Электронный тахеометр – устройство, конструктивно представляющее комбинацию приборов теодолит и дальномер. Система позволяет определять координаты отражателя путём совмещения перекрестия инструментов на отражателе и одновременного измерения вертикальных/горизонтальных углов и наклонных (откосных) расстояний. Используемый в составе электронной схемы устройства микропроцессор обеспечивает запись показаний в память, а также необходимые вычисления. Полученные данные легко переносятся на компьютер для последующего использования под создание геодезической карты.
СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :
Как применяется электронный тахеометр на практике?
Для того чтобы правильно использовать на практике электронный тахеометр, необходимо знать и понимать:
- физику проведения измерений,
- геометрию вычислений,
- статистику для анализа результатов хода.
В полевых условиях всё это объединяется воедино, включая планирование и внимательные наблюдения. Если электронный тахеометр оборудован регистратором данных, необходимо организовать соединение регистратора данных с компьютером, передачу данных и работу с данными на компьютере. Умение распознавать ошибки в работе, а также исправлять эти ошибки — очень важный аспект профессиональной работы.
Несмотря на то, что электронные устройства тахеометры способны выполнять точные измерения, полевые условия не всегда позволяют получить требуемую точность, просто направив инструмент на цель с последующим снятием показаний. Не исключаются системные ошибки, например:
- внутренние ошибки юстировки прибора,
- ошибки измерителя расстояния,
- ошибки кривизны и рефракции.
Конечно же, вполне допустимы и ошибки оператора, которые уже не устраняются непосредственно прибором. Геодезисты разработали процедуры съёмки, которые обычно включают многократное снятие показаний в «нормальном» и «обратном» положениях инструмента.
Фундаментальные измерения электронным тахеометром
При наведении на соответствующую цель, электронный тахеометр измеряет три параметра:
- вращение оптической оси инструмента от Севера инструмента в горизонтальной плоскости (горизонтальный угол).
- наклон оптической оси относительно местного положения по вертикали (вертикальный угол).
- расстояние между инструментом и целью (наклонное расстояние).
Все остальные значения, которые также может предоставить пользователю электронный прибор тахеометр, получают на основе этих трёх базовых измерений.
Измерение горизонтального угла
Горизонтальный угол отсчитывается от нулевого направления по горизонтальной шкале (или горизонтальному кругу). Когда пользователь впервые настраивает инструмент, выбирается нулевое направление — Север инструмента. Пользователь волен установить ноль (Север) в направлении длинной оси области карты. Или же возможен выбор ориентации инструмента приблизительно по истинному, магнитному или сетчатому Северу.
Нулевое направление необходимо устанавливать так, чтобы иметь возможность восстановления, если инструмент требуется применять в том же месте повторно через какое-то время. Как правило, это делается путём наведения на другую точку отсчёта или удалённого узнаваемого объекта. Применение магнитного компаса для определения ориентации инструмента не рекомендуется, так как ведёт к неточностям.
Большинство эксплуатируемых электронных тахеометров позволяют измерять углы с точностью до 5 секунд (0,0013888°). Соответственно, выровнять инструмент по истинному Северу с учётом возможностей измерений прибора, практически невозможно. Лучшим вариантом применения электронного тахеометра видится установка удобного для пользователя «Севера» с проводкой через съёмку, используя задние точки при перемещении инструмента.
Внутри электронного устройства тахеометра имеется градуированный стеклянный круг, полосами градации которого определяется класс точности прибора. С одной стороны стеклянного круга расположен светодиод, тогда как с другой стороны имеются два фотодиода (схема оптопары). Цепь работы оптопары прерывается, когда полосы градации закрывают путь излучению светодиода. Таким образом, количеством прерываний определяется величина поворота инструмента.
Полосы градации часто делаются ежеминутными (21600 градуировок). Секунды интерполируются по силе сигнала, принимаемого двумя фотодиодами. Это достигается размещением третьего фотодиода на одной линии со светоизлучающим диодом с целью обеспечить опорную мощность сигнала. Относительная сила сигнала других диодов позволяет рассчитать количество секунд.
По умолчанию горизонтальные углы измеряются по часовой стрелке, что соответствует нормальному режиму считывания азимутов на компасе. Но есть также устройства, измеряющие горизонтальные углы против часовой стрелки, что в математическом смысле является положительным направлением угла.
Измерение вертикального угла
Вертикальный угол измеряется относительно местного вертикального (отвесного) направления. Вертикальный угол обычно измеряется как зенитный угол (0° по вертикали вверх, 90° по горизонтали, 180° по вертикали вниз). Правда, также предоставляется возможность сделать 0° по горизонтали.
Измерение зенитного угла рассматривается более простым способом. Телескоп направляется вниз для зенитных углов более 90° и вверх для углов менее 90°. Если же делается горизонтальный 0°, в этом случае придётся работать с положительными и отрицательными вертикальными углами, что сопровождается появлением ошибок.
Для измерения вертикальных углов прибор устанавливается строго вертикально. Тахеометры электронного типа содержат внутренний датчик (вертикальный компенсатор). Сенсор обнаруживает небольшие отклонения инструмента от вертикали. Электроника прибора регулирует, соответственно, горизонтальный и вертикальный углы.
Компенсатор, однако, ограничивается малым диапазоном регулировки, поэтому инструмент следует выравнивать тщательно. Если отмечается значительный отход от уровня, электронный тахеометр выдаёт сообщение об ошибке. Вертикальные углы измеряются той же механико-оптической системой, что и горизонтальные углы. Индексирование круга является обычным делом.
Измерение расстояния по откосу
Расстояние от инструмента до отражателя измеряется посредством электронного дальномера. Большинство таких схем имеют диод на основе ареснида галлия — излучатель инфракрасного светового луча. Этот луч обычно модулируется двумя или более разными частотами.
Инфракрасный луч излучается электронным тахеометром, отражается рефлектором, принимается и усиливается схемой. Полученный сигнал сравнивается с опорным сигналом, генерируемым прибором (тем же генератором сигналов, который передаёт микроволновый импульс), после чего определяется фазовый сдвиг. Этот фазовый сдвиг является мерой времени в пути, следовательно, расстоянием между электронным тахеометром и отражателем.
Методика измерения расстояний нечувствителен к фазовым сдвигам, превышающим одну длину волны. Поэтому невозможно определять расстояния между прибором и отражателем, превышающие 1/2 длины волны (прибор измеряет двустороннее расстояние). Например, если длина волны инфракрасного луча составляла 4000 м, тогда если отражатель находился на расстоянии 2500 м, будет получено значение расстояния — 500 метров.
Поскольку измерение с точностью до миллиметра требует очень точных измерений разности фаз, организуется излучение двумя (или более) длинами волн. Одна длина волны, к примеру, составляет 4000 метров, тогда как другая длина волны составляет 20 метров. Большая длина волны позволяет считывать расстояния от 1 метра до 2000 метров с точностью до метра. Вторая длина волны позволяет измерять расстояния от 1 мм до 9,999 метров.
Объединение двух результатов даёт расстояние с точностью до миллиметров. Поскольку два показания перекрываются, значение счётчика каждого показания допускается использовать в качестве теста.
Например, задействованы длины волн λ1 = 1000 м и λ2 = 10 м. Цель расположена на расстоянии 151,51 метра. Расстояние, возвращаемое длиной волны λ1, равно 151 метр. Расстояние, возвращаемое длиной волны λ2, равно 1,51 м. Объединение двух результатов, соответственно, даёт 151,51 метр.
Базовые расчёты при работе электронного тахеометра
Как уже отмечалось, электронные тахеометры измеряют только три параметра:
- горизонтальный угол,
- вертикальный угол,
- наклонное расстояние (откос).
Все эти измерения имеют некоторую погрешность, однако для демонстрации геометрических расчетов можно предполагать, что показания безошибочные.
Расчёт горизонтального расстояния
Чтобы вычислить координаты или отметки, изначально необходимо преобразовать наклонное расстояние в горизонтальное расстояние. Горизонтальное расстояние (HD) составляет:
HD = SD cos (90° — ZA) = SD sin (ZA)
где SD — наклонное расстояние, ZA — зенитный угол. Горизонтальное расстояние будет использоваться в расчётах координат.
Расчёт вертикального расстояния
Обычно рассматриваются два вертикальных расстояния. Одно расстояние — разница высот (dZ) между двумя точками на земле. Другое расстояние — вертикальная разница (VD) между осью оголовка инструмента и осью наклона рефлектора. Для расчёта перепада высот необходимо знать высоту оси наклона инструмента (IH). То есть высоту центра телескопа и высоту центра отражателя (RH).
Проще расчёт выглядит следующим образом: нужно мысленно представить точку на земле под инструментом:
- Продвинуться вверх на расстояние IH.
- Пройти горизонтально до вертикальной линии, проходящей через отражатель.
- Пройти вверх (или вниз) на расстояние по вертикали (VD) до отражателя.
- Пройти вниз до земли (RH).
Результат — полученная разница высот между двумя точками на земле. Формула такого расчёта записывается так:
ED = VD + (IH – RH)
Величины IH и RH измеряются и записываются в полевых условиях. Вертикальный перепад (VD) рассчитывается по вертикальному углу и наклонному расстоянию.
VD = SD sin (90 ° — ZA) = SD cos (ZA)
Подстановкой этого результата в уравнение выше, получается:
dZ = SD cos (ZA) + (IH — RH)
где dZ — изменение высоты над уровнем земли под тахеометром.
Следует обратить внимание: если высота инструмента и отражателя совпадает, указанная часть уравнения не нужна. Если расчёты проводятся вручную, удобно установить высоту отражателя такой же, как высота инструмента. Если инструмент находится на известной высоте (IZ), тогда высота земли под отражателем (RZ) равна:
RZ = IZ + SD cos (ZA) + (IH — RH)
Инструкция пользования прибором стандартно
Установить точку отсчёта конкретного проекта. Как правило, точка отсчёта измеряется посредством конвентационных средств. Отметить точку отсчёта вбитым в грунт маркерным клином.
Подготовить штатив электронного тахеометра, раскрыть штатив и установить над отмеченной точкой отсчёта. Желательно постараться расположить центр штатива по оси вбитого в грунт маркерного клина.
Прикрепить трегер (крепёжную пластину) и уровень грубой настройки к штативу. При необходимости отрегулировать. Используя этот начальный инструмент для измерения курса, установить штатив ровно и прямо над точкой отсчёта.
Поместить электронный тахеометр на крепёжную пластину штатива, стараясь не допустить смещения по центру, закрепить. Подключить аккумулятор и контроллер электронного тахеометра с помощью соответствующих кабелей.
Включить аппарат и открыть функционал уровня тонкой настройки с помощью алгоритмов контроллера. Через уровень тонкой настройки отрегулировать прибор с учётом расположения прямо над маркером обследования на стойке. Необходимо получить идеальный уровень перед тем, как начинать работу.
При помощи информации: PDX