Тенденции развития современных геодезических приборов. Реферат Тенденции развития современных геодезических приборов Введение
 Скачать 52.81 Kb.
|
|
Реферат Тенденции развития современных геодезических приборов Введение геодезия инженерный прибор лазерный Средствами для измерения объектов протяженностью от десятков дециметров до тысяч километров являются геодезические приборы. Современные геодезические приборы, как правило, являются высокоточными оптико-механическими и оптико-электронными приборами. Они предназначены для решения геодезических задач на суше, на море и в космосе в разнообразных физико-географических экспедиционных, заводских и других условиях. Геодезические приборы применяют: при построении государственных геодезических сетей и картографировании территорий; при изысканиях, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений; для обеспечения геологических работ; в землеустройстве и лесоустройстве; в машиностроении и приборостроении для контроля геометрических параметров изделий и их пространственной ориентации; в разных областях науки и обороне страны. В настоящее время создано очень много геодезических приборов и новых геодезических технологий, принципиально отличных от традиционных. 1. Общие сведения об основных этапах разработки геодезических приборов При разработке современных геодезических приборов, как правило, возникают принципиально новые задачи, решение которых требует проведения теоретических и экспериментальных исследований. Чтобы решить проблемные вопросы и получить необходимый материал для проектирования приборов, проводят научно-исследовательские работы (НИР). Различают следующие этапы НИР: 1. Разработка и согласование технического задания (ТЗ). 2. Изучение отечественной и зарубежной литературы по исследуемому вопросу. 3. Разработка общей методики и составление плана проведения работ. 4. Теоретические исследования. 5. Составление перечня и разработка конкретных методов проведения эксперимента и схем экспериментальных установок. 6. Разработка и изготовление макетных узлов или макетных образцов, проведение их исследований и испытаний. 7. Разработка и изготовление экспериментального образца. 8. Исследование и испытание экспериментального образца. 9. Анализ результатов экспериментов и испытаний, составление научно-технического отчета с выдачей рекомендаций по техническому заданию на проведение опытно-конструкторской работы (ОКР). В зависимости от целей и сложности НИР этапы можно изменить или сократить. 2. Современные геодезические приборы Современные геодезические приборы можно разделить на несколько групп: геодезическое GPS-оборудование, электронные тахеометры, электронные (цифровые) теодолиты, электронные (цифровые) нивелиры, лазерные сканеры. Для того, чтобы было проще сориентироваться, необходимо знать, что каждая из вышеперечисленных групп имеет свое назначение и оптимальную область применения, хотя, конечно, области применения современных геодезических приборов могут частично пересекаться. Например, в частном случае, GPS-приемники могут заменить электронные тахеометры (например, при сьемке местности), и наоборот. 2.1 Лазерные геодезические приборыНаиболее распространенный тип нивелиров – оптические нивелиры.Основными частями нивелира является:Зрительная труба – предназначена для проведения наблюдений (визирования), ось трубы называется визирной осью.Круглый, цилиндрический уровень – служит для установки прибора в горизонтальное положение.Подставка (трегер) – предназначена для установки прибора на штатив, а также для приведения в горизонтальное положение с помощью подъемных винтов трегера.Большинство современных оптических нивелиров снабжены автоматическим компенсатором угла наклона, который при грубой установке, приводит визирную ось прибора в горизонтальное положение.Принцип измерения превышений оптическим нивелиром достаточно прост и состоит в следующем: – с помощью подъемных винтов трегера прибор приводится в горизонтальное положение, затем наблюдатель поочередно берет отсчеты по инварной рейке имеющей сантиметровые деления, устанавливаемой на наблюдаемых точках, разность в отсчетах и даст превышение между наблюдаемыми точками.Наиболее распространены нивелиры марки: – Topсon, Sokkia, Vega, Setl а также нивелиры отечественного производства марки УОМЗ.2.2 Электронные приборы и тахеометры Геодезические инструменты, геодезические приборы, механические, оптико-механические, электрооптические и радиоэлектронные устройства для измерения длин линий, углов, превышений при построении астрономо-геодезической сети и нивелирной сети, съёмке планов, строительстве, монтаже и в процессе эксплуатации больших инженерных сооружений, антенных устройств радиотелескопов и т.п. К геодезическим инструментам относятся также инструменты для астрономических определений при геодезических работах и маркшейдерские инструменты. Инструменты и приборы для измерения длин линии. Для обычных измерений длин линий применяют стальные мерные ленты длиной в 20 или 50 м, которые укладывают по земле, отмечая их концы шпильками. Относительная ошибка измерения лентой зависит от условий местности и в среднем составляет 1:2000. Для более точных измерений применяют ленты из инвара, которые натягивают динамометрами. Таким путём можно снизить ошибку до 1:20000 – 1:50000. Для ещё более точных измерений, главным образом базисов в триангуляции, применяют базисные приборы с подвесными инварными мерными проволоками длиной в 24 м; относительная ошибка таких измерений имеет порядок 1:1000000, т.e. 1 мм на 1 км длины измеряемой линии. В геодезических работах применяют также дальномеры, совмещенные со зрительной трубой или являющиеся насадками на зрительную трубу геодезических инструментов. Они позволяют искомую длину линии определять из решения треугольника, вершина которого совпадает с передним главным фокусом объектива зрительной трубы инструмента, а его высотой служит измеряемая линия, причём основание и противолежащий ему угол в этом треугольнике известны. Существуют также электрооптические дальномеры и радиодальномеры, позволяющие измерять расстояние по времени прохождения вдоль измеряемой линии световых волн или радиоволн, скорость распространения которых известна. Инструменты для определения направлений и измерения углов. Для простейшего определения направлений линий относительно меридиана служит буссоль, являющаяся или самостоятельным геодезическим инструментом, или принадлежностью других геодезических инструментов. Погрешность буссоли составляет 10–15'. Для более точного измерения направлений и углов в геодезии применяются разнообразные инструменты. Прообразом их явилась астролябия, изобретённая ещё до н.э. и состоявшая из круга с делениями, по которому углы отсчитывали с помощью вращающейся линейки с диоптрами, служившими для наведения на предмет. Во 2-й половине 16 в. начали появляться др. угломерные инструменты. например пантометр (астролябия с вертикальным кругом, допускавшая измерение и горизонтальных и вертикальных углов). С 17 в. в угломерных инструментах стали применяться зрительные трубы (1608), микроскопы (1609), верньеры (1631), уровни (1660), сетки нитей (1670). Так сложился основной угломерный инструмент, получивший название теодолита. Теодолит устанавливают на штативе или столике геодезического знака, подъёмными винтами и по уровню приводят вертикальную ось в отвесное положение, поворотами трубы около вертикальной и горизонтальной осей наводят её на визируемую точку и производят отсчёты по кругам. Это даёт направление, а угол получают как разность двух направлений. В современных теодолитах круги изготовляют из оптического стекла, диаметр делений 6–18 наиболее употребительный интервал между делениями 20' или 10', отсчётными устройствами служат шкаловые микроскопы с точностью отсчитывания 1'-6» или т. н. оптические микрометры с точностью отсчитывания до 0,2–0,3».В 60-х гг. 20 в. для определения направления истинного (географического) меридиана стали применять т. н. гиротеодолиты и различные гироскопические насадки на теодолиты. Погрешность определения направлений гиротеодолитом составляет 5–10».К осевым, закрепительным и наводящим устройствам угломерных инструментов предъявляют высокие требования. Например, в высокоточных теодолитах угловые колебания вертикальных осей не превышают 2'', в пассажных инструментах допустимая неправильность формы их цапф, на которых вращается зрительная труба, составляет доли микрона. Закрепительные устройства не должны вызывать упругих деформаций в осевых системах закрепляемых частей инструмента в момент закрепления. Наводящие устройства должны осуществлять весьма тонкие перемещения частей инструмента, например повороты с точностью до долей секунды. Зрительные трубы угломерных и других геодезических инструментов имеют увеличения в 15–65 раз. Электронный тахеометр – это высокоточный и высококачественный современный геодезический прибор который значительно упростил проведение геодезических измерений. По сути, электронный тахеометр состоит из угломерной части, светодальномера, и встроенного компьютера. Таким образом, с помощью угломерной части определяются горизонтальные и вертикальные углы, светодальномера – расстояния, а встроенный компьютер решает различные геодезические задачи, обеспечивает управление прибором, контроль и хранение результатов измерений. Результаты измерений можно перекачать на ПК и обработать в специальных программах. Электронные тахеометры могут работать как в отражательном режиме (наблюдатель ведет измерения на специальные устройства – отражатели, призмы, отражающие марки) так и в без отражательном режиме (наблюдения ведутся непосредственно на наблюдаемый объект). Существуют также роботизированные тахеометры, с помощью которых наблюдения может вести один человек, эти приборы по заданной программе сами находят положение отражателей и производят измерения. Область применения электронного тахеометра достаточно широка: – строительство, землеустройство, топография, инженерный изыскания и т.д. Основные функции тахеометра – определение координат; вынос в натуру координат, линий и дуг; обратная засечка; определение высоты недоступного объекта; вычисление площади и т.д.
2.3 Приборы вертикального проектирования При решении многих задач инженерной геодезии используют приборы вертикального проектирования (ПВП), что связано с увеличением этажности массовой застройки, созданием уникальных объектов ядерной энергетики, специальных технологических линий и т.п. При этом возрастают требования к точности инженерно-геодезических работ, усложняются условия измерений. Приборы вертикального проектирования позволяют более эффективно передавать плановые координаты выше и ниже исходной точки, контролировать вертикальность сооружений. ПВП обычно делят на: · механические · оптические В механических приборах отвесная линия реализуется струной с грузом или стержнем. В прямом отвесе струна устанавливается в вертикальное положение подвешенным грузом, помещенным в жидкость (масло, воду с опилками и др.). В обратном отвесе нижний конец струны (проволоки) закрепляют, а верхний натягивают динамометром, в вертикальное положение струна устанавливается при помощи двух взаимно перпендикулярных уровней. Прикрепленный к верхнему концу проволоки плавающий в жидкости поплавок также удерживает проволоку в отвесном положении. Точность механических центриров зависит от их конструкции, способа фиксации отсчета и высоты проектирования. Наибольшее распространение получили оптические центриры, которые по точности делят на технические, точные и высокоточные. Технические центриры обычно встроены в теодолиты, тахеометры и др., их точность 1:5000–1:10 000 при расстоянии 10–20 м. Точные и высокоточные центриры являются самостоятельными приборами, по способу установки визирной оси в отвесное положение их делят на уроненные и центриры с компенсатором. Относительная ошибка проектирования точки точными центрирами равна 1:30 000–1:50 000 при расстоянии до 150 м. Компенсаторы в точных центрирах позволяют устанавливать визирную ось с точностью 1». Высокоточные центриры позволяют устанавливать визирную ось в отвесное положение с ошибкой менее 1», имеют зрительную трубу с увеличением 30–40х и позволяют выполнять проектирование с относительной ошибкой 1–100 000 при расстоянии 250–500 м. При строительстве инженерных сооружений и монтаже технологического оборудования широко используют точные и высокоточные геодезические центриры. Кроме того, оптическое проектирование можно выполнить способом отвесных плоскостей, в котором вертикальную линию получают путем пересечения двух примерно взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостей, полученных теодолитами. В настоящее время используются как оптические, так и лазерные приборы вертикального проектирования. Наиболее распространённым оптическим прибором является FG-L100 – современный аналог выпускавшегося фирмой «Карл Цейсс» прибора PZL. Тщательно отцентрированный, он позволяет осуществлять передачу точек на монтажный горизонт с погрешностью 1 мм на 100 м. Его характеристики: увеличение зрительной трубы – 31,5˟, диапазон работы компенсатора – ±10˝, предел фокусирования оптического центрира – 0,5 м, точность центрирования на высоту 1,5 м – 0,5 мм, цена деления цилиндрического уровня – 10˝, угол поля зрения – 1,3°. Для сравнения: лазерный прибор вертикального проектирования LV1 фирмы Sokkia даёт погрешность 2,5 мм на 100 м. Его характеристики: длина волны лазера 635 нм; класс лазера -2 (IEC 82501 1993), II (CFR21); диаметр лазерного пятна на расстоянии 100 м (в зенит) – 7 мм; диаметр лазерного пятна на расстоянии 5 м (в надир) – 2 мм; диапазон работы компенсатора – ±10˝; предел измерений в зенит – 100 м; предел измерений в надир – 5 м; точность установки отвесной линии в зенит – ±5˝; точность установки отвесной линии в надир – ±1˝. 3. Использование спутниковых технологий в инженерной геодезии Согласно общепринятому определению, Геодезические спутники искусственные спутники Земли, запускаемые в качестве объектов наблюдения для решения задач спутниковой геодезии. Материалами для решения таких задач служат измеренные в результате наблюдений направления на тот или иной спутник (позиционные наблюдения) и расстояния до него. Геодезические связи между пунктами Земли, удалёнными друг от друга до нескольких тыс. км (например при межконтинентальной космической триангуляции) устанавливаются путём позиционных фотографических наблюдений спутника движущегося на высоте 4–6 тыс. км одновременно из двух или более пунктов. Для обеспечения таких наблюдений спутниковыми фотокамерами средних размеров запускаются надувные геодезические спутники – баллоны диаметром до 30–40 м из алюминированной пластмассовой плёнки. В динамической спутниковой геодезии используют более массивные спутники движение которых в меньшей мере зависит от неоднородностей атмосферы, а определяется в основном особенностями гравитационного поля Земли; такие геодезические спутники запускают на высоты до 3 тыс. км. Для повышения точности одновременных позиционных наблюдений и измерения расстояний до спутников на геодезические спутники устанавливается специальное оборудование. Мощные импульсные источники света, работа которых контролируется бортовыми кварцевыми часами и управляется с Земли, облегчают позиционные наблюдения и позволяют синхронизовать их с высокой точностью при одновременном участии в работе нескольких станций. Приёмопередатчики, ретранслирующие радиосигналы, посылаемые на геодезические спутники наземными станциями, позволяют путём измерения сдвига фазы принятого на станции сигнала относительно посланного определять расстояния до спутника. Расстояния до геодезических спутников определяются также на основе анализа изменений частоты сигналов установленных на спутниках радиопередатчиков вследствие Доплера эффекта. Для измерения расстояний спутниковыми лазерными дальномерами на геодезических спутниках устанавливаются уголковые отражатели. Наилучшее решение задачи достигается, когда используются наблюдения или данные о движении спутников с орбитами разных наклонов и высот, а также данные наземной гравиметрической съёмки. Для исследования или исключения таких возмущений, как, например, сопротивление атмосферы Земли, используют геодезические спутники, орбиты которых выбирают для этой цели особо. В настоящее время в решении динамических задач геодезических спутников всё большую роль играет применение радиотехнических и лазерных методов наблюдений движения спутников и далёких космических объектов. Общие правила 1. Приборы и оборудование, предназначенные для выполнения топографо-геодезических работ, должны быть спроектированы и изготовлены так, чтобы не возникало предпосылок для опасных и вредных производственных факторов. 2. К работе с топографо-геодезическими приборами должны допускаться лица, прошедшие специальную подготовку, отвечающие установленным квалификационным требованиям и сдавшие экзамен (зачет) на знание правил техники безопасности. 3. При организации и проведении полевых топографо-геодезических работ следует руководствоваться правилами по технике безопасности ПТБ-88. 4. В технических условиях и эксплуатационной документации на топографо-геодезические приборы должен быть изложен порядок безопасной работы с ними с учетом полевого и эксплуатационного характера эксплуатации. 5. Рабочие места, на которых размещаются приборы и оборудование для выполнения топографо-геодезических работ, должны быть организованы и аттестованы в соответствии с Р-85200–010. 6. При подъеме на геодезический знак и при работе на нем необходимо соблюдать требования по безопасности, указанные в ПТБ-88. 7. Конструкция, взаимное расположение рабочих элементов приборов и оборудования (органов управления, средств отображения информации, индикаторных устройств) должны соответствовать антропометрическим, физиологическим, экологическим требованиям, а так же характеру выполняемых измерений. 8. За состоянием и безопасной работой приборов и оборудования должен быть установлен постоянный контроль должностными лицами технических служб (начальниками партий, руководителями работ, ответственными работниками подразделений). Лица, ответственные за хранение и исправное состояние топографо-геодезической техники назначаются приказом руководителя предприятия из состава инженерно-технических специалистов подразделений. 9. Применение топографо-геодезической техники не должно нарушать сложившийся экологический баланс в районе проведения работ. 10. Геодезические приборы, применяемые для маркшейдерских работ в подземных горных выработках, должны выпускаться в взрыво-искробезопасном исполнении. Заключение Научно-технический прогресс не стоит на месте. С каждым днем он охватывает все больше сфер нашей жизни. В последние несколько лет ощутимо возросли темпы строительства. Как следствие, это повлекло за собой и развитие оборудования для геодезии. Любые геодезические приборы на современной строительной площадке являются одним из самых важных и необходимых элементов. Здесь также четко прослеживается устойчивая взаимосвязь между геодезическими приборами и развитием сегмента высокоточной компьютерной техники. Компьютерные инновации позволили на порядок модернизировать и усовершенствовать геодезическое оборудование. Без такой техники уже сложно представить себе, например, монтаж инженерных коммуникаций в процессе строительства зданий и сооружений. Если вам требуется геодезическая съемка местности, топографическая или кадастровая съемка, то вам необходимы такие приборы как: оптические и электронные теодолиты или электронные тахеометры. Несмотря на то, что электронный тахеометр является более технологически усовершенствованным прибором, в котором многие процессы автоматизированы, геодезисты широко используют оптические или электронные теодолиты для решения различных задач. Электронный теодолит более прост в использовании, наличие дисплея удобно и исключает ряд ошибок. Оптические теодолиты – надежные приборы, которые могут работать при низких температурах, да и цена на эти геодезические приборы является не последним аргументом в их пользу. Конечно, электронные тахеометры более дорогие приборы, но функции, которые в них заложены, и их техническое оснащение оправдывает цену. По сути, тахеометры – это многофункциональные станции для решения широкого спектра задач, в электронные тахеометры установлено современное программное обеспечение, которое позволит вам, находясь на объекте, решить ряд различных задач. Роботизированные электронные тахеометры способны отслеживать положение отражающей призмы. При решении некоторых задач эти приборы не требуют постоянного присутствия человека и могут работать по заранее заданной программе. Список литературы 1. Бузук, Р.В. Маркшейдерские опорные геодезические сети / Р.В. Бузук. – Кемерово, 2004. – 286 с. 2. Деймлих Ф. «Геодезическое инструментоведение». 3. Дементьев, В.Е. Современная геодезическая техника и её применение: учеб. пособие для вузов. – 2-е изд. / В.Е. Дементьев. – М.: Академический проспект, 2008. – 591 с. 4. Инструкция по развитию съёмочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС И GPS. – М.: ЦНИИГАиК, 2002. –73 c. 5. Киселев М.И., Клюшин Е.Б., Михелев Д.Ш., Фельдман В.Д. под ред. Михелева Д.Ш. Инженерная геодезия: Учебник для вузов. – 4-е, 7-е и 10-е изд. – М.: Академия, 2004–2010. – 496 с. 6. Кузнецов П.Н., Васютинский И.Ю., Ямбаев Х.К. Геодезическое инструментоведение М.: Недра, 1984 7. Поклад, Г.Г. Геодезия: учеб. пособие для вузов / Г.Г. Поклад, С.П. Гриднев. – М.: Академический проспект, 2008. – 592 c. 8. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS. – М.:ЦНИИГАиК, 2003. – 124 c. 9. Спиридонов А.И., Кулагин Ю.Н. Справочник-каталог геодезических приборов. М.: Недра, 1984. 10. Фельдман В.Д. «Основы инженерной геодезии». |
