История развития нового геодезического прибора (Измерительном комплексе)

В ходе измерения делается около 20000 лазерных импульсов в секунду. Затем они усредняются для  получения более точного значения расстояния. Точность обычных импульсных дальномеров обычно несколько ниже, чем у фазовых (до 10 мм). Однако в  дальномере Trimble DR300+ используется патентованная  методика обработки сигнала, позволяющая  достичь высокой точности при  измерении больших расстояний как  с использованием, так и без  использования призм. Некоторые  тахеометры с импульсным дальномером  перед каждым измерением должны быть сфокусированы на цель. При использовании Trimble DR300+ этого не требуется.

4.3.2.1.1.  Фазовый дальномер

 DR Standard – это лазерный дальномер, основанный на методе сравнения фаз сигнала. Дальномер передает коаксиальный оптический пучок с модулированной интенсивностью, который отражается от призмы или другой отражающей поверхности. После этого определяется разность фаз между переданным и отраженным принятым сигналом, по которой вычисляется расстояние. В режиме измерений по призмам дальномер DR Standard работает как быстрый и точный дальномер с большим радиусом действия (до 3500 м по одной призме). В безотражательном режиме DR дальномер DR Standard передает красный коллимированный лазерный пучок до цели и вычисляет сдвиг фазы между переданным и принятым сигналами. Метод измерения разности фаз работает по принципу наложения на несущую частоту модулированного сигнала. Прибор измеряет постоянное смещение фазы, несмотря на неизбежные изменения в излучаемом и принимаемом сигнале. В результате сравнения фаз опорного и получаемого сигнала определяется только величина сдвига фазы, а целое число циклов остается неизвестным и не позволяет сразу получить расстояние. Эта неоднозначность разрешается путем многократных измерений модуляции волны, в результате чего определяется уникальное целое число циклов. Как только целое число циклов определено, то расстояние до цели может быть вычислено очень точно.

4.4.  Угломерная часть.

В оптическом теодолите свет попадает через зеркало подсветки, а приемником информации является глаз наблюдателя, берущего  
отсчёт в окуляре оптического микрометра.

В электронных тахеометрах работу подсветки выполняет светодиод, в качестве микрометра используется дифракционная решетка, а приемником информации является фотоприемное устройство, которое преобразует световую энергию  в электрический сигнал.

Угломерные системы в современных  тахеометрах бывают аналоговые и  цифровые. Принцип настройки у  них один, но исполнение разное. Угломерные системы бывают одно- и двусторонние. 
Аналоговые угломерные устройства представляют собой лимб со штрихами, где толщина штрихов равна промежутку между ними. Для того чтобы датчик угла мог оценить направление счета, необходимо иметь две полосы со штрихами. Между собой штрихи сбиты на четверть толщины штриха. Под лимбом устанавливается дифракционная решетка.

 Светодиод просвечивает лимб с решеткой, и изображение полученной муаровой картины попадает на фотоприемное устройство. На нем четыре окна; два под внешней полосой штрихами и два под внутренней. Каждая пара окон снимает отсчеты sin и cos. Затем сигналы "sin - sin" и "cos -cos" объединяются, усиливаются предварительным усилителем и передаются в накопительный датчик угла

Датчик угла способен посчитать  число периодов и таким образом  определить угол поворота тахеометра.

 
Рис.16. Растровые лимбы

   Счет по растровому лимбу возможен только при наличии дифракционной решетки. В разных тахеометрах применяют разные конструктивные решения. Вот некоторые из них. 
Лимб вертикального круга (1) прикреплен к оси трубы (2). Дифракционная решетка (4) подкреплена к стойке (3). За решеткой установлен фотоприемник (5), который крепится вместе с излучателем (б) к корпусу (7) болтами (8), Для установки дифракционной решетки (4) используют микроскоп. (рис 16)

    Лимб, установленный на  оси зрительной трубы, вращается  во втулке корпуса. На корпус  монтируется второй лимб на  станине, прикрепленной к корпусу.  На лимб нанесены две дифракционные  решетки. К корпусу монтируют  фотоприемные устройства со светодиодами. Посадочные места лимбов скреплены  между собой болтами через  пружинные шайбы. Затяжка болтов  сближает лимбы, ослабляя болты.  Пружинные шайбы ослабляют лимбы.  Это позволяет фокусировать оптическую  систему.

5.  Конструктивные особенности в новых приборах, новые возможности приборов.

При производстве большинства  геодезических работ, как правило, требуется выполнять как угловые, так и линейные измерения, для  чего обычно использовались оптические тахеометры. Еще в конце ХЕХ  века венгерский геодезист Тихи ввел в обиход слово «тахеометр», которое  в переводе с греческого языка  означает «быстроизмеряющий».

Позднее для этих целей  стали использовать светодальномеры  и теодолиты. Когда были созданы  компактные светодальномеры, то конструкция  их предусматривала возможность  установки на теодолит. И в настоящее  время конструкции светодальномеров, выпускаемых Уральским оптико-механическим заводом, предусматривают возможность их установки на теодолит. Позднее начали выпускаться приборы в общем корпусе для оптического теодолита и светодальномера. Мощным толчком в геодезическом приборостроении стал выпуск электронного тахеометра AGA-136 (Швеция), в котором оптическая система отсчета углов была заменена на электронную, т. е. в едином корпусе размещался прибор, который совмещал функции светодальномера и цифрового теодолита. В дальнейшем в электронный тахеометр был введен полевой компьютер, открыв тем самым начало выпуска компьютезированных электронных тахеометров. Использование электронных тахеометров позволило полностью отказаться от ведения полевого журнала.

В современные приборы  начали встраивать мощные полевые компьютеры для обработки результатов измерений  и решения непосредственно в поле типовых геодезических задач, расширились потенциальные возможности приборов за счет значительного улучшения технических характеристик.

Каждый электронный тахеометр  имеет зрительную трубу, блок измерения расстояний (светодальномер), блок измерения углов (цифровой теодолит) и спецвычислитель, в который встроены программы для решения непосредственно в поле типовых геодезических задач.

Встроенное программное  обеспечение большинства электронных тахеометров позволяет решать целый ряд геодезических задач. Например, электронные тахеометры фирмы Sokkia (Япония), которые отличаются высокой надежностью и точностью,

имеют программное обеспечение, позволяющее решать следующие задачи:

• определять горизонтальное проложение и превышение;
• решать прямую и обратную геодезические задачи;
• вычислять превышения и расстояния между неприступными      точками, определять высоту объектов, на которые невозможно установить отражатель, например, линии электропередачи, высотные здания, стены и т.д.;
• выполнять расчет площади и периметра снимаемого участка;
• помещать в отдельный список для последующего быстрого поиска выносимые в натуру точки;
• осуществлять вынос в натуру точек по углу и расстоянию, по координатам, по створу между двумя точками на задаваемую вертикальную или наклонную плоскость.

Помимо встроенного программного обеспечения, есть специализированные программы, которые поставляются отдельно (например программы, используемые при изысканиях и строительстве дорог «Road», программы для геометрических построений «ССЮО» и т.д.).

Электронных тахеометров серии 10 SET (Sokkia). Электронные тахеометры этой серии удобны в работе и имеют большой набор встроенных программ. При необходимости быстрого ввода названий точек и координат можно использовать беспроводную клавиатуру SF 14, имеющую 37 клавиш 152 (стандартная клавиатура имеет 15 клавиш). Объем внутренней памяти -10 ООО точек. Для работы при низких температурах может быть использована модель, работающая при температуре —30 °С.

Средняя квадратическая погрешность измерения угла для высокоточных приборов составляет 1". Выпускаются также электронные тахеометры, обеспечивающие точность угловых измерений 2 ", 3 ",5 " либо 6 " (в зависимости отмодели прибора), а точность линейных измерений ~2—3-10~* D (D — длина трассы в мм). Большинство электронных тахеометров фирмы Sokkia имеет встроенные безотражательные светодальномеры.

Особый ряд приборов представляют собой электронные тахеометры с сервоприводом и автоматическим наведением на визирную цель. К таким электронным тахеометрам относятся электронные тахеометры фирмы Sokkia серии 110М SET 411 DM/311 DM. При наведении на визирную цель оператору достаточно видеть в поле зрения зрительной трубы отражатель (трипельпризму). Точное наведение на цель производится автоматически при измерении расстояния. Использование электронных тахеометров с сервоприводом позволяет выносить точки с гораздо большей скоростью, чем при использовании приборов с визуальным наведением, на цель. Для задания створа такие приборы снабжены створоуказателями, задающими створ двумя световыми пучками — красным и зеленым. Если точка находится справа от визирной оси, виден красный цвет, а если слева — зеленый.

       В нашей  стране серийно выпускается электронный тахеометр ЗТа5С. Он оснащен двух- осевым компенсатором наклона инструмента с диапазоном работы ±5автоматическим аттенюатором, четырехстрочным жидкокристаллическим экраном с подсветкой и 12-клавишной клавиатурой, при помощи которой производится управление всеми режимами измерений, вычислений, записи и передачи данных. Результаты измерений могут сохраняться на PCMCIA карте памяти и передаваться в компьютер. Программный комплект CREDO может автоматически производить соединение с тахеометром и получать данные без предварительного сохранения файла на диске компьютера. Электронным тахеометром можно производить измерения полярных и прямоугольных координат, высотных отметок, площадей Как уже отмечалось, в последние годы появились электронные тахеометры, работающие без отражателей с дальностью действия более 1 км и наиболее сложные, с автоматическим поиском цели. Как правило, все электронные тахеометры с сервоприводом сейчас могут включать в себя опции безотражательного дальномера. При безотражательном режиме работы с прибором работает один человек. Применение таких приборов особенно эффективно на закрытых территориях. При этом очень быстро производятся измерения до различных вертикально стоящих объектов, например, зданий, деревьев, столбов и т. д., так как не требуется переставлять отражатель. В том случае, когда тахеометр с безотражательным дальномером оснащен еще и системой самонаведения на призму и радиомодемом (конфигурация Robotic), необходимость в реечнике отпадает совсем, так как нет необходимости вручную поворачивать инструмент, потому что прибор отслеживает положение отражателя

  При создании роботизированных тахеометров использованы новейшие достижения науки и техники.

         Тахеометер ® S6 [99, 174] снабжен сервосистемой вращения осей, при создании которой впервые в мировой практике компенсацию ошибок за наклон вертикальной и горизонтальной осей вращения, коллимационной погрешности. Кроме того, с целью уменьшения ошибок отсчета и наведения прибор выполняет усреднение результатов.

Эти приборы широко применяются  для автоматизации управления строительными  машинами и механизмами Необходимо отметить, что использование безотражательных электронных тахеометров не только увеличивает производительность работ, но при этом повышается и безопасность их выполнения. Последнее особенно важно, когда выполняются работы вблизи мест оживленного движения транспорта. Безотражательные электронные тахеометры позволяют геодезистам измерять объекты, оставаясь вне опасных зон. С помощью этих приборов легко измерять недоступные обычному дальномеру точки, производить съемку на опасных для установки отражателя объектах, например, дорогах, мостах и т. д., так как нет необходимости перекрывать движение транспорта и при этом соблюдается полная безопасность работ. Способность выполнять безотражательные измерения на большие расстояния особенно важна при съемке фасадов здания с высокой точностью. Эти приборы могут применяться для задания и развития съемочного обоснования, выноса проекта в натуру, управления и слежения за строительной техникой, а также для съемочных работ и др.

С 2005 г. фирма Торсоп (Япония) начала выпускать новые приборы - фототахеометры GPT-7000i, которые позволяют получать на экране тахеометра изображение, создаваемое зрительной трубой

 Например, при выносе  в натуру, глядя в видоискатель, оператор четко выводит своего  помощника с призмой на выносимые  точки. Кроме того, встроенная  дополнительная цифровая камера позволяет получать мелкомасштабные снимки местности. Объектив этой камеры размещен над объективом зрительной трубы. Тахеометры GPT-7000i созданы на базе уже известной в России серии безотражательных тахеометров GPT- 7000 с добавлением технологии цифровых изображений. GPT-7000i имеет встроенную операционную систему Windows СЕ и увеличенный объем памяти для хранения изображений.

Прибор позволяет сделать фотоснимок измеряемого объекта и сохранить его в памяти вместе с результатами измерений. Благодаря этому вместо создания традиционных схематичных планов для отображения результатов снимаемого объекта вместе с измеренными точками и линиями. Оператор может проконтролировать точки (линии), которые были или не были измерены, что позволяет избежать ошибок при выполнении полевых работ. Снимок местности, полученный с помощью фототахеометра, упрощает процедуру выноса точек в натуру, так как все выносимые точки отображаются на экране. Для серии GPT-7000i существуют 2 вида программного обеспечения. Основная программа — TopSURV ON Board, которая предназначена для решения общих задач съемки и используется для управления тахеометром. Она представляет полный набор процедур для выполнения съемки, выноса в натуру и решения тривиальных геодезических задач. Эта программа устанавливается на заводе изготовителе.