаций в осевых системах
и смещений закрепляемых частей инструмента в момент закрепления. Наводящие
устройства должны осуществлять весьма тонкие перемещения частей инструмента,
напр, повороты с точностью до долей секунды.

Зрительные
трубы угломерных и др. Г. и. имеют увеличения в 15-65 раз. Наиболее распространены
т. н. трубы с внутр. фокусировкой, снабжённой телеобъективом, заднюю компоненту
к-рого, называемую фокусирующей линзой, можно передвигать для получения отчётливого
изображения различно удалённых предметов. Точность визирования трубой зависит
как от её увеличения, диаметра отверстия объектива, качества даваемого ею
изображения, так и от формы, размеров, освещённости и контрастности визируемой
цели. С увеличением дальности до цели большее значение приобретает влияние
атмосферных помех, снижающих контраст и вызывающих колебания изображения цели.
В идеальных условиях хорошие трубы с увеличением в 30-40 раз дают ошибку визирования
ок. 0,3".

К
теодолитам примыкают т. н. тахеометры-автоматы и тахеометры-полуавтоматы,
позволяющие без вычислений, прямо из отсчётов по рейке, получать редуцированные
на горизонтальную плоскость расстояния и превышения точек установки рейки
или без вычислений определять только расстояния, а превышения вычислять по
найденному расстоянию и измеренному углу наклона.

Инструменты
для измерения превышений. Для нивелирования употребляют гл. обр. оптико-механич.
нивелиры с горизонтальным лучом визирования; ими производят отсчёт
по рейкам, устанавливаемым на точках, разность высот к-рых надо определить.
Известны также нивелиры с наклонным лучом визирования, позволяющие с одной
установки определять значительные превышения, но из-за меньшей точности они
не получили широкого распространения. В нек-рых случаях, напр, для привязки
островов к материку, употребляют т. н. гидростатич. нивелиры, основанные на
свойстве сообщающихся сосудов сохранять на одной высоте уровень наполняющей
их жидкости.

Первые
упоминания о нивелирах связаны с именами Герона Александрийского и
римского архитектора Марка Витрувия (1 в. до н. э.). Совр. очертания нивелиры
начали приобретать с появлением уровней и зрительных труб (17 в.).

Нивелиры
с горизонтальным лучом визирования отличаются схемой соединения между собой
трёх основных частей нивелира: зрительной трубы с сеткой нитей, фиксирующей
визирный луч, уровня, служащего для приведения этого луча в горизонтальное
положение, и подставки, несущей трубу и соединённой с вертикальной осью вращения.
С сер. 20 в. применяются преим. нивелиры с наглухо соединёнными между собой
трубой, уровнем и подставкой, получившие назв. глухих нивелиров (рис. 4).
С 50-х гг. 20 в. широкое распространение получили нивелиры с самоустанавливающейся
линией визирования, в к-рых для горизонтирования визирной оси взамен уровня
применяют компенсатор, представляющий собой оптич. деталь зрительной трубы,
подвешенную на маятниковом подвесе. Впервые в мире такой нивелир был изготовлен
в СССР в 1946.

При
нивелировании употребляют рейки длиной от 1,5 до 4 м. Шкалы реек для
точного нивелирования, где расстояние визирования не превосходит 50 м,
имеют штрихи шириной в 1 мм, нанесённые через 5 мм на ин-варной
ленте, натянутой в деревянном корпусе пружинами, обеспечивающими постоянство
длины шкалы при колебаниях температуры. Для нивелирования низших классов,
когда расстояние визирования может достигать 100 м, употребляют деревянные
рейки со шкалами из шашек шириной в 1 см с таким же просветом между ними (рис.
5).

Инструменты
для графических съёмок. Несмотря на широкое развитие методов стереофотограмметрической
съёмки планов и карт, ещё находит применение графическая или мензульная
съёмка. Основными инструментами для неё являются мензула и кипрегель.

Ещё
в 19 в. выпускались широко применявшиеся в России кипрегели так наз. типа
Главного штаба. В 30-х гг. в СССР изготовлялся оригинальный и портативный
для этого времени кипрегель КШВ (Ширяева - Вилема) в комплекте с упрощённой
мензулой (рис. 6).

История
геодезич. инструментостроения в России ведёт своё начало со времён Петра I.
Изготовлением Г. и. занимались крупнейшие рус. учёные и изобретатели, начиная
с М. В. Ломоносова и И. П. Кулибина. В дальнейшем (конец 18 - нач. 19 вв.)
Г. и. изготовлялись в мастерских Академии наук, Главного штаба, Пулковской
обсерватории и др., причём большое значение имели труды В. К. Деллена, В.
Я. Струве, А. С. Васильева и др. Однако пром. изготовления Г. и. в России
почти не существовало и потребность в них удовлетворялась преим. за счёт импорта.

Сов.
геодезич. инструментоведение началось в 20-х гг. созданием в Москве фабрик
Геодезия и Геофизика, где было налажено и конструирование, и серийное произ-во
Г. и. технич. точности. В конце 20-х гг. работы по выпуску отечественных высокоточных
Г. и. для создания гос. опорных сетей возглавлял Ф. Н. Красовский; Г. и. изготовлялись
на з-де ; Аэрогеоприбор (ныне экспериментальный Оптико-механич. завод в Москве).
Оптико-механич. пром-стьСССР выпускает ежегодно десятки тысяч Г. и., конструкция
и технология произ-ва к-рых находятся на уровне лучших образцов мировой техники.

Лит.: Красовский Ф. Н. и Данилов В. В., Руководство
по высшей геодезии, 2 изд., ч. 1, в. 1 - 2, М., 1938 - 39; Чеботарёв А. С.,
Геодезия, 2 изд., ч. 1 - 2, М., 1955 - 62; Литвинов Б. А., Геодезическое инструментоведение,
М., 1956; Елисеев С. В., Геодезические инструменты и приборы, [2 изд.], М.,
1959; Араев И. П., Оптические теодолиты средней точности, М., 1955; Захаров
А. И.и Зуйков И. И., Теодолиты средней точности и оптические дальномеры, М.,
1965; Гусев Н. А., Маркшейдерско-геодезические инструменты и приборы, 2 изд.,
М., 1968; Захаров А. И., Новые теодолиты и оптические дальномеры. М., 1970.

Г.
Г. Гордон.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я