Современные геодезические методы измерений

Электронная тахеометрия

 

Электронный тахеометр объединяет теодолит, светодальномер и микро-ЭВМ, позволяет выполнять угловые и линейные измерения и осуществлять совместную обработку результатов этих измерений (рисунок 5.1). Ведущие производители электронных тахеометрических систем: « Spectra Precision»(Швеция/Германия), «Leica» (Швейцария), «Sokkia», «Topcon», «Nikon», «Pentax» (Япония), «Trimble» (США), «УОМЗ» (Россия).

Электронные тахеометры (ЭТ) делят на ЭТ с визуальным отсчетом углов и ЭТ с электронным отсчетом (Total station – универсальные станции).

В первом случае снимаемые визуально отсчеты по шкаловому микрометру или оптическому микрометру вводят в процессор ручным набором на клавиатуре, а во втором углы в цифровом виде выводятся на табло. Линейные величины выводятся на табло во всех случаях.

Автоматическое считывание углов выполняется путем их перевода в электрические сигналы при помощи аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Применяют в основном два вида АЦП – кодовый и инкрементальный(цифровой, дигитальный).

При кодовом методе лимб является кодовым диском с системой кодовых дорожек, обеспечивающих создание сигналов 0 и 1 в двоичной системе исчисления или сигналы в двоично-десятичных кодах, циклических и др., а также коды с избыточностью (корректирующие коды), позволяющие обнаруживать и исправлять ошибки. Кодовый метод является абсолютным, при котором каждому направлению однозначно соответствует определенный кодированный выходной сигнал. Для считывания информации с кодовых дисков обычно используют фотоэлектрический способ, при котором диск просвечивают световым пучком, поступающим на фотоприемное устройство, и в результате на выходе получают комбинации электрических сигналов, соответствующих определенным значениям направлений. Затем электрические сигналы поступают в логические схемы, и в итоге измеряемая величина в цифровом виде воспроизводится на табло.

В инкрементальном методе используют штриховой растр (систему радиальных штрихов), который через одинаковые интервалы (до 100 штрихов на 1 мм) наносят на внешний край лимба или алидады. Штрихи и равные им по толщине интервалы создают последовательность элементов «да-нет», которые называют инкрементами.

Считывание выполняют также оптическим методом, числу прошедших инкрементов соответствует число световых импульсов, поступивших на светоприемник. Для учета направления вращения круга используют два фотоприемника, воспринимающих импульсные сигналы, сдвинутые по фазе на 90°, что достигается соответствующим размещением фотоприемников относительно растра или использованием двух одинаковых растров, сдвинутых относительно друг друга на 1/4 инкремента.

Инкрементальный метод является относительным, которым измеряют углы, а кодовым, который является абсолютным, – направления. Для повышения точности применяют системы, содержащие несколько расположенных определенным образом относительно круга пар фотодиодов, сигналы от которых сдвинуты по фазе, совместная обработка сигналов дает высокое угловое разрешение.

Микропроцессоры в электронных тахеометрах используют для управления, контроля и вычислений. На табло по команде с пульта управления процессора могут выдаваться наклонные расстояния, горизонтальные проложениния, горизонтальные и вертикальные углы, превышения и др. В электронных тахеометрах последних моделей имеются микроЭВМ с памятью и устройством ввода и вывода данных, с регистрацией информации в запоминающем устройстве и ее выводом на внешний накопитель.

Имеется возможность в соответствии с заложенными программами в полевых условиях решать различные геодезические задачи, результаты могут выдаваться на табло, записываться в память или могут быть переданы на подключенный к прибору внешний накопитель информации.

Внешний полевой накопитель («электронный полевой журнал») хранит полученную в поле информацию для последующей обработки в камеральном вычислительном центре. Следовательно, современные электронные тахеометры позволяют создавать комплексную систему автоматизированного картографирования, состоящую из электронного тахеометра, полевого накопителя информации, стационарной ЭВМ и графопостроителя.

Использование электронных тахеометров связано с изменением традиционных методик и технологий геодезических работ. Так, по сравнению с существующей технологией выполнения традиционных топографических съемок электронная тахеометрия имеет ряд неоспоримых преимуществ.

В случае использования электронных тахеометров можно осуществить топографические съемки путем реализации технологий электронно-блочной тахеометрии. Общая их сущность заключается в том, что весь объект, подлежащий съемке, разделяют на отдельные участки-блоки. В пределах блока съемку выполняют с одной установки электронного тахеометра. При этом съемочное обоснование предварительно не создается, оно формируется в процессе съемочных работ.

Электронно-блочная тахеометрия может быть реализована в нескольких вариантах: последовательно расположенными станциями (последовательная тахеометрия), свободными станциями (кусочная тахеометрия) и их комбинацией. В любом случае связь между блоками обеспечивается наличием связующих точек.

Тахеометрия свободными станциями основана на использовании для определения положения станций пространственных угловых, линейных и комбинированных засечек. Для осуществления этой технологии съемки достаточно иметь разреженную, произвольно расположенную геодезическую основу. Привязка свободной станции производится к минимальному числу исходных пунктов, ее координаты можно определить способами обратных линейно-угловых засечек (рисунок 5.2).

(Х 2, Y 2)

1 (Х 1, Y 1)

Положение съемочной станции Р можно получить путем измерения расстояния S на один из исходных пунктов и угла b между двумя исходными пунктами. Тогда

(Х р, Y р)

X_P = X ₂ + S _{2 P} ∙ cosα_{2 P} ;

 

Y_P = Y ₂ + S _{2 P} ∙ sinα_{2 P} ^,

 

где α_{2 P} = α₂₁ – γ; γ = arcsin [(S ∙ sinβ) / b ]; S ²_{2 P} = b ² + S ² – 2 bS ∙ cos[(180^o – (β – γ)].

 

При использовании общепринятых схем засечек отметим, что для определения положения съемочной станции, кроме плановых координат исходных пунктов, необходимо знать и их высоты.

Определение отметок станций электронным тахеометром осуществляется тригонометрическим нивелированием, для этого необходимо со станции измерить угол наклона и расстояние на точку, отметка которой известна (рисунок 5.3).

 

H _ст = Н _{исх. п} – h – i;

 

где h = S ∙ sin υ = d ∙ tgυ;

 

d – горизонтальное проложение, которое можно определить согласно рисунку 5.4 по формуле

 

d = b ∙ sinβ₂ / sin(β₁ + β₂).

	Рисунок 5.4 – Схема определения
Рисунок 5.3 – Схема определения отметки съемочной станции	горизонтального проложения косвенным способом

 

Тахеометрия свободными станциями представлена на рисунке 5.5.

 

 

Рисунок 5.5 – Пример построения схемы свободной тахеометрии

 

Здесь последовательность выполнения съемки и зоны расположения станций С ₁, С ₂, С ₃... не регламентируются ничем, кроме как видимостью на пункты геодезической основы А, В и D. В процессе съемки для контроля ряд

точек К ₁, К ₂, К ₃ ... определяют дважды от разных съемочных станций (блоков). Контроль также может быть осуществлен путем выполнения избыточных измерений. Особенностью данного способа является и то, что съемку можно производить с высоких устойчивых средств передвижения или на за-строенных территориях с крыш высотных зданий с хорошим круговым обзором местности, что обеспечивает большой радиус съемки.

В качестве пунктов исходного геодезического обоснования, используемых для определения координат и высот станций кусочно-блочной тахеометрии, могут служить маячковые пикеты. Ими являются местные предметы (телевышки, дымовые трубы, шпили зданий, громоотводы и т.п.), координаты и высоты, верха которых или их характерных элементов известны.

Как уже отмечалось, наиболее рациональными геодезическими построениями при реализации электронно-блочной тахеометрии являются геодезические засечки. Наиболее оптимальным видом засечки будет комбинированная, т. к. при этом выполняется минимум измерений (см. рисунок 5.2).

При последовательном осуществлении ряда комбинированных засечек формируется последовательная электронно-блочная тахеометрия, одной из особенностей которой является создание съемочного обоснования совместно со съемкой пикетов. Она может быть представлена с полной (а) или координатной (б) привязкой, в виде замкнутых (в) или висячих (г) ходов (рисунок 5.6).

 

Рисунок 5.6 – Схемы последовательной электронно-блочной тахеометрии

Другой особенностью электронно-блочной тахеометрии является то, что в ходовой линии (за ходовую линию принимается линия, проложенная

между опорными геодезическими пунктами и всеми станциями) для каждой стороны известны приращения координат, а горизонтальные углы – только на станциях стояния инструмента (рисунок 5.7).

 

Отличием данного метода является то, что необязательна видимость между смежными съемочными станциями, на которых устанавливается электронный тахеометр. Связь между соседними блоками осуществляется только наличием двух связующих точек на каждой из смежных сторон блоков.

Методика выполнения съемки пикетов при электронно-блочной тахеометрии возможна по следующим схемам (рисунок 5.8).

 

 

Рисунок 5.8 – Схемы съемки пикетов при электронно-блочной тахеометрии:

а – по радиусу; б – по спирали; в – лучевой; г – зигзагом

 

При наборе съемочных пикетов по таким схемам легко осуществляется контроль их расположения, который зависит от расположения самого пикета на съемочной линии. При корректировке съемки легко восстанавливается положение любого пикета по его номеру.

Последними разработками в области электронной тахеометрии являются комплексы, в которых электронный тахеометр и спутниковый (GNSS) приемник объединены в одну систему, например SmartStation компании «Leica» (рисунок 5.9). Преимуществом данной системы является то, что при съемке нет необходимости в наличии опорного обоснования, прокладки длинных ходов и выполнении обратных засечек. SmartStation устанавливается там, где удобно, GNSS-приемник определит местоположение и можно начинать съемку тахеометром. Полная совместимость с GPS предоставляет новые возможности при выполнении съемок. Съемка легче, быстрее и с меньшим количеством перестановок.

 

Рисунок 5.9 – Система SmartStation

 

Электронная тахеометрия позволяет решать следующие задачи:

1) сгущение геодезической сети методом полигонометрии;

2) измерение сторон в трилатерации;

3) создание планово-высотного обоснования;

4) привязка снимков;

5) топографическая крупномасштабная съемка местности;

6) геодезические работы при инженерно-геодезических изысканиях;

7) геодезическое обеспечение монтажных работ при строительстве зданий и инженерных сооружений;

8) геодезические работы на строительных площадках и многие другие задачи геодезии, земельного и городского кадастра и т. п.