Ugrás a tartalomhoz

Geodézia 13., 13 Speciális geodéziai műszerekTarsoly

Tarsoly Péter (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

13.2 Tájoló teodolitok

13.2 Tájoló teodolitok

A teodolitok tetszőleges nagyságú vízszintes és magassági szögek mérésére alkalmas műszerek. Iránymérésnél egy pontból kiinduló térbeli irányok vízszintes vetületének relatív (egymáshoz viszonyított) helyzetét adják meg a limbuszkör 0-osztásához viszonyítva, amely helyzete álláspontonként változó. A tájoló teodolitok az irányok helyzetét kötött kezdőirányhoz (a csillagászati vagy mágneses északi irányhoz) viszonyítva határozzák meg. A velük való mérés pontossága kisebb, a mérés időszükséglete pedig több, mint a hagyományos iránymérésnél. Általában akkor szoktuk alkalmazni őket, ha valamilyen okból egy adott terepen nem tudunk tájékozó irányokat mérni (pl. bánya, erdő stb.). Geodéziai szempontból háromféle északi irányt különböztetünk meg (13-1. ábra).

13-1. ábra A háromféle északi irány

  1. Csillagászati észak: Nevezik másféleképpen földrajzi északnak is. Az álláspont függőlegesére illeszkedő, a Föld forgástengelyével párhuzamos sík jelöli ki. Alsógeodéziai munkáknál iránya időben állandónak tekinthető, felsőgeodéziai munkáknál azonban már figyelembe kell venni a pólusmozgás és pólusvándorlás jelenségét is.

  2. Geodéziai észak: Nevezik másképpen hálózati vagy vetületi, térképi északnak is. A geodéziai koordináta-rendszerben a ponton átmenő +X tengellyel párhuzamos egyenes északi ága. Iránya a helytől és a vetületi rendszertől függően változik, azonban időben állandó.

  3. Mágneses észak: A Föld mágneses pólusa által meghatározott északi irány. A mágneses pólus vándorlása miatt időben változó irány. Száz évvel ezelőtt Kanada sarkvidéki szigeteinél volt megtalálható, ma azonban folyamatosan vándorol Oroszország sarkvidéki tájai felé.

Valamely irány északi iránnyal bezárt szögét az északi iránytól függően nevezzük el. Csillagászati azimut (ACs) a csillagászati északkal, mágneses azimut (Am) a mágneses északkal, irányszög (δ) a geodéziai északkal bezárt szög.

Az északi irányok közötti szög megnevezésére is külön neveket használunk:

  1. Meridián konvergencia: a csillagászati észak és a geodéziai észak közötti szög. Pozitív, ha a geodéziai észak a csillagászati északtól keletre tér el.

ACs=δ+μ

13.1. egyenlet

  1. Mágneses deklináció: nevezik másképpen mágneses elhajlásnak is. A csillagászati észak és mágneses észak közötti szög. Pozitív, ha a mágneses észak kelet felé tér el a csillagászati északtól.

ACs=Am

13.2. egyenlet

  1. Mágneses tájékozási szög: a mágneses északi irány és a geodéziai északi irány közötti szög. Pozitív, ha a térképi északi irány a mágneses északi irányhoz viszonyítva kelet felé tér el.

Am=δ+κ

13.3. egyenlet

Tehát a mágneses tájékozási szög a meridián konvergencia és a mágneses deklináció különbsége:

Κ=μ-Δ

13.4. egyenlet

A mágneses északi irány helyzete periódikusan változik. Évszázados változás a mágneses mezőnek Föld körüli változásából adódik eddig nem tisztázott okból. Ennek változása Magyarországon átlagosan 6-8 ívperc (1 ívperc 1/21600-ad része a teljes kör kerületnek) évenként és iránya az óramutató járásával ellentétes. A napi változást a Földről kívülről érkező elektromos sugárzások okozzák. Ennek értéke 5-15 perc is lehet, a legnagyobb értéket dél körül veszi fel, a legkisebbet pedig reggel és este. A napi ingadozást az évszakok is befolyásolják, nyáron nagyobb, télen pedig kisebb mértékű. Ha a déli órákban nem végzünk méréseket, a napi hatástól el lehet tekinteni. Ugrásszerű változásokat elektromos viharok (az elektromos tér gyors idő-és térbeli változása) idézhetnek elő, ezek 1-2 fokos eltérést is jelenthetnek, ezért ilyen esetben nem szabad mérni. Állandó, helyi zavarokat okozhatnak a környezetben lévő, nagy tömegben előforduló mágneses anyagok vagy kőzetek. Ezeket a helyi zavarokat mágneses anomáliáknak szoktuk nevezni. A mágneses műszerek emiatt nem tartalmazhatnak mágneses anyagot, és nem használhatjuk olyan környezetben, ahol mágneses anyagok vannak beépítve (vasbeton épület, vasút, elektromos vezetékek stb.).

13.2.1 Mágneses tájoló és busszola

A mágnestű, ha forgó csapra helyezzük, a Föld mágneses erőtere következtében észak-déli irányba áll be. Ha a mágnestű forgástengelyét egy osztott kör középpontjába helyezzük el, akkor ezt a legegyszerűbb mágneses azimutot mérő eszközt tájolónak nevezzük. Az osztott kört az óramutató járásával ellentétesen számozzák úgy, hogy a 0-180 fokos osztás párhuzamos legyen a tájoló rajzoló élével vagy a dioptrával. (13-2. ábra)

13-2 .ábra A tájoló és használata

A mágneses azimut meghatározását úgy végezhetjük, hogy a tájoló rajzoló élét vagy a dioptrát a kérdéses irányba állítjuk és leolvassuk a mágnesestű helyzetét, az osztott kör külpontossága és a mágnestű külpontossága miatt mind a két végét. A leolvasás közvetlenül az irány mágneses azimutját adja. A tájolók osztott körének legkisebb osztásegysége 1 fok, így a mágneses azimutot becsléssel 6-12 perc élesen lehet meghatározni. Ha a tájolót irányzó berendezéssel is felszerelik, akkor ezt az eszközt busszolának nevezzük. Ennek leggyakoribb kivitele a dioptrás körbusszola. Az irányzó berendezést a busszola házához rögzítik, míg az osztott kört közvetlenül a mágnestűhöz kapcsolják. A kör számozása az óramutató járásával egyező (geodéziai pozitív forgásértelem), az irányvonal helyzetéhez tartozó mágneses azimut értékét a műszerházon elhelyezett indexen lehet leolvasni (13-3. ábra).

13-3. ábra Dioptrás körbusszola

13.2.2 Busszolás teodolitok

A mágnestűvel egybeépített teodolitokat busszolás teodolitoknak nevezzük. A busszolás teodolitok osztáskörére gyakran közvetlenül rászerelik a mágnestűt, így az osztott kör a mágnestűvel együtt mozog. Az osztott kört az óramutató járásával megegyező irányban számozzák, így ez a műszer vízszintes köre is. Az osztott kör leemelhető a tűről (arretált helyzet) és ekkor a műszertalp részhez szorítható, így a műszer, mint egyszerű teodolit is használható.

13-4. ábra A Wild T0 busszolás teodolit

A műszerről dezarretált helyzetben (amikor a kör a mágnestűvel együtt leng) közvetlenül a mágneses azimutot tudjuk leolvasni. A busszolás teodolitokat magassági körrel is ellátják és a távcső látómezejében tahiméter (távmérő) szálak is vannak, így a műszer közvetlenül alkalmazható tahiméterként is. A leggyakrabban használt busszolás teodolit a Wild T0 jelű műszer volt (13-4. ábra).

13.2.3 Rátét busszolák

A teodolitok kiegészítő felszereléseként gyakran készítenek a teodolit alhidádé oszlopára rögzíthető rátét busszolákat. A rátét busszolák lehetnek teljes-körűek és csonka-körűek. A teljes-körű rátét busszolákat úgy használjuk, mint a busszolás teodolitokat, tehát az irányok mágneses azimutját közvetlenül a rátét busszolán olvashatjuk le. A csonka-körű busszolák csak az északi irány beállítására szolgálnak. Két kivitelük van: a szekrénybusszola, amely az indexen kívül néhány osztást is tartalmaz, így szögek mérésére is alkalmas, és a semmilyen osztást nem tartalmazó cső-busszola (13-5. ábra). Geodéziai szempontból ez utóbbinak van jelentősége.

13-1. ábra Szekrénybusszola (a), csőbusszola sugármenete (b), csőbusszola látómezeje koincidenciába hozás előtt (c), és koincidencia helyzetben (d)

A mágnestű két végén egy-egy 90 fokkal felhajlított szár van, melyeket a csőbusszola végén lévő optikán keresztül kell koincidenciába hozni a teodolit vízszintes irányító csavarjával. A koincidenciába állítást az teszi lehetővé, hogy a mágnestű felfekvő csúcsa fölött elhelyezett állótükör az észlelőhöz közelebb lévő mágnestűvéget a távolabbi tűvéggel összevetíti. Koincidencia állásban a távcső irányvonala a mágneses meridiánban van, illetve azzal mindig ugyanazt a szöget zárja be. Ha ebben a helyzetben leolvassuk a teodolit vízszintes körét, rögzítettük a mágneses észak irányát, mint tájékozó irányt. A csőbusszola irányba állási pontossága 3-5 perc körül van.

13.2.4 Busszolás teodolitok használata

A busszolás teodolitokat és műszereket használatba vételük előtt meg kell vizsgálni, hogy az alapvető igazítási és használati feltételeknek megfelelnek-e (műszerekkel szemben támasztott geometriai követelmények teljesülése).

A körosztás középpontjának a mágnestű forgástengelyében kell lennie. Ezt több helyzetben a mágnestű két végén tett leolvasásokkal lehet ellenőrizni. Az eltéréseknek mindenütt 180 foknak kell lennie. A két végen tett leolvasások számtani középértéke mentes az esetleges külpontossági hiba hatásától.

A mágnestűnek jól mágnesezettnek és a tű ágyazásának épnek kell lennie. Ezt úgy lehet ellenőrizni, hogy valamilyen vastárgy közelítésével a mágnestűt többször kilendítjük és minden kitérés után a tűnek mindig ugyanabba a helyzetbe kell visszatérnie. A műszert óvni kell az ütésektől és a rázkódásoktól.

A mágnestű mágneses tengelyének nem szabad eltérnie a mágnestű geometriai tengelyétől, körhöz kapcsolt mágnestű esetében a 0-180 fokos osztásokhoz tartozó átmérőtől. Ez a tű átfektetésével állapítható meg, de erre csak kivételes esetekben van lehetőség.

A busszolás műszerek használata esetén vigyázni kell arra, hogy a műszerálláspont közelében ne legyenek vastárgyak (vaskerítés, vasúti vágány, vasbeton szerkezet, elektromos vezeték stb.). A műszerláb vassarui nem fejtenek ki észrevehető hatást a mágnestűre, mert alatta közel szimmetrikusan helyezkednek el. A műszer közvetlen közelében tartózkodó mérőszemélyeknél nem lehetnek vasból készült tárgyak (pl. kulcs, bicska, kalapács stb.).

A mágneses tájékozási szöget célszerű a mérések előtt ismert koordinátájú pontokra végzett méréssel megállapítani (13-6. ábra). Felállunk egy ismert koordinátájú alapponton és leolvassuk a mágneses északi irányt a csőbusszola koincidenciába hozása után (lm). Ezután mérünk ismert koordinátájú pontokra is irányértékeket. Számítjuk az ismert koordinátájú pontokra vonatkozó irányszögeket, majd képezzük a tájékozási szögeket, és utána pedig a súlyozott középtájékozási szöget. A mágneses tájékozási szöget a következőképpen számíthatjuk:

Κ=360-zk-lm

13.5. egyenlet

Ezt a mágneses tájékozási szöget néhány kilométeres körzeten belül bárhol használhatjuk.

Ha egy ismeretlen koordinátájú ponton állunk fel, akkor az irányok irányszögét (tájékozott irányértékét) a következőképpen vezethetjük le. Leolvassuk a mágneses északi irány helyzetét a csőbusszola középre állításával (l’m) és mérjük a meghatározó pontokra menő l’1, l’2..... Irányértékeket. Először számítjuk az álláspont z’ tájékozási szögét.

z’=360-l’m

13.6. egyenlet

Ebből már számítható az egyes irányok tájékozott irányértéke a következő összefüggéssel:

δ’i=li+z’

13.7. egyenlet

13-2. ábra A mágneses tájékozási szög meghatározása ismert ponton (a) és új ponton (b)