Современные геодезические приборы

12.1. Электронные тахеометры. Современный парк геодезических приборов состоит, помимо традиционных оптических инструментов, из электронных тахеометров, цифровых нивелиров, лазерных дальномеров, лазерных уровней, лазерных сканеров.

Электронный тахеометр представляет собой кодовый теодолит с дальномером и мини-ЭВМ. Электронный тахеометр обеспечивает цифровую индикацию измеряемых величин: горизонтальных и вертикальных углов, наклонных расстояний, горизонтальных расстояний, превышений, отметок, высот, приращений координат, координат, вывод результатов на дисплей и автоматическую обработку результатов измерений по заложенным в мини ЭВМ программам. Увеличение числа программ расширяет диапазон работы прибора и область его применения, повышает оперативность и безошибочность работы. Основными производителями электронных тахеометров являются Sokkia, Topcon, Nikon, Pentax (Япония), Leica (Швейцария), Spectra Precision (Швеция/Германия).

Современные тахеометры, предлагаемые потребителю, сильно разнятся по количеству функций, что позволяет выбирать приборы, наиболее подходящие для тех или иных видов работ. Точность современных тахеометров, как правило, не ниже 5-6˝, иногда заявляемая производителями точность менее 1˝, как правило, не достижима в реальных условиях из-за влияния внешней среды и различных ошибок (центрирования, редуцирования и т.д.).

Основным неудобством является, как правило, маленькая клавиатура с небольшим набором клавиш, каждая из которых выполняет несколько функций. Однако в последнее время появились модели с активным экраном, позволяющим управлять тахеометром без клавиатуры.

При создании обоснования тахеометрических съёмок при помощи электронных тахеометров расстояния между точками могут быть значительно увеличены. Это связано с возможностью определять значительные расстояния с малой погрешностью, а также с высокой точностью измерения горизонтальных и вертикальных углов. При работе на каждой точке выполняют следующие операции:

• центрируют тахеометр,
• при помощи цилиндрического уровня приводят прибор в рабочее положение,
• устанавливают опорное вертикальное направление (ориентируя прибор на одну и ту же точку при двух положениях круга, нажимая кнопки «Z» и «Отсчёт»),
• устанавливают опорное горизонтальное направление (ориентируют прибор, при двух положениях круга нажимая кнопки «β» и «Отсчёт»),
• вводят в память тахеометра высоту съёмочной точки, плановые координаты точки, дирекционный угол опорного направления, температуру и давление,
• высоту отражателя телескопической вехи.

Приведём характеристики некоторых электронных тахеометров.

Sokkia SET2X: точность измерения углов - 2˝ (отсчёты берутся по диаметрально противоположным сторонам вертикального и горизонтального кодовых дисков), увеличение - 30˟, компенсатор двухосевой, дальность измерения расстояния без отражателя/с отражателем – 500/5000 м, точность измерения расстояния без отражателя/с отражателем – (3+2x10^-6D)/(2+2x10^-6D), клавиатура – 32 клавиши + цветной сенсорный дисплей.

Рис. 44. Электронный тахеометр Sokkia SET2X.

SET630RK3-33: точность измерения углов - 6˝ (отсчёты берутся по диаметрально противоположным сторонам вертикального и горизонтального кодовых дисков), увеличение - 26˟, компенсатор двухосевой, дальность измерения расстояния без отражателя/с отражателем – 350/5000 м, точность измерения расстояния без отражателя/с отражателем – (3+2x10^-6D)/(2+2x10^-6D), клавиатура – 27 клавиш на каждой стороне (SET630RK- односторонний) + двусторонний дисплей.

Рис. 45. SET630RK3-33.

SRX5: точность измерения углов - 5˝ (отсчёты берутся по диаметрально противоположным сторонам вертикального и горизонтального кодовых дисков), увеличение - 30˟, дальность измерения расстояния без отражателя/с отражателем – 500/5000 м, точность измерения расстояния без отражателя/с отражателем – (3+2x10^-6D)/(2+2x10^-6D), клавиатура – 32 клавиши + цветной сенсорный дисплей.

Рис. 46. SRX5.

12.2. Цифровые нивелиры. Отличием цифровых нивелиров от обычных оптических является наличие электронного устройства, снимающего отсчёты по рейке со специальным штрих-кодом. Современные цифровые нивелиры могут быть использованы при нивелировании любой точности.

При нивелировании II класса используют кодовые рейки с инварной полосой. Нивелирование производят в прямом и обратном направлениях. При нивелировании в прямом направлении порядок наблюдений на станции следующий. На нечётной станции: первый приём – отсчёт по задней рейке, отсчёт по передней; второй приём – отсчёт по передней, отсчёт по задней. На чётной станции: первый приём – отсчёт по передней рейке, отсчёт по задней; второй – отсчёт по задней, отсчёт по передней. Между 1-м и 2-м приемами измерений рекомендуется изменять горизонт прибора на высоту не менее 3 см. Максимальная длина луча визирования – 40 м. Высота визирного луча над подстилающей поверхностью должна быть не менее 0,5 м. В отдельных случаях при длине луча визирования до 30 м разрешается выполнять наблюдения при высоте луча визирования более 0,3 м. Неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускают не более 1 м. Накопление этих неравенств по секции (части хода, на которой проводятся измерения) разрешается не более 2 м. При каждом наведении на рейку отсчеты по средней нити снимаются дважды. Расхождения между превышениями в приемах не должны превышать 0,7 мм. При нивелировании III класса используют кодовые рейки с инварной полосой или кодовые складные рейки. Порядок наблюдения на станции: первый приём – отсчёт по задней рейке, отсчёт по передней; второй приём – отсчёт по передней, отсчёт по задней. Между 1-м и 2-м приемами измерений рекомендуется изменять горизонт прибора на высоту не менее 3 см. Максимальная длина луча визирования – 70 м. Высота визирного луча над подстилающей поверхностью должна быть не менее 0,3 м. Неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускают не более 2 м. Накопление этих неравенств по секции разрешается не более 5 м. при каждом наведении на рейку отсчёт снимается один раз. Расхождения между превышениями в приемах не должны превышать 3 мм.

Требования к нивелирам, предназначенным для нивелирования того или иного класса определяются «Инструкцией по нивелированию I, II, III и IV классов»

Общие требования к нивелирам, предназначенным для нивелирования I, II, III, IV классов.

Рис. 47. Цифровой нивелир SDL30.

В качестве примера рассмотрим параметры цифрового нивелира SDL30. Точность измерения превышений (на 1 км двойного хода) – 1 мм, увеличение зрительной трубы – 32˟, точность измерения расстояний – 10-20 мм, диапазон измерений – от 1,6 до 100 м, клавиатура – 8 клавиш, диапазон работы компенсатора – 15˝, изображение прямое, память на 2000 измерений.

12.3 Приборы вертикального проектирования. В настоящее время используются как оптические, так и лазерные приборы вертикального проектирования. Наиболее распространённым оптическим прибором является FG-L100 – современный аналог выпускавшегося фирмой «Карл Цейсс» прибора PZL. Тщательно отцентрированный, он позволяет осуществлять передачу точек на монтажный горизонт с погрешностью 1 мм на 100 м. Его характеристики: увеличение зрительной трубы – 31,5˟, диапазон работы компенсатора - ±10˝, предел фокусирования оптического центрира – 0,5 м, точность центрирования на высоту 1,5 м – 0,5 мм, цена деления цилиндрического уровня – 10˝, угол поля зрения – 1,3°. Для сравнения: лазерный прибор вертикального проектирования LV1 фирмы Sokkia даёт погрешность 2,5 мм на 100 м. Его характеристики: длина волны лазера 635 нм; класс лазера -2 (IEC 82501 1993), II (CFR21); диаметр лазерного пятна на расстоянии 100м (в зенит) – 7 мм; диаметр лазерного пятна на расстоянии 5м (в надир) – 2 мм; диапазон работы компенсатора – ±10˝; предел измерений в зенит – 100 м; предел измерений в надир – 5 м; точность установки отвесной линии в зенит - ±5˝; точность установки отвесной линии в надир - ±1˝.

Рис. 48. Прибор вертикального проектирования FG-L100.

Рис. 49. Прибор вертикального проектирования LV1.

12.4 Лазерные дальномеры. Повсеместное применение получили лазерные рулетки, привлекательные простотой использования, доступной ценой и высокой точностью. Большинство из них отличаются только дальностью измерений (с отражателем или без) и наличием некоторых дополнительных опций – например, датчика угла наклона или интерфейса. В качестве стандартной лазерной рулетки можно привести пример DISTO D3 или D5 фирмы Leica. Их точность - ±1 мм, дальность измерения – от 0,05 до 100 м (у D5 – до 200 м), память на 20 измерений, датчик угла наклона.

Рис. 50. Лазерный дальномер DISTO D3 (габариты 125x45x24 мм).

Рис. 51. Лазерный дальномер DISTO D5 (габариты 143.5x55x30 мм).

12.5 Лазерные сканирующие системы. Не так давно появившиеся лазерные сканирующие системы произвели подлинный переворот в процессе геодезических измерений. Главные достоинства наземного лазерного сканирования – высокая скорость и низкие трудозатраты. Достаточно сказать, что при реконструкции Манежа в г. Москва после пожара все внутренние обмеры были произведены за один рабочий день с двух постановок прибора. Принцип, положенный в основу лазерного сканирования, заключается в определении пространственных координат точек местности. Он реализуется измерением расстояний до точек местности с помощью лазерного безотражательного дальномера. Луч лазера проходит через некоторые определённые точки, называемые узлами сканирующей матрицы. Определяется расстояние до точки по данному направлению и определяется её координата в условной системе координат сканера. Измерения производятся с очень большой скоростью – до нескольких тысяч точек в секунду. В результате измерений формируется набор точек с вычисленными координатами – облако точек, или скан. Несколько различных сканов требуют «сшивки», которую осуществляют, размещая на снимаемом объекте мишени, координаты которых определяются во внешней (например, местной) системе координат, и которые попадают одновременно в соседние сканы. Для перерасчёта координат точек из внутренней во внешнюю требуется наличие как минимум трёх мишеней с известными координатами.

Учитывая весьма высокую стоимость оборудования, основным в работе с лазерными сканерами является тщательное планирование работ, позволяющее избежать простоя дорогостоящего оборудования. Так, при рекогносцировке необходимо определить места стояния прибора, стремясь свести их количество к минимуму, составить схему расположения мишеней.

Одной из последних моделей лазерных сканеров является Topcon GLS-1000. Это импульсный лазерный сканер, созданный для автономной работы (он не требует использования компьютера, внешних аккумуляторов и проводов). Измеряемое расстояние – до 330 м (при отражающей способности цели 90%), точность измерения расстояний – 4 мм/ 150м, угловая точность – 6˝, скорость сканирования – 3000 точек в секунду, плотность сканирования – 1 мм между точками на 100 м.

Рис. 52. Лазерный сканер Topcon GLS-1000.

[1] Юстировка по возможности должна проводиться в мастерской.

[2] Среднее из этих отсчётов (КП+КЛ/2) свободно от влияния этой погрешности.

[3] В настоящее время практически не применяется.

[4] Главная вертикаль – это линия пересечения плоскости снимка с плоскостью, проходящей через центр проекции перпендикулярно к плоскости снимка и горизонтальному участку земной поверхности.