Современные методы и приборы, использующиеся при наземных геодезических съёмках

Вращающиеся части теодолита  имеют закрепительные и наводящие  винты, закрепительными винтами  фиксируют соответствующую часть  в неподвижном положении, а наводящие  — плавно вращают при точном наведении  перекрестия нитей на визирную цель.

В комплект теодолита входят штатив, буссоль и другие принадлежности. На штатив (тренога с металлической  платформой) устанавливают теодолит, который крепят к платформе треноги  с помощью станового винта 11. Центрирование, т. е. установку центра лимба на одной  отвесной линии с вершиной измеряемого  угла, выполняют с помощью отвеса металлического (нить с закрепленным на одном ее конце грузом, второй конец нити закрепляют на вертикальной оси теодолита) или оптического, оптическая ось которого совпадает  с вертикальной осью теодолита. Буссоль  используют для ориентировки нулевого диаметра лимба по магнитному меридиану.

 

Электронный теодолит

В новых высокоточных теодолитах, выпуск которых начат несколько  лет назад, используется система  отсчета с оптико-электронным  сканированием, позволяющая автоматизировать процесс угловых измерений и  повысить приборную точность.

Зрительные трубы в  таких теодолитах имеют прямое изображение. Имеются как мининмум два режима работы:

простой — для высокоточных угловых измерений,

следящий — для наблюдения за подвижной целью.

Точность отсчета по кругам — 1, или 0,1"— по усмотрению наблюдателя. Отсчеты выражаются в градусах или  гонах (1/400 части окружности).

Электронный теодолит имеет дисплейную панель управления и регистратор. Клавишами задают режим работы теодолита, на экран дисплея выводятся значения измеренных углов. Регистратор хранит записанную информацию, ведет математическую обработку результатов измерений согласно заданной программе. К регистратору можно подключить компьютер.

Лазерный теодолит

В этом теодолите визирная ось воспроизводится узконаправленным пучком света. Лазерные теодолиты целесообразно использовать для разбивочных работ при строительстве дорог, мостов, зданий, сооружений и т. п. В отечественных лазерных теодолитах ЛТ-75 (для больших расстояний), ЛТ-56 (для разбивочных работ на стройплощадках), созданных на базе лазеров ЛГ-75, ЛГ-56, излучатель перекладывается в лагерах.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом выпускают лазерные насадки к теодолитам, при этом ось светового пучка должна совпадать с визирной осью зрительной трубы. Достигается это с помощью призм, направляющих пучок лазерного излучения в окуляр трубы.

В лазерном теодолите фирмы  «Отто Феннель» (ФРГ) лазер 1 смонтирован  на теодолите 2, при этом луч лазера выходит параллельно визирной оси. Лазерные теодолиты выпускают фирмы Великобритании, Бельгии, Франции, Польши и других стран.

 

 

 

Гироскопический теодолит (гиротеодолит)

Гиротеодолит используют для определения истинных азимутов направлений, в нем угломерный прибор соединен с датчиком направления меридианов. В качестве датчика обычно используют маятниковый гироскоп, который также называют гирокомпасом, указателем меридиана, гиробуссолью. Внутри гирокамеры 4 на тонкой металлической ленточке-торсионе 8 подвешен чувствительный элемент 5 гироскопа. Гироскоп — трехфазный асинхронный двигатель, питается током по двум ленточным токопроводам 2 и торсионам.

Чувствительный элемент 5 помещен в корпус гироблока 7, который  скреплен с алидадой угломерной части. При транспортировке прибора  чувствительный элемент и корпус гироблока скреплен арретиром 6. При  измерении наблюдают в окуляр автоколлиматора 1 на алидаде изображение  штрихов его шкалы. Синхронно  с движением по азимуту чувствительного  элемента с помощью редуктора 3 поворачивается корпус гироблока, концы токопроводов и верхний зажим ленты, при  этом исключается закручивани при  движении чувствительного элемента.

 

Для проектирования на горизонтальный круг 10 точек реверсии колебаний  чувствительного элемента и пользуют систему, состоящую из автоколлиматора 1 на алидаде и зеркала 1 укрепленного на штанге 9 чувствительного элемента.

В противоположных точках реверсии движение чувствительного  элемента прекращается, в момент остановки  производят отсчеты по горизонтальному  кругу через дополнительный окуляр, по отсчетам определяют значение N, соответствующее положению динамического равновесия чувств тельного элемента, при котором главная ось гироскопа совпадает с плоскостью истинного меридиана. После этого перекрестие нитей зрительной трубы наводят на визирную цель, азимут А направления на которую определяют.

 

Лазерные  нивелиры

Лазерный нивелир (построитель  плоскостей) - геодезический прибор предназначенный для определения  превышений и передачи высотных отметок, область применения у таких приборов достаточно широка, это работы при  строительстве и реконструкции  сооружений как внутри так и снаружи  здания, работы по прокладке подземных  комуникаций, монтаже технологического оборудования и т.д. 
 
      Работа с лазерным нивелиром достаточно проста, тем более, что большинство современных приборов снабжены автоматически горизонтирующимся пучком излучения, многие приборы снабжены вращающимся лазерным пучком, способным строить горизонтальные, а некоторые модели и вертикальные плоскости. Для производства работы необходимо установить прибор в рабочее положений (установить на подтсавку/штатив) и взять отсчет по видимому лазерному лучу с помощъю специальной или нивелирной рейки, а иногда и по обычной рулетке.       Дальность работы лазера обычно находится в пределах 20-30 м., при наличии приемника излучения до 100 м. и более. 
 
      Основными характеристиками лазерного нивелира является: - точность измерения превышений, дальность работы лазера, количесвто лазерных лучей, вес прибора, наличие автоматического компенсатора, уровень влагопылезащиты и др.

Существуют следующие типы приборов:

• Лазерный нивелир, выравнивающийся вручную и контролирующийся посредством пузырьковых уровней, расположенных в компенсаторе. Прибор позволяет выполнять разметку под любым углом, а не только по горизонтали и вертикали;
• Вертикальным полуавтоматическим лазерным нивелиром стоит пользоваться, если в работе периодически требуется выравнивание по вертикали. В конструкции для этой цели предусмотрен пузырьковый уровень или сигнальный датчик.
• Многофункциональные самовыравнивающиеся автоматические нивелиры обладают широким спектром возможностей для выравнивания по всем направлениям.
• Ротационные лазерные нивелиры образуют видимую горизонтальную, наклонную и вертикальную плоскость с помощью высокочастотного вращения луча лазера. Такой нивелир необходимо устанавливать при помощи пузырьковых уровней.

 

Лазерные сканирующие системы

В большинстве конструкций  сканеров используется импульсный лазерный дальномер. На пути к объекту импульсы лазерного излучения проходят через  систему зеркал, которые осуществляют пошаговое отклонение лазерного  луча. Наиболее распространенной является конструкция, состоящая из двух подвижных  зеркал. Одно из них отвечает за вертикальное смещение луча, другое - за горизонтальное. Зеркала сканера управляются  прецизионными сервомоторами, в  конечном итоге, они и обеспечивают точность направления луча лазера на снимаемый объект. Зная угол разворота  зеркал в момент наблюдения и измеренное расстояние, процессор вычисляет координаты каждой точки.

Все управление работой прибора осуществляется с помощью портативного компьютера со специальными программами. Полученные значения координат точек из сканера передаются в компьютер по интерфейсному кабелю и накапливаются в специальной базе данных. Следует отметить, что объемы данных, полученные со сканера, могут достигать сотен мегабайт, а порой и гигабайт.

Сканер имеет определенную область обзора или, другими словами, поле зрения. Предварительное наведение сканера на исследуемые объекты происходит либо с помощью встроенной цифровой фотокамеры, либо по результатам предварительного разряженного сканирования. Изображение, получаемое цифровой камерой, передается на экран компьютера, и оператор осуществляет визуальный контроль ориентирования прибора. Сканирование может производиться как сразу всего поля зрения, так и лишь какой-то его части. Поэтому фотоизображение может быть использовано для выделения из общей картины нужных локальных областей

 

Геодезические работы

Для начала рассмотрим виды геодезических работ. Их существует несколько:

- Геодезические разбивочные работы 
В состав разбивочных работ входит: - построение геодезической разбивочной основы, вынос в натуру главных (основных) осей здания и проектных отметок, детальные разбивочные работы выполняемые на разных стадиях строительства от раскопки котлована до монтажа технологического оборудования.  
 
- Исполнительные съёмки 
По мере возведения зданий для определения планового и высотного положения окончательно установленных конструкций выполняют комплекс геодезических работ, который называют исполнительная геодезическая съемка. Исполнительной съемке подлежат те элементы и части зданий, от правильного положения которых зависит прочность и устойчивость всего сооружения. Точность, принятая при исполнительной съемке, должна быть не ниже точности разбивочных работ.  
 
- Инженерно-геодезические изыскания 
Комплекс геодезических работ по изучению и съемки ситуации и рельефа на территории предпологаемого строительства. Включает в себя: - создание планово-высотного обоснования, топографическую съемку, построение крупномасштабных планов для снятого участка, составление проекта вертикальной планировки

- Создание геодезических сетей 
Создание, реконструкция, сгущение плановых и высотных геодезических сетей 
 
- Топографо-геодезические работы 
Топографические съемки различных масштабов, создание и обновление топографических карт и планов, фототопографические съемки, а также семки подземных и надземных сооружений (Съемка инженерных коммуникаций). 
 
- Наблюдение за деформациями зданий и сооружений 
Наблюдения за деформациями представляют собой комплекс геодезических измерений по результатам которых выявляют величины деформаций и причины их возникновения, также систематические наблюдения за деформациями своевременно предупреждают о возможных авариях и нарушениях эксплуатационных качеств сооружений.

- Геодезические работы для земельного кадастра 
Кадастровые работы включают - кадастровые съемки (методы съёмок сходны с топографическими, за исключением определения высотного положения точек), межевание земель, определение площадей земельного участка, вынос в натуру и определение границ землепользования.  
 
- Фасадные съемки и построение трехмерной модели здания  
Наиболее рационально при фасадных съемках использовать лазерные сканирующие системы, которые автоматизирую процессы съемок больших массивов точек и используются для детального отображения сложных фасадов зданий  
 
- Подсчет объемов земляных масс 
Комплекс геодезических работ для подсчета объёмов земляных работ.

Рассмотрим подробнее  некоторые из видов работ в  следующих главах.

 

Наземное  лазерное сканирование

Суть технологии заключается в определении пространственных координат точек поверхности объекта. Это реализуется посредством измерения расстояния до всех определяемых точек с помощью лазерного безотражательного дальномера. При каждом измерении луч дальномера отклоняется от своего предыдущего положения так, чтобы пройти через узел некой мнимой нормальной сетки, называемой еще сканирующей матрицей. Количество строк и столбцов матрицы может регулироваться. Чем выше плотность точек матрицы, тем выше плотность точек на поверхности объекта. Измерения производятся с очень высокой скоростью - тысячи, а порой и десятки тысяч измерений в секунду. Прибор, реализующий на практике приведенную технологию измерений, называется лазерным сканером. Результатом работы сканера является множество точек с вычисленными трехмерными координатами. Такие наборы точек принято называть облаками точек или сканами. Обычно количество точек в одном облаке может варьироваться от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов. Как правило, изначально координаты точек определяются в условной системе координат самого сканера.

Работа по сканированию часто происходить в несколько  сеансов, во-первых, из-за ограниченного  поля зрения, во-вторых, из-за формы  объектов, когда все поверхности  просто не видны с одной точки  наблюдения. Самый простой пример - четыре стены здания. Полученные с  каждой точки стояния сканы совмещаются  в единое пространство в специальном  программном модуле. Для обеспечения  процесса совмещения еще на стадии полевых работ необходимо предусмотреть  получение сканов с зонами взаимного  перекрытия. При этом перед началом сканирования в этих зонах нужно разместить специальные мишени. Это является весьма существенным моментом при планировании работ. По координатам этих мишеней и будет происходить процесс "сшивки". Можно совместить облака точек без специальных мишеней, используя лишь характерные точки снимаемого объекта, которые должны легко опознаваться на сканах, но при этом, чаще всего, неизбежны потери точности.

Полевые работы начинаются с размещения визирных целей, их нумерации. Затем производиться собственно сканирование. После его завершения сканер автоматически распознает на сканах мишени и уточняет их местоположение. Нам же остается только присвоить  визирным целям имена. Этот процесс  не занимает много времени, зато впоследствии позволяет значительно ускорить обработку полученных результатов.

При сканировании координаты точек во время вычисляются  в системе координат самого сканера. Поэтому дополнительно необходимо провести определение координат, как  минимум, трех мишеней в нужной нам  системе. Чаще всего эта задача решается с помощью безотражательного  тахеометра. Трех точек будет достаточно для трансформации координат  всего массива данных.