Геодезические приборы. Реферат Современные методы и приборы, использующиеся при наземных геодезических съёмках
 Скачать 383.46 Kb.
|
Наземное лазерное сканированиеСуть 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. Топографическая съемкаТопографической съемкой называется комплекс геодезических работ, результатом которых является топографическая карта или план местности. Топографические съемки выполняют аэрофототопографическим и наземным методами. Наземные методы делятся на тахеометрическую, теодолитную, фототеодолитную и мензульную съемки. Выбор метода съемки определяется технической возможностью и экономической целесообразностью при этом учитываются следущие основные факторы: - размер территории, сложность рельефа, степень застроености и т.д. При съемке больших территорий наиболее эффективно приментя аэрофототопографическую съемку, на небольших участка местности, как правило используют тахеометрическую и теодолитную съемку. Мензульная съемка в настоящее время используется достаточно редко, как технологически устаревший вид съемки. Наиболее распространенный вид наземной топографической съемки - тахеометрическая съемка. Преимущественно выполняется с помощью электронного тахеометра, также возможно выполнять съемку с помощью теодолита. При тахеометрической съемке в поле выполняются все необходимые измерения, которые заносятся в память прибора либо в журнал, а план составляется в камеральных условиях. Теодолитная съемка выполняется в два этапа: построение съемочной сети и съемка контуров. Съемочная сеть строится с помощью теодолитных ходов. Съемочные работы выполняют с пунктов съемочной сети способами: прямоугольных координат, линейных засечек, угловых засечек, полярных координат. Результаты теодолитной съемки отражают в абрисе. Все зарисовки в абрисах необходимо вести четко и аккуратно, располагая объекты с таким расчетом, чтобы оставалось свободное место для записей результатов измерений. Теодолитная съемкаСпособ перпендикуляровСпособ перпендикуляров используют для съемки точек, расположенных на открытой местности вблизи сторон теодолитного хода. Для определения положения углов здания к1, к2, к3 достаточно опустить на линию 23 теодолитного хода перпендикуляры и измерить расстояния d1, d2, d3 от твердой точки 2 по линии теодолитного хода до оснований перпендикуляров и длины перпендикуляров p1, р2, р3 (рис. 1.20). При построении плана по линии теодолитного хода, положение точек которого нанесено на план, в масштабе плана откладывают отрезки d1, d2, d3, т. е. получают положение оснований перпендикуляров, в которых восстанавливают перпендикуляры и по ним откладывают в масштабе плана значения р1, р2, р3 и таким образом получают на плане точки к1, к2, к3 углов здания. Соединив эти точки, имеем изображение двух стен здания, изображение остальных двух стен получают, прочертив линии, параллельные к2к3 и к1к2. Таким образом, на плане получаем положени здания. Аналогичным способом можно получить изображение на плане и других объектов местности.  Рис. 1.20. Способ перпендикуляров Перпендикуляры измеряют рулеткой, а расстояние от твердой точки до основания перпендикуляра отсчитывают по стальной ленте, уложенной в створе линии 23 теодолитного хода с помощью теодолита, установленного над точкой 2. При небольшой длине перпендикуляров (не более 4, 6,8 м при съемках-масштабах 1:500, 1:1000, 1:2000) их восстанавливают «на глаз». При больших длинах перпендикуляров прямой угол строят экером (рис. 1.21), и длины перпендикуляров при отмеченных масштабах можно увеличить до 20, 40, 60 м.  Рис. 1.21. Экер Из экеров различных конструкций наибольшее распространение получил двухзеркальный экер. Внутри металлического корпуса 1 с прямоугольным окошками 2, под которыми на внутренних сторонах укреплены зеркала 3 под углом γ = 45° относительно друг друга. Через окошко наблюдатель смотрит не веху, установленную на точку N. Перемещая экер по линии MN, находят так положение, когда отраженное от двух зеркал изображение вехи над точкой К будет совпадать с направлением на веху в точке N, что будет соответствовать положению экера в вершине прямого угла NkK, эту вершину через середину ручки 4, крючок 5 проектируют отвесом 6 на ленту (земную поверхность). На рисунке 1.21, б угол  а угол  т.е ε = 2γ При γ = 45° ε = 90°, т. е. NкK (см. рис. 1.21, а) равен 90° Способ полярных координатСпособ полярных координат является наиболее используемым при съемке точек. Принимая точку теодолитного хода 1 за полюс (рис. 1.22, б), а линию 12 — за полярную ось, теодолитом, установленным над точкой 1, одним полуприемом измеряют угол βi, а дальномером, лентой или рулеткой — отрезок si. В таблице 8 приведены максимальные расстояния в способе полярных координат при выполнении теодолитной съемки.  Рис. 1.22. Схемы съемки контуров способами: а — линейной засечки; б — полярным; в — угловой засечки; г — створов Обычно с одной вершины хода унимают несколько точек местности, в этом случае целесообразно лимб теодолита ориентировать по линии хода 12, для чего вращением алидады совмещают нулевые деления лимба и алидады, затем закрепляют алидаду и открепляют винт лимба и вращением лимба вместе с алидадой перекрестие нитей сетки наводят на точку 2. Следовательно, при наведении на точку 2 теодолитного хода отсчет по горизонтальному кругу будет равен нулю и при наведении на точку i отсчет будет равен полярному углу βi. Таблица 8
Съемку методом полярных координат можно выполнять не только с точек; теодолитного хода, но и с любой точки на его стороне. На рисунке 1.22, б это точка 1', полученная путем откладывания расстояния d' = 11' в прямом и обратном направлениях. Способ линейной засечкиСпособ линейной засечки используют для съемки точек путем измерения отрезков s1, s2 с точек а и b (рис. 1-22, а). Точки а и b на линии 12 теодолитного хода выбирают так, чтобы угол засечки при определенной точке К был в пределах 30-150°, отрезки s1, s2 не превышали 50 м. На плане сначала получают точки а и b, из этих точек как из центров радиусами s1 и s2 в масштабе плана проводят дуги окружностей, пересечение которых дает положение точки К на плане. Способ угловой засечкиСпособ угловой засечки используют при съемке удаленных труднодоступных местных предметов (трубы, шпили, антенны и т. п.). Определяемая, точка получается путем пересечения направлений из двух и более точек теодолитного хода (для контроля — не менее чем с трех направлений). Углы β1 и β2 (рис. 1.22, в) измеряют теодолитом, при этом угол γ при определенной точке Т должен быть в пределах 30-150° (наилучшая засечка при γ = 90°). Способ створовСпособ створов обычно применяют при внутриквартальной съемке, когда съемка основных контуров выполнена. Створом может быть линия, сочиняющая две твердые точки или два твердых контура (рис. 1.22, г). Путем линейных измерений на линии створа получают точки В', С', из которых линейной засечкой (или другим способом) получают снимаемую точку. Кроме cъемки всех точек ситуации для уточнения составленного плана выполняют обмеры по фасадам всех строений, заборам и т. п. На перекрестках проездов измеряют диагональные расстояния между углами кварталов и ширину проездов. Контрольные промеры делают между смотровыми колодцами подземных коммуникаций, мачтами, столбами воздушных линий связи и т. п. При теодолитной съемке заполняется абрис — схематический чертеж, на котором изображают вершины и створы теодолитного хода, снятую с них ситуацию, записывают результаты угловых и линейных измерений (рис. 1.23). Абрис составляют непосредственно во время съемки. При составлении абриса на нескольких листах должно быть перекрытие изображения, т. е. последующий лист должен начинаться с точек, которыми закончился предыдущий. Абрис является исходным документом для составления плана теодолитной съемки, поэтому его нужно составлять четко, аккуратно, чтобы при его использовании не было разночтений и неопределенностей.  Рис. 1.23 Абрис теодолитной съемки
Тахеометрическая съемкаТахеометрическую съемку целесообразно выполнять электронными или номограммными тахеометрами, позволяющими автоматически получать превышения и горизонтальные проложения. При съемке прибор устанавливают над опорной точкой (точкой съемочного обоснования), приводят его в рабочее положение, т. е. центрируют, горизонтируют, устанавливают зрительную трубу «по глазу» и «по предмету». Лимб ориентируют по одной из сторон тахеометрического хода (съемочной сети), примыкающей к данной станции. Рулеткой или рейкой измеряют с точностью до 0,01 м высоту прибора i. Намечают пикеты, расстояния между которыми для различных масштабов не должны превышать величин, приведенных в таблице 9. Таблица 9
Пикеты, или реечные точки, должны располагаться на характерных точах рельефа данной станции. Рейку поочередно устанавливают на пикеты, по рейке при одном положении вертикального круга определяют дальномерное расстояние D и берут отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам (при круге П и Л) и записывают их в журнал тахеометрической съемки. При измерении вертикального угла перекрестие нитей сетки наводят на отмеченную на рейке высоту прибора i или на верх рейки. Если пикет является только контурной точкой, то вертикальный угол не измеряют. При съемке равнинной местности целесообразно отметки пикетов определять методом геометрического нивелирования, для чего на зрительную трубу прикрепляют уровень, путем поверки и юстировки визирную ось трубы устанавливают параллельно оси цилиндрического уровня. Иногда рядом с теодолитом устанавливают нивелир, теодолитом определяют плановое поло-жжение пикетов, а нивелиром — их отметки, при этом определяют горизонт прибора(нивелира) ГП = Нсm. + αс', где Нсm. — отметка станции; ас — отсчет по рейке, установленной на станции. В этом случае Н = ГП — α где α — отсчёт по рейке, установленной на пикете. Превышение h определяют по дальномерному расстоянию и углу наклона v, используя формулу  где h' = 0,5Dsin2v. Отметка пикета  где Н'ст. = Нст. + i - l На каждой станции необходимо определять место нуля (М0) вертикального круга. Если М0 не привели к величине, близкой к нулю, то его округляют до целых минут и угол наклона определяют по формуле, соответствующей конструкции теодолита. Для теодолита 2Т-30  Вычисления целесообразно выполнять на микрокалькуляторе. В таблице 10 приведен журнал тахеометрической съемки. Таблица 10 Дата ___________ Теодолит 2Т-30 Станция II. Высота прибора Наблюдатель __________ i = 1,46 М. Отметка станции Нст. = 131,15 м. М0 = +2'
Съемку пикетов целесообразно выполнять по мере возрастания горизонтальных углов. Абрис тахеометрической съемки (кроки) ведут одновременно с журналом. На абрисе (рис. 1.24) показывают положение станции, направление на предыдущую и последующую точки тахеометрического хода, положение всех пикетов, их обозначают теми же номерами, что и в журнале.  Рис. 1.24. Абрис тахеометрической съемки Ситуацию изображают условными знаками, рельеф — горизонталями. Между точками стрелками показывают понижение рельефа и возможность интерполирования горизонталей между этими пикетами. После окончания работы на станции проверяют ориентирование лимба теодолита, визируя на предыдущую точку хода. Если отсчет отличается от начального более чем на 5', съемку на этой станции переделывают. Для контроля на каждой станции определяют несколько пикетов на полосе съемки ее смежной станции. Построение плана по результатам тахеометрической съемки начинают с вычерчивания координатной сетки и нанесения по координатам точек хода. Правильность нанесения точек контролируют по длинам сторон между точками, выраженными в масштабе плана, они не должны отличаться от соответствующих расстояний на плане более чем на 0,2 мм. После этого с помощью транспортира, масштабной линейки и циркуля-измерителя по данным журнала наносят на план пикеты. Направления на пикеты со станции наносят по транспортиру. Например, при съемке со станци II ориентирование лимба выполнено по линии II-I, транспортир прикладывают центром к точке II плана, а отсчет 0°00' совмещают с линией II-I. Отложив 17°3Г, получают направление на пикет I, по которому откладывают от станции II горизонтальное приложение 47,3 м в масштабе плана. Аналогичным образом наносят и другие пикеты. Для ускорения целесообразно сначала нанести все направления, подписывая у каждого номер пикета, затем прочертить направления и по ним отложить горизонтальные проложения в масштабе плана. Рядом с полученными точками из журнала выписывают отметки пикетов. По отметкам станций и пикетов проводят горизонтали с принятым сечением. Контуры и рельеф на плане вычерчивают тушью согласно условным знакам. Над северной рамкой делают надпись, характеризующую участок местности (его название), например, «Топографический план поселка Луч, построенный по материалам тахеометрической съемки», над южной рамкой подписывают численный масштаб, высоту сечения рельефа, при необходимости вычерчивают линейный масштаб и график заложений. Автоматизация тахеометрической съемки связана с появлением электронных тахеометров (ЭТ). ЭТ устанавливают на станции, на пикетах ставят специальные вешки с отражателями, при наведении на которые автоматически определяют расстояние, горизонтальный и вертикальный углы. МикроЭВМ тахеометра по результатам измерений вычисляет приращение координат Δх, Δу и превышение h с учетом всех поправок. Результаты измерений могут вводиться в специальное запоминающее устройство (накопитель информации), которого информация поступает на ЭВМ, и по специальной программе выполт няется окончательная обработка результатов измерений с получением данных, необходимых для построения цифровой модели местности или топографического плана. Графическое изображение топографического плана может, быть выполнено графопостроителем, соединенным с ЭВМ. Нивелирование поверхностиТопографическую съемку небольших участков равнинной местности с небольшим количеством контуров при высоте сечения рельефа через 0,1; 0,25; 0,5 м выполняют нивелированием поверхности по квадратам, прямоугольникам, характерным линиям рельефа и т. п. Отметки пикетов во всех способа определяют геометрическим нивелированием, различие состоит в методе определения планового положения точек. При нивелировании по квадратам теодолитом и мерным прибором на местности разбивают сетку квадратов, в вершинах квадратов забивают колышки. Сначала строят квадраты со сторонами 100, 200 или 400 м, а затем получая более мелкие квадраты со сторонами 40 м при съемке в масштабе 1:2000, 20 м — при съемке в масштабе 1:1000 и 1:500. При разбивке квадратов выполняют съемку ситуации. Результаты съемки фиксируют в абрисе (рис. 1.27).  Рис. 1.27. Абрис нивелирования поверхности по квадратам (стрелками показано направление скатов) Нивелир устанавливают так, чтобы с меньшего количества станций полнить съемку всего участка. Установив нивелир на станции I, берут отсчет по рейке, поставленной на опорной высотной точке (например на Рп I) и вычисляют ГП = Нрn + а, где Нрn — отметка репера; а — отсчет по рейке, установленной на репере. У номеров вершин квадратов выписывают отсчеты по рейкам, установленным на них, в абрисе штриховыми линиями показывают, на какие вершины квадратов выполнено нивелирование с данной станции. Отметки вершин квадратов вычисляют по формуле Нi = ГП - а Подобным образом выполняют нивелирование и с других станций с обязательным определением ГП на каждой станции по опорным высотным пунктам или связующим точкам. С каждой последующей станции нивелируют несколько связующих точек, при этом (см. рис. 1.27) а1+ b2 = а2 + b1, расхождение между этими суммами не должно превышать 10 мм. При нивелировании по параллельным линиям прокладывают параллельные магистральные ходы, часто по характерным линиям рельефа, по обе стороны от каждого хода разбивают перпендикулярные линии (поперечники). По ходам и поперечникам через 40 м при съемке в масштабе 1:2000 и 20 м — при съемке в масштабах 1:1000 и 1:500 закрепляют пикеты и снимают ситуацию. Высоты пикетов определяют геометрическим нивелированием. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||