Применение современных электронных тахеометров в топографических, строительных и кадастровых работах


А. В. Виноградов А. В. Войтенко







ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ТАХЕОМЕТРОВ В ТОПОГРАФИЧЕСКИХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ И КАДАСТРОВЫХ РАБОТАХ



Учебное пособие












Москва Вологда Инфра-Инженерия 2019

УДК 62.276.1/.4+622.279.23/.4 (075.8)
ББК 33.36
  В 35


Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент В. Л. Быков, ООО «Лаборатория автоматизации геодезических и фотограмметрических работ» (ООО «ЛАГ»);
канд. техн. наук А. С. Ессин, АО «Омская картографическая фабрика»




      Виноградов, А. В., Войтенко, А. В.
В 35 Применение современных электронных тахеометров втопографических, строительных и кадастровых работах: учебное пособие / А. В. Виноградов, А. В. Войтенко. - М.: Инфра-Инженерия, 2019. - 172 с.
        ISBN 978-5-9729-0271-2




      Даны основные сведения об устройстве электронных тахеометров Nikon Nivo⁵'c и Trimble М и способах проведения ими измерений при различных видах геодезических работ. Рассмотрен порядок выноса проектных данных на местность, приведены основные нормативные требования к выполнению геодезических работ. Освещены типовые способы оценки точности геодезических измерений.
      Для бакалавров и магистров при изучении дисциплин, требующих использования электронных тахеометров, а также инженерно-технических работников проектных, строительных, изыскательских организаций, специалистов Росреестра и экспертов строительного надзора.






ISBN 978-5-9729-0271-2

  © А. В. Виноградов, А. В. Войтенко, авторы, 2019
  © Издательство «Инфра-Инженерия», 2019
                         © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2019

                        благодарю людей, Без которыу не Было Бы ни этой раБоты, ни меня нал^ученого:

неутомимого исследователя,педагога, производственника, друга Аркадия Васильевича Виноградова,

соратника, критика, классного специалиста, друга, >К£ну Веронику Валерьевну Войтенкр

fi. В. Войтенко

                Введение





      В настоящее время при изысканиях в строительстве активно применяются современные электронные приборы. Меняется технология полевых геодезических работ, а обработка полученных результатов производится на персональном компьютере (ПК) в раличных программных модулях. Процесс подготовки должен давать специалистам строительных специальностей навыки решения геодезических задач, возникающих при возведении зданий и инженерных сооружений, с использованием новейших достижений в области геодезического приборостроения.
      В научной и технической литературе приводятся теоретические основы функционирования электронных геодезических приборов. Описание работы их конкретных моделей предоставляется производителями. Нередки случаи, когда такое описание отсутствует, что затрудняет использование приобретенного оборудования. В учебной литературе вопросы применения в строительстве электронных тахеометров, наземных лазерных сканирующих систем и спутниковых навигационных приемников GPS и ГЛОНАСС недостаточно освещены.
      Учебное пособие совмещает в себе описание возникновения и исторического развития электронных тахеометров, принципов измерения расстояний с помощью свойств электромагнитного излучения, а также выполнения топографической съемки и разбивочных работ электронными тахеометрами Nikon Nivo⁵'c и Trimble М3.
      Пособие представляет несомненный интерес для широкого круга специалистов, работающих с электронными тахеометрами вообще и с Nikon Nivo⁵'c и Trimble М3 в частности при выполнении изысканий для трассирования автомобильных дорог и магистральных нефтепроводов, обустройства месторождений полезных ископаемых, строительства крупных инженерных сооружений и т. п.

4

ГЛАВА 1.




                Общие сведения о тахеометрах




     Слово «тахеометр» в переводе с греческого означает «быстро изме-ряющий». В геодезии «быстрые» измерения выполняют при топографической съемке местности, когда необходимо определить горизонтальные и вертикальные углы и линии для множества съемочных точек относительно опорных. До 70-х годов прошлого века для этой цели использовался теодолит-тахеометр, рейка, мерная лента или рулетка. С развитием науки и техники были созданы свето-дальномеры, позволяющие определять расстояния с использованием свойств электромагнитного излучения. Светодальномер установили на теодолит, в результате чего получили новый прибор — оптический тахеометр. В процессе усовершенствования прибора оптическую систему отсчета углов заменили на электронную и таким образом создали электронный тахеометр.
     Сегодня тахеометр — это геодезический прибор, предназначенный для измерения расстояний, горизонтальных и вертикальных углов. Современный тахеометр помимо элементов, присущих всем оптико-механическим приборам, содержит электронную угломерную и светодальномерную части, процессор для обработки измеряемых величин, дисплей для отображения информации и сенсорный или кнопочный блок управления.
     Принцип определения расстояний электронными приборами основан на знании скорости распространения электромагнитных волн (импульсов) по измеряемой линии и определения времени прохождения волной (импульсом) этого расстояния. Применяют два метода определения расстояния (времени). В одном методе на одном конце линии устанавливают передатчик и приемник (приемо-передатчик), а на другом— отражатель (отражающую поверхность). Электромагнитная волна дважды проходит измеряемое расстояние, от приемопередатчика до отражателя и обратно. Расстояние вычисляют по формуле:

D = v ■ т/2 ,

     где v — рабочая скорость распространения электромагнитных волн, т — время прохождения электромагнитных волн по линии в прямом и обратном направлениях.
     Излучаемый прибором сигнал доходит до цели (опрашивает цель) и возвращается обратно (с ответом цели). Такой метод измерения расстояний часто называют запросным. Запросный метод применяют, когда источник излучения электромагнитных волн находится на земле. Запросный метод применяется


5

во многих топографических и геодезических светодальномерах (электронных тахеометрах), радиолокаторах, звуковых дальномерах и т. п. Блок-схема запросного измерения приведена на рис. 1.


Рис. 1. Упрощенная схема измерения расстояний с помощью электромагнитных волн

     Генератор масштабной частоты 1 задает стабильные по частоте колебания. В блоке 2 они модулируются в импульсы и разделяются на два сигнала — опорный и информационный. Опорный сигнал направляется в блок сравнения или счетный блок 6. Передатчик 3 направляет информационный сигнал по дистанции на отражатель 4, который возвращает сигнал на приемник 5. Из приемника информационный сигнал попадает в блок 6, где определяется время задержки т прихода информационного сигнала по сравнению с опорным. В зависимости от функций блоков 1 и 2 в блоке 6 определяют непосредственно время задержки информационного сигнала или параметр времени. Расстояние D вычисляется по полученным в блоке 6 данным, и соответствующее значение выводится на цифровое табло 7.
     Во втором методе волны проходят измеряемое расстояние только в одном направлении: на одном конце линии имеется передатчик, а на другом — приемник, и расстояние р вычисляется по формуле:
p = v • т,

где т — время однократного прохождения дистанции.
     Этот вариант называют беззапросным методом.
     Беззапросный метод реализуется в системах глобальной спутниковой навигации, определяющих координаты по измерениям расстояний. В беззапрос-ном методе передатчик сигналов находится на спутнике. Синхронизация шкал

6

времени на спутниках осуществляется с высокой точностью. На спутниках находятся рубидиевые или цезиевые стандарты частоты, которые корректируются центром управления полетами. Сигналы от спутников принимают спутниковые приемники. Сигнал проходит дистанцию в одном направлении спутник — приемник. Время прохождения дистанции находится как разность времени подачи сигнала со спутника и времени приема сигнала приемником. Для точного вычисления времени т необходима высокая синхронизация шкал времени спутников и приемника. Мы не можем добиться такой синхронизации, и поправка к показаниям часов приемника считается неизвестной. Поэтому при обработке результатов измерений нам необходимо найти пространственные координаты приемника (x, y, z) и поправку к показаниям его часов. Для нахождения четвертого неизвестного необходимо наблюдать не менее четырех спутников. Для контроля, уравнивания и оценки точности необходимо наблюдать пять и более спутников.
      В общем случае для определения длины линии, обозначенной на местности двумя точками, над одной из них устанавливается тахеометр, над другой — отражатель, закрепленный на вешке или специальной подставке и состоящий из триппель-призмы. Современными электронными тахеометрами можно измерить расстояния без призмы (беспризменный режим). Во многих переводных изданиях этот режим называют «безотражательный». Этот термин некорректен. Отсутствие отраженного сигнала не позволит измерить расстояние. При измерении без призмы сигнал отражается непосредственно от объекта. Дальность измерений при этом будет зависеть от оптических свойств объекта. Предельные длины расстояний, измеренные до гладкой светлой поверхности с хорошими отражающими свойствами, в несколько раз превышают расстояния, измеренные до темной шероховатой поверхности.
      Электромагнитное излучение, используемое в электронном тахеометре для определения расстояний, обладает высоким уровнем энергии, поэтому свето-дальномеры различаются в соответствии со стандартами лазерной безопасности. В большинстве геодезических инструментов используются лазеры классов 1, 2 и 3R. Лазеры первого класса удовлетворяют высочайшим стандартам безопасности: прямое попадание излучения на кожу или в открытый глаз безвредно. Лазеры второго класса излучают видимый лазерный пучок, который может представлять опасность для глаз при прямом попадании. Лазеры класса2, как правило, безопасны для использования в публичных местах (где и ведутся съемочные работы) без специальных мер предосторожности, однако следует избегать прямого попадания луча в глаз. Лазерная энергия класса 3R, используемая в геодезии, представляет опасность при попадании на сетчатку глаза.

7

ГЛАВА 2.




                Техника безопасности при работе с тахеометром




     Тахеометры Nikon Nivo⁵'c и Trimble М3 являются лазерными инструментами, относящимися к первому классу лазерной безопасности при измерении расстояний по призме, а при работе без отражателя - ко второму классу. При этих измерениях нельзя направлять зрительную трубу прибора на человека.
     Нельзя разбирать и ремонтировать инструмент самостоятельно, так как можно получить электрический удар или ожог. При этом возможно возгорание прибора.
     Во время зарядки батареи нельзя класть на мягкие или матерчатые предметы зарядное устройство, так как это может привести к перегреву. Нельзя заряжать батарею в сырых или пыльных местах, а также в местах, подверженных прямому попаданию солнечного света или расположенных вблизи источников тепла. Нельзя заряжать сырую батарею, так как это приведет к ее перегреву или возгоранию.
     Нельзя допускать короткого замыкания выводов батареи, так как это может вызвать ее возгорание.
     Нельзя смотреть в зрительную трубу на Солнце — это приведет к повреждению сетчатки глаза.
     Наконечники ножек штатива острые. Необходимо аккуратно переносить и устанавливать штатив, чтобы не пораниться о его ножки. Не следует переносить инструмент, установленный на штативе.


8

ГЛАВА 3.




                Руководство к практическим занятиям с тахеометром Nikon Nivo⁵’c




        § 3.1. Знакомство с тахеометром Nikon Nivo⁵'c

    Для выполнения лабораторных занятий по дисциплинам «Современные технологии геодезических изысканий», «Инженерная геодезия и геоинформатика», «Основы аэрогеодезии. Инженерно-геодезические работы», «Прикладная геодезия», «Математическая обработка геодезических систем на ЭВМ», «Геоин-формационные системы и технологии», «Автоматизация топографических съемок», «Современные методы съемок» применяются тахеометры Nikon Nivo⁵'c и Trimble М3. Основные характеристики NikonNivo⁵'c приведены в табл. 1 (ниже), для Trimble М3 — в табл. 2 (§ 4.1).


Таблица 1
Основные характеристики тахеометра Nikon Nivo5.C

Дальность измерения расстояний по одной призме, м              От1,5 до 5 000
Дальность измерения расстояний в беспризменном режиме, м       200-300       
Минимальное измеряемое расстояние, м                                1,5      
Погрешность измерения расстояния по призме, мм                 3 мм+2 х D мм 
Погрешность измерения расстояния без призмы, мм                3 мм+2 х D мм 
Погрешность угловых узмерений по горизонтальному кругу, уг. с.       5       
Увеличение зрительной трубы, кратн.                                  30      
Диапазон рабочих температур, °C                                От-20 до +50  
Лазерная безопасность при измерении расстояний                 Класс 1       
Безопасность при использовании лазерного указателя             Класс 2       

     Внешний вид тахеометра Nikon Nivo⁵'c с указанием основных его элементов представлен в прил. 1, а Trimble М3 — в прил. 5.
     Для включения инструмента используется кнопка Power, отмеченная на рис. 3.1.


9

Рис. 3.1.
Кнопка для включения тахеометра
Nikon Nivo⁵’c



     Для выключения инструмента также используется кнопка Power. При этом после ее нажатия отображается окно Power key (рис. 3.2), в котором стилусом (компьютерным пером) нужно нажать кнопку Standby.










Рис. 3.2.
Выключение тахеометра Nikon Nivo⁵’c


     Тахеометр серии Nivo имеет два режима измерения расстоянии: на призму и без нее. Смена режимов производится при помощи нажатия и удержания в течение одной секунды клавиш MSR1 или MSR2.
     При измерении малых расстояний по призме (до 20 м) необходимо ее отклонять в пределах 15-30°, как это проиллюстрировано на рис. 3.3, чтобы уменьшить интенсивность отраженного от призмы светового потока.


Рис. 3.3. Схемы установки призмы при измерениях малых расстояний

10