Современные методы и приборы, использующиеся при наземных геодезических съёмках

Министерство  общего и профессионального образования

Российской  Федерации

Уральский Государственный  Университет имени Горького

 

 

 

Реферат

 

Современные методы и приборы, использующиеся при  наземных геодезических съёмках

 

 

 

 

 

Исполнитель:   Соболев Арсений Андреевич

Студент И-201 группы

 

Руководитель: Казаченко Наталья Анатольевна

 

Оглавление

Введение 3

Геодезические приборы 4

Электронный тахеометр 5

Теодолит 8

Электронный теодолит 11

Лазерный теодолит 11

Гироскопический теодолит (гиротеодолит) 12

Лазерные нивелиры 13

Лазерные сканирующие системы 14

Геодезические работы 15

Наземное лазерное сканирование 17

Топографическая съемка 18

Теодолитная съемка 19

Тахеометрическая съемка 25

Нивелирование поверхности 30

Методы исполнительных съемок 32

Координатный метод с применением безотражательных электронных тахеометров 33

Метод лазерного сканирования 34

Фотограмметрический метод 35

Вывод 37

Список использованной литературы 38

 

 

Введение

Геодезия - наука которая нашла широкое применение в строительстве и решает следущие основные задачи: получение геодезических данных на стадии проектированния сооружения (инженерно-геодезические изыскания); вынос в соответствии с проектом и закрепление на местности основных осей и границ сооружений (разбивочные работы); обеспечение правильных геометрических форм и размеров элементов сооружения на стадии строительства, определение отклонений построенных элементов сооружения от проектных (исполнительные съемки), наблюдение за деформациями земной поверхности или самого сооружения.

Для геодезических работ любого плана используются различными способами многочисленные инструменты и методы. Недавно, на смену старому поколению приборов и методов, использующихся при геодезической съемке, пришло новое. Поэтому, целью данного реферата стало составление обзора новых методов и приборов, используемых при наземных геодезических съёмках.  

Геодезические приборы

При геодезических работах используются различные геодезические приборы. Для начала рассмотрим их краткий перечень:

 

Электронный тахеометр. Многофункциональный геодезический прибор, сочетающий в себе теодолит, лазерный дальномер и компьютер, предназначенный для решения множества строительных и геодезических задач. Наиболее популярны тахеометры Topcon, Sokkia, Leica

Теодолит геодезический инструмент для определения направлений и измерения горизонтальных и вертикальных углов при геодезических работах. Наиболее популярны теодолиты Sokkia, Pentax, Vega  

 
Нивелир геодезический инструмент для определения разницы высот точек земной поверхности. Наиболее популярны нивелиры Leica, Sokkia, Pentax

 

GPS приемник геодезический прибор для выполнения спутниковых определений

 

Приборы вертикального  проектирования предназначены для передачи планового положения точек в зенит (вверх) или надир (вниз). ПВП применяются при строительстве высотных зданий, сооружений и дымовых труб. Используются при установке буровых вышек, теле- и радиоантенн и др.

Гиротеодолит - гироскопическое визирное устройство, предназначенное для ориентирования туннелей, шахт, топографической привязки и др. Служит для определения азимута (пеленга) ориентируемого направления и широко используется при проведении маркшейдерских, геодезических, топографических и др. работ. 

Новым их поколением является электронное и лазерное оборудование, пришедшее на смену оптическому. Современные инструменты, использующиеся для геодезических съёмок, будут рассмотрены в следующих главах.

 

Электронный тахеометр

Тахеометр— геодезический прибор для измерения расстояний, горизонтальных и вертикальных углов. Используется для вычисления координат и высот точек местности при топографической съёмке местности, при разбивочных работах, переносе на местность высот и координат проектных точек.

Тахеометры, в которых  все устройства (угломерные, дальномерные, зрительная труба, клавиатура, процессор) объединены в один механизм, называют интегрированными тахеометрами.

Тахеометры, которые состоят  из отдельно сконструированного теодолита (электронного или оптического) и светодальномера, называют модульными тахеометрами.

В электронных тахеометрах расстояния измеряются по разности фаз испускаемого и отраженного луча (фазовый метод), а иногда (в некоторых современных моделях) — по времени прохождения луча лазера до отражателя и обратно (импульсный метод). Точность измерения зависит от технических возможностей модели тахеометра, а также от многих внешних параметров: температуры, давления, влажности и т. п.

Диапазон измерения расстояний зависит также от режима работы тахеометра: отражательный или безотражательный. Дальность измерений при безотражательном режиме напрямую зависит от отражающих свойств поверхности, на которую производится измерение. Дальность измерений на светлую гладкую поверхность (штукатурка, кафельная плитка и пр.) в несколько раз превышает максимально возможное расстояние, измеренное на темную поверхность. Максимальная дальность линейных измерений для режима с отражателем (призмой) — до пяти километров (при нескольких призмах - ещё дальше); для безотражательного режима — до одного километра. Модели тахеометров, которые имеют безотражательный режим, могут измерять расстояния практически до любой поверхности, однако следует с осторожностью относиться к результатам измерений, проводимых сквозь ветки, листья и подобные преграды, поскольку неизвестно, от чего именно отразится луч, и, соответственно, расстояние до чего он измерит.

Существуют модели тахеометров, обладающие дальномером, совмещенным  с системой фокусировки зрительной трубы. Преимущества таких приборов заключается в том, что измерение  расстояний производится именно на тот  объект, по которому в данный момент выставлена зрительная труба прибора.

Точность угловых измерений  современным тахеометром достигает  половины угловой секунды (0°00’00,5"), расстояний — до 0.6мм + 1 мм на км (например, в тахеометрах серии TS30 от фирмы Leica Geosystems).

Точность линейных измерений  в безотражательном режиме — 2мм + 2мм*км.

Большинство современных  тахеометров оборудованы вычислительным и запоминающим устройствами, позволяющими сохранять измеренные или проектные  данные, вычислять координаты точек, недоступных для прямых измерений, по косвенным наблюдениям, и т. д. Некоторые современные модели дополнительно  оснащены системой GPS (например, Leica Smart Station).

Тахеометры, собираемые из отдельных  модулей, позволяют выбрать компоненты именно под конкретные прикладные задачи, полностью исключив лишнюю функциональность.

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 1мм) 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.

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.

 

 

Теодолит

На рисунке 1.65 изображены основные плоскости и оси теодолита. ГГ, ВВ — следы плоскостей горизонтального и вертикального кругов; LL, ll, l'l' - ось цилиндрического накладного уровня, цилиндрического уровня при алидаде горизонтального и вертикального кругов; vv, hh, рр — вертикальная ось теодолита, ось вращения зрительной трубы и оси вращения подъемных винтов соответственно; zz — визирная ось, проходит через перекрестие сетки нитей и оптический центр объектива.

Рис. 1.65. Геометрическая схема высокоточного теодолита

Плоскость горизонтального  круга и ось вращения трубы  должны быть перпендикулярны к вертикальной оси теодолита. Визирная ось трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения трубы. Ось вращения алидады и ось вращения горизонтального круга должны проходить через центр кольца делений лимба. При угловых измерениях вертикальная ось теодолита должна совпадать с отвесной линией в точке его стояния. Нарушения геометрической схемы теодолита приводят к ошибкам в отсчетах и в итоге — к ошибкам в конечных результатах угловых измерений.

В теодолите должны быть согласованы  точность изготовления осевой системы, точность нанесения делений, точность визирования, точность изготовления и  компоновки узлов отсчетного устройства, точность изготовления цилиндрических уровней, компенсаторов и т. д.

Горизонтальный и вертикальный круги являются главными частями  теодолита — угломерного прибора, при помощи которого измеряют горизонтальные и вертикальные углы.

На рисунке 1.66 приведена схема теодолита.

Рис. 1.66. Схема теодолита: 1 — стеклянный горизонтальный круг; 
2 — стеклянный вертикальный круг; 3 — алидада; 4 — зрительная труба; 5 — колонка; 6 — цилиндрический уровень; 1 — окулярная часть отсчетного микроскопа; 8 — подъемный винт; 9 — подставка; 10 — головка штатива; 11 — закрепительный винт

В настоящее время горизонтальный и вертикальный круги (лимбы) изготавливают  из стекла, на скошенных краях лимбов нанесены деления от 0 до Зб0°, интервал между делениями обычно равен 5,10, 20, 30' или 1° и называйся ценой  деления лимба. Над лимбом помещают вращающуюся вокруг вертикальной оси  верхнюю часть теодолита, состоящую  из алидады 3 и зрительной трубы 4 (рис. 1.66).

При вращении зрительной трубы  вокруг горизонтальной оси HH₁ установленной на подставке (колонке) 5, образуется вертикальная плоскость, которую называют коллимационной. Оси вращения zz₁ алидады и лимба, называемые вертикальной осью прибора, должны совпадать. Для фиксирования отсчета по лимбу на алидаде имеется индекс. Для повышения точности отсчета используют специальные отсчетные устройства. Угломерные круги закрывают металлическими кожухами.

Вертикальную ось zz₁ теодолита приводят в отвесное положение, а плоскость лимба — в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню 6 с помощью подъемных винтов 8.

Зрительная труба жестко скреплена с лимбом вертикального  круга и вращается вокруг горизонтальной оси HH₁ ее поворот на 180° называют переводом трубы через зенит, при этом вертикальный круг, если смотреть от окуляра, относительно зрительной трубы может располагаться справа (круг право П) или слева (круг лево Л).