Омський Державний Аграрний Університет

Реферат

На тему:

«Сучасні Тахеометри»

Виконав: Макаров А.А

Перевірив: Хер какой то

Омськ 2001

Відомо, що вимоги до якості будівельної продукції швидко ростуть
Зростає і необхідність постійного підвищення загального технічного рівнябудівельних робіт, надійності, довговічності, естетичність,технологічності будівельного виробництва.

Інженерно-геодезичні вимірювання та інженерно-геодезичні побудовизаймаю особливе місце в загальній схемі будівельних робіт. Вони починаютьсязадовго до початку будівництва при проведенні інженерно-геодезичнихвишукувань, винесення проектів споруд в натуру, є складовою частиноютехнології будівельно-монтажних робіт у період всього будівництва, атакож супроводжують під час перевірки якості будівельної продукції татривають в експлуатаційний період при проведенні спостереження задеформаціями будівель і споруд, якщо того вимагають умови проекту.
Тому питання точності проведення геодезичних робіт маютьпринципове значення, оскільки вони в кінцевому рахунку визначають рівеньякості і надійність збудованих будівель і споруд.

При оцінці надійності та точності вимірювань головним є вибірдосконалої методики геодезичних робіт та відповідних приладів іустаткування, виходячи з заданих технологічних вимог проекту ідопусків,

Із зростанням науково-технічного прогресу і технічного рівня будівництварозвивалися і вдосконалювалися методики та прилади для проведенняінженерно-геодезичних робіт. Якщо до 60-х років нашого століття розвитокгеодезичного приладобудування йшов по шляху вдосконалення успішнозарекомендувала себе традиційною технологією, в основі якої лежалифізичні принципи, розроблені, в основному, ще наприкінці XIX століття, то заостанні 30 років розвиток мікроелектроніки, що стала символом XX століття,поклало початок нової епохи засобів і методів геодезичних робіт
Сучасний геодезичний прилад сьогодні - це продукт високих технологій,що поєднує в собі останні досягнення електроніки, точної механіки,оптики, матеріалознавства та інших наук. А використання супутниковоїнавігації систем СРS-Глонасс (у тому числі і з метою геодезії) - можна сміливовважати новим надбанням цивілізації, переваги якого повною міроюще не оцінені.

В огляді розглядаються тенденції розвитку таких геодезичних систем,які можна віднести до класу електронних тахеометрів, званих наанглійською мовою total station. Коментарі про правомірність використанняданого терміну можна знайти в попередньому огляді.

Слід зазначити, що провідні виробники супутникових систем,наприклад, Trimble або Magellan/Ashtech, розглядають електроннітахеометри як геодезичні системи вторинного значення, свідомо віддаючиперевагу супутникових систем реального часу (RTK) якпершорядним геодезичним системам. Так, перший електронний тахеометрфірми Trimble, TTS 500, що з'явився в січні 1999 р., орієнтований першвсього на користувачів супутникових геодезичних систем Trimble і позадумом творців призначений виключно для доповнення можливостейсупутникових систем RTK.

Провідні виробники електронних тахеометричних систем: Spectra
Precision (Швеція/Німеччина), Leica (Швейцарія), Sokkia, Topcon, Nikon,
Pentax (Японія), що випускають близько 100 моделей і модифікацій електроннихтахеометрів, розглядають останні як геодезичні системи первинногозначення, функціональні можливості яких можуть доповнюватисяможливостями супутникових приймачів. Так, Spectra Precision в 1998 р.вперше представила поєднану систему, що об'єднує можливостітахеометра і супутникового приймача. Основа системи - модульний електроннийтахеометр Geodimeter 600, один з модулів якого - одночастотнійсупутниковий GPS-приймач, встановлений на місці додатковоїклавіатури. Антена встановлюється зверху на транспортувальне рукояті.

Сьогодні дві основні концепції розвитку польових геодезичних системвизначають появу нових приладів і систем. Яка концепція будепереважати в майбутньому і які принципово нові системи надійдуть на ринокгеодезичного обладнання, покаже час. Жорстка конкуренція наміжнародному ринку електронних тахеометрів обумовлює їх безперервневдосконалення, змушуючи виробників знаходити все більш ефективнірішення, спрощувати процеси вимірювань та будуть використані максимально зручніпризначені для користувача інтерфейси, створювати інтегровані системи,комбінує функції комп'ютерів, тахеометрів, супутникових приймачів,інерційних систем.

Сучасні тахеометри значно розрізняються не лише своїмитехнічними характеристиками, конструктивними особливостями, а й першвсього орієнтацією на конкретного користувача або певну сферузастосування. Тому тахеометри можна також класифікувати за їхпризначенням для вирішення конкретних завдань. Точність і дальність вимірюваньв даному випадку вже не грають суттєвої ролі. Визначальним стаєфактор ефективності застосування приладу для вирішення конкретного типу завдань.
Наприклад, для виконання традиційних робіт щодо землевідведення достатньомати простий механічний тахеометр з мінімальним набором вбудованихпрограм. У той же час для робіт з вишукувань і будівництваавтомагістралей найбільш ефективним буде застосування роботизированноготахеометра, що має функції автоматичного спостереження за відбивачем,контролер і програми, що дозволяють не тільки працювати з проектнимиданими, але й відтворювати отримані результати безпосередньо в поліна екрані контролера.

Сучасний тахеометр повинен повністю відповідати всім вимогамкористувача. Це важливо й тому, що користувач не повинен переплачуватиза незатребувані функції і можливості інструменту, вартість якихможе бути досить висока. З іншого боку, бажано матиможливості оновлення та модернізації системи - додавання нових функцій,програм і навіть зміна технічних характеристик. Цим умовамповністю відповідають тахеометри, що мають модульну будову. Першасерія повністю модульних тахеометрів - Geodimeter System 600 - булапредставлена компанією Spectra Precision (колишня Geotronics) в 1994 р. Буливипущені дві базові моделі тахеометрів цієї серії - механічна і маєсервоприводи, що дозволяють автоматизувати не тільки наведення на призму,але і стеження за переміщається відбивачем.

На початку 90-х років були закладені основні принципи розвитку електроннихтахеометрів: модульність - з точки зору конструктивності та автоматизація
(роботизація) - з точки зору функціональності. І якщо Geodimeter 600практично залишається поки єдиним повністю модульним приладом, тороботизовані моделі з сервоприводами і системами автоматичногостеження за призмою випускають і інші виробники тахеометрів. Слідтакож відзначити, що серед супутникових геодезичних приймачів в данийчас тільки приймачі фірми Javad Positioning Systems мають модульнуструктуру.

Сучасний електронний тахеометр, як і його попередник оптичний,вимірює кути і відстані до віхи або штатива з відбивачем. Ці первиннівимірювання є основою для наступних, часом складних обчислень,вироблених вбудованим або зовнішнім контролером. Точність вимірюваннявизначають блоки або модулі вимірювання кутів, відстаней і модулькомпенсатора.

Якщо говорити про точність, то кутові вимірювання як правило лімітуютьсяточністю 1 ", а лінійні - 1 mm + 1 ppm. Цей поріг перш за все пов'язане нез технічними проблемами вимірювальних систем, а з впливом навколишньогосередовища. Більш висока точність, що заявляється в характеристиках тахеометрівокремих виробників, практично не досяжна при звичайних роботах іумовах через вплив навколишнього середовища і помилок центрування і наведення.
Точність вимірювання найпростіших тахеометрів як правило не гірше 5-6 "длякутових вимірів і 3 мм + 3 ppm - для лінійних.

Для дотримання точності кутових вимірів надзвичайно важливий діапазонкомпенсації впливу кутів нахилу вертикальної і горизонтальної осей. Унині найбільший діапазон роботи (± 6 ') мають тахеометри
Geodimeter. Ця величина особливо істотна при роботі тахеометром зштатива. Дальномер тахеометра характеризується не тільки точністю, але йдальністю. Як правило, це дальність вимірювання відстаней до однієїпризми. Слід зазначити, що ці характеристики пов'язані один з одним.

Незважаючи на те що значна частина обсягу вимірювань тахеометром НЕперевищує 500-1000 м, періодично доводиться вимірювати значно більшедовгі відстані. Тому найкращими сьогодні є віддалеміри зточність вимірювань не нижче 2 мм + 2 ррм при дальності 3000-4000 м. Ціпараметри повинні стати стандартними в майбутньому для більшості тахеометрів.
Збільшення дальності вимірювань на шкоду точності недоцільно інеефективно. Слід зазначити, що ряд виробників явно завищуютьпоказник дальності, обумовлюючи особливі умови прозорості атмосфери, прияких досяжна певна дальність вимірювань. Наприклад, наводитьсятакий показник прозорості атмосфери, як абсолютна видимість 40 км.
Треба мати на увазі, що для користувача визначення умов стануатмосфери практично неможливо. Крім того, при роботі в міськихумовах уздовж автодоріг прозорість атмосфери буває значназниження через загазованості атмосфери.

Останнім часом широкого поширення набули тахеометри звіддалеміром, що дозволяє вимірювати відстані безпосередньо до об'єкта безвідбивача. Як правило, дальність таких вимірів не перевищує 100-150 м,а точність лежить в межах 10-20 мм. До недоліків даних систем слідвіднести залежність точності вимірювань від властивостей поверхні, що відбиває івідсутність надійної фіксації точки вимірювання. Проте слід очікуватиїх подальшого вдосконалення.

Важливою складовою електронного тахеометра є модуль контролера
- Вбудованого або зовнішнього. Під контролером розуміється не тільки польовийкомп'ютери, обчислювач, але і пульт/клавіатура управління самим тахеометром.
Від його продуктивності, обсягу пам'яті, типу екрану, наявності і числавбудованих програм залежать функціональні можливості тахеометра.
Більшість моделей тахеометрів мають вбудований контролер, керованийклавіатурою. Клавіатура може бути цифровий або алфавітно-цифровий.
Деякі моделі тахеометрів мають клавіатури з обох сторін. Кількість клавішклавіатури в середньому лежить в межах від 10 до 30, залежно відможливостей тахеометра. Клавіатура з мінімальним числом клавіш, кожна зяких багатофункціональна, дуже незручна і неефективна. У той же часдеякі тахеометри мають повні PC-сумісні QWERTY-клавіатури.

Деякі зовнішні контролери мають DOS-сумісні процесори, наприкладтипу Intel 486. Зібрана інформація записується на карти типу PCMCIA абона вбудовану мікросхему; в діапазон інформації від 1 до 10-50 тис. точок.
Вбудовані програми також можуть бути записані на зовнішніх картах абовбудованих мікросхемах. Зовнішні контролери, як правило, представляютьсобою серійно випускаються ручні комп'ютери типу Husky або HP, оснащеніспеціальним програмним забезпеченням.

У моделях серії Geodimeter System 600 контролер являє собоюзнімну клавіатуру, тому його можна віднести до особливого виду. До теперішньогочасу ця єдина у світі модель тахеометра зі знімною клавіатурою.
Вона володіє незаперечними перевагами, тому що є не простоклавіатурою, а контролером, що мають внутрішню пам'ять і внутрішніпрограми. "Завантаження" інформації, зібраної в полі, не вимагає доставки вкамеральний офіс самого тахеометра - достатньо однієї клавіатури. Обсягпам'яті, як і наявність тих чи інших вбудованих програм, визначаєтьсякористувачем. Це зручно при роботі декількох виконавців з однимтахеометром - у кожного своя клавіатура-контролер. При роботі вроботизованим режимі не потрібен додатковий контролер/пультуправління на віху з відбивачем.

Останнім часом в якості контролерів широко застосовуються польовіграфічні пен-комп'ютери або комп'ютери з активним екраном (pen/penpadcomputer або touch screen computer). В основі створення таких комп'ютерівлежить ідея позбавлення від клавіатури і повернення до використання ручки абоолівця, але вже без традиційного польового журналу. З їх допомогою можна нетільки керувати роботою тахеометра та/або геодезичного супутниковогоприймача, а й обробити на місці і переглянути графічне відображеннярезультатів с'емкок на екрані пен-комп'ютера.

Графічний контролер GeodatWin (Spectra Precision), що з'явився в
1998 р., є представником нового покоління таких систем. На відмінувід безлічі інших графічних контролерів, що базуються на стандартнихпен-комп'ютерах, що випускаються серійно комп'ютерними фірмами, його можнавстановлювати на тахеометри Geodimeter замість знімною клавіатури або насупутниковий геодезичний приймач (GeodatWin може також працювати зтахеометрами інших виробників). Технічні характеристики,програмні можливості і стійкість GeodatWin до зовнішніх кліматичнихумовами (вологостійкий корпус, діапазон робочих температур від -20 до +50 °
С) цілком дозволяють назвати тахеометр, оснащений GeodatWin, "електронноїМензула ".

Geodat Win має процесор Intel 486,? VGA графічний активний екран,
32 Мб RAM, Windows 95, два зчитують порти для PCMCIA-карт. Для перекачуванняданих є інфрачервоний порт. GeodatWin виконує функції управліннятахеометром та/або супутниковим геодезичним приймачем, при цьомузабезпечує спільне використання результатів зйомок обох видів.

Програмне забезпечення вирішує більшість CAD-завдань безпосередньо вполе, дозволяють вести тривимірну базу знімальних даних, що даєможливість будувати цифрову модель рельєфу і відображати її у виглядігоризонталей, будувати розрізи, перетини, профілі, вирішувати завдання координатноїгеометрії та багато інших. Обмін з персональним комп'ютером, експорт/імпортфайлів у форматі DXF забезпечують ефективність розбивочних робіт ззаздалегідь підготовленими проектами. Очевидно, що графічні системиреального часу типу GeodatWin отримають подальший розвиток і станутьневід'ємною частиною польових знімальних систем. Можна припустити також, щотахеометри з механічним приводом у майбутньому будуть повністю заміненітахеометрами з сервоприводом.

Сервопривод не тільки забезпечує зручність роботи (сервомоториуправляються численними фрикційними гвинтами, традиційні навідні іЗакріплювальні гвинти відсутні), але й підвищує продуктивність неменш ніж на 30%. Якщо координати точок зберігаються в пам'яті, необхіднотільки ввести номер потрібної точки і прилад автоматично наведеться на неї.
При повторітельних кутових вимірюваннях на кілька відбивачів необхіднотільки поставити порядок і число вимірювань. Оскільки сервопривод виключаєбільшу частину виснажливої роботи з навідними і Закріплювальні гвинтами,ймовірність помилок наведення значно зменшується.

Тахеометри Geodimeter 600 Pro мають чотиришвидкісним сервомотори.
Наявність їх забезпечує швидке і точне наведення на відбивач, який дозволяєшвидко і ефективно переключатися в різні режими роботи: пошукувідбивача, стеження в простому і роботизованих режимах. Системаавтоматичного наведення та стеження тахеометрів з сервоприводами підвищуєпродуктивність робіт більш ніж на 50%. Тахеометри Geodimeter 600 Proоснащуються системою Autolock, що включає модуль стеження Tracker,розміщується в модулі телескопа, і активний відбивач RMT. Активнийвідбивач (випускається декілька видів) обов'язково включає активнийвипромінювач-діод, випромінювання якого фіксується модулем Tracker, і недопускає наведення на інші відбивачі або відображають поверхні --катафоти, скла та ін У той же час ряд інших моделей тахеометрів-роботівне можуть розрізнити призму-відбивач і скло проїжджав автомобіля, і врезультаті ними практично неможливо користуватися в міських умовах.
Система автоматичного наведення не тільки повністю виключаєнеобхідність роботи вручну, а й підвищує точність наведення навідбивач. При втраті відбивача система пошуку швидко знаходить його.

роботизовані тахеометри мають радіокоммунікаціонниймодуль/радіомодем, проеспечівающій зв'язок приладу з активним відбивачем. Уяк контролера, що забезпечує управління тахеометром черезрадіомодем, встановлений на вісі з відбивачем, часто використовуютьсястандартні польові комп'ютери типу Husky або HP. У системах Geodimeter 600
Pro як контролера використовується або знімна клавіатура, абографічний контролер GeodatWin. Застосування клавіатури або GeodatWin, зодного боку, здешевлює вартість системи, з іншого, - робить її більшефективною - технології робіт з клавіатурою/контролером на приладі і вісіповністю ідентичні і не вимагають вивчення та впровадження іншого польовогокомп'ютера.

Підвищенню ефективності робіт значно сприяє також застосуванняпризмових відбивачів, які забезпечують відображення сигналу тахеометра вповному круговому діапазоні (360 °). Дальність роботи в роботизованимрежимі як правило лежить в межах 1-1,5 км, що обумовлюється восновному граничними відстанями при таких видах зйомок.

У цілому застосування роботизованих технологій підвищує ефективністьробіт практично вдвічі в порівнянні з використанням механічнихтахеометрів, що дає можливість значно скоротити трудові витрати,звести до мінімуму помилки польових вимірювань і оптимально провестикамеральні роботи, що в підсумку дозволяє, принаймні, подвоїти річніобсяги підрядних геодезичних робіт.

Ряд фірм-виробників випускають так звані автоматизованістежать (Automated Tracking System). Основою їх євисокоточний електронний тахеометр з потужним дальномірні блоком,сервоприводами і всіма функціями робота. Прилади цієї серії можутьвикористовуватися і як "звичайні" роботизовані тахеометри, і як датчикиавтоматичної стежить системи. Наприклад, прилади серії Geodimeter ATSвикористовуються для вирішення наступних завдань: автоматичні спостереження задеформаціями інженерних споруд і земної поверхні; геодезичнезабезпечення гідрографічних робіт; автоматичне визначення коордінінатрухомих об'єктів; управління будівельними машинами та механізмами.

Прилади серії Geodimeter ATS є відкритими і легко інтегруються вавтоматичні системи, в яких прилад працює під управлінням різнихкомп'ютерних програм. Обмін командами і даними між приладом такомп'ютером може здійснюватися в реальному часі через послідовнийпорт або радіомодем. Наприклад, Geodimeter ATS-PT - один з найбільш потужнихмоделей серії, призначена для автоматичного координування у реальномучасу рухаються. Забезпечує автоматичне наведення наактивну і пасивну візирні цілі на відстані до 3200 м, детекторрухомими (швидкість до 4 мс) об'єктами, реєстрацію даних з частотою
5 Гц.

Geodimeter ATS-MC призначений для використання в системах управліннябудівельними машинами та механізмами. Дані про їх положенні можутьвиводитися як на єдиний диспетчерський пульт, так і на пульт управлінняокремої машини. Дальність дії в режимі автоматичного наведення
1-2 км. Geodimeter ATS-PM призначений для використання в автоматичнихсистемах спостереження за деформаціями. Управління процесом спостережень,реєстрація даних, їх обробка та аналіз здійснюються в реальному часіспеціальними програмами для зовнішніх комп'ютерів.

На жаль, сьогодні в Росії значна частина всіх польових знімальнихробіт виконується традиційними засобами - оптичними теодолітами,далекомірними насадками та іншими застарілими геодезичними приладами.
Найбільш прогресивні організації успішно впроваджують протягом останніх 5років технології із застосуванням електронних тахеометрів. За приблизнимиоцінками, в даний час в Росії використовується близько 2-3 тис. електроннихтахеометрів. Реальна ж потреба в сучасних тахеометрах становитьсотні на рік.

Недооцінка керівниками різного рівня переваг від впровадженнянових технологій, "витратні механізми" фінансування багатьох видів робіт,особливо будівельних, загальні економічні проблеми і досить високавартість електронних тахеометрів (від 10 до 25-35 тис. дол.) не дозволяютьбагатьом організаціям перейти на сучасні цифрові технології польовихробіт. Проте у разі розвитку в Росії реального ринку послуг угалузі геодезії, картографії та геоінформатики, компанії, що застосовуютьнайбільш прогресивні та ефективні технології можуть значно потіснитикомпанії, що працюють за застарілими технологіями.

Очікується, що в цілому на світовому ринку в найближчому майбутньому вартістьсамого устаткування знизиться, а вбудованих програмних засобів та їхдодатків підвищиться. Вартість сервісу і запасних частин також повинназнизитися внаслідок збільшення надійності роботи приладів і продовженнятерміну їх життєдіяльності. Однак витрати на навчання і підтримкукористувачів, очевидно, збільшаться через ускладнення конфігурації систем,можливостей їх модернізації та багатофункціонального застосування.