спутник. 2. Состав спутниковых геодезических приемников
 Скачать 231.5 Kb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………………………………………………………………...3 1. Особенности в конструкции маркшейдерских геодезических приборов…14 2. Состав спутниковых геодезических приемников…………………………...15 Заключение……………………………………………………………………….19 Список используемых источников……………………………………………..20 ВВЕДЕНИЕ Актуальность исследования. Актуальность исследования заключается в том, что стремительное развитие радиоэлектроники, вычислительной техни-ки и коммуникационных технологий в течение последних десятилетий, к сожалению, мало повлияло на арсенал российских маркшейдеров и геодезии-стов. Они до сих пор при работе пользуются оптическими теодолитами, а иногда и рулеткой, демонстрируя тем самым отставание от современных технологий, по крайней мере, лет на двадцать. Низкий уровень технического оснащения многих отечественных марк-шейдерских подразделений, заниженные требования, непонимание роли компьютерных технологий, профессиональный консерватизм руководителей, сдерживают внедрение новых технологий в маркшейдерском деле и приводят к потере эффективности выполнения как полевых, так и камеральных работ. Объект исследования – маркшейдерские геодезические приборы и спутниковые геодезические приемники. Предмет исследования – состав и особенности геодезических устройств. Цель исследования – рассмотреть особенности конструкций маркшей-дерских геодезических приборов и спутниковых геодезических приемников. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач: - изучить особенности в конструкции маркшейдерских геодезических приборов; - изучить состав спутниковых геодезических приемников. Особенности в конструкции маркшейдерских геодезических приборов Маркшейдерские приборы применяются в маркшейдерском деле при пространственных геометрических измерениях в шахтах и карьерах, а также на поверхности Земли. В настоящее время создано очень много геодезииче-ских приборов и новых геодезических технологий, принципиально отличных от традиционных. В прежние годы для каждого вида измерений существовал свой тип приборов: для угловых измерений теодолит, для высотных измерений – нивелир, для линейных измерений – рулетка и дальномер. Каждый прибор, в зависимости от предполагаемого использования имел свои точностные характеристики. Ниже рассмотри основные рабочие инстру-менты маркшейдера. Так, основными рабочими инструментами маркшейдера являются измерительные приборы, к которым относятся, в первую очередь, нивелир, теодолит и тахеометр. Все эти приборы предназначены для измерения углов и расстояний, иногда - для измерения азимута (угла между плоскостью меридиана Земли и направлением). Функциональные и конструктивные особенности этих приборов могут отличаться - научно-технический прогресс наложил отпечаток и на совершенствование измерительной техники самого высокого уровня, однако принципы их работы и назначение изменились мало за прошедшие десятилетия и даже столетия. Следует отметить, что по функциональным возможностям наиболее простым прибором является нивелир - он предназначен, в основном, для измерения вертикальных углов. Следующим по сложности измерительным прибором геодезии и маркшейдерского дела является теодолит. Его функционал дополнен возможностью измерения и горизонтальных, и вертикальных углов. Наиболее универсальным и функциональным прибором, вобравшим все возможности нивелира, теодолита и дальномера, является тахеометр. С помощью современных тахеометров можно измерять не только угловые, но и линейные величины, т. е. расстояние до объектов, что значительно упрощает съемки и расчеты. Если же тахеометр оборудован системой GPS и встроенным компьютером для обработки и хранения данных, то такой прибор является настоящей мечтой маркшейдера. Ниже подробно рассмотрим основные рабочие инструменты маркшей-дера. Нивелир - прибор для геометрического определения разницы высот между опорными точками, которую называют превышением. Французское слово «niveau» буквально означает «уровень». Нивелиры бывают оптико-механические и электронные (цифровые, лазерные). Оптико-механический нивелир представляет собой прибор, сос-тоящий из зрительной трубы, механизма поворота трубы и чувствительного уровня. Прибор, как правило, устанавливается на штатив. В конструкцию входит рейка и нитяной дальномер для определения расстояния по рейке. Рейка нивелира представляет собой деревянную или металлическую линейку со шкалой, по которой считывается разность уровней опорных точек при помощи нивелира. В современных оптико-механических нивелирах присутствует автоматический компенсатор для упрощения установки оси зрительной трубы в горизонтальное положение. Цифровые нивелиры имеют встроенный процессор для автоматизации вычислений результатов измере-ний их запоминания, и оснащены специальной рейкой. Лазерные нивелиры используют для измерений углов и уровней плос-кий лазерный луч, а также специальную измерительную рейку. При производстве мелкомасштабной съемки они применяются редко, поскольку приборы с оптикой дают более точные результаты. По степени точности измерений нивелиры подразделяются на высокоточные, точные и техни-ческие. В высокоточных нивелирах отсчеты берутся по штриховой инварной рейке, в нивелирах меньшей степени точности - по шашечной рейке. Теодолит - измерительный прибор, основное назначение которого – определение направлений и измерение углов между направлениями с высокой степенью точности. Область применения теодолитов: топогра-фические, геодезические, маркшейдерские съемки, строительство зданий, сооружений, дорог и т.д. Основным измерительным элементами теодолитов являются лимбы - горизонтальные и вертикальные круглые шкалы. Наблюдение ведется через оптическую зрительную трубу, которая наводится на опорную точку при помощи наводящих и закрепительных винтов. Оптическая труба бывает пря-мого (наблюдатель видит изображение в нормальном положении) и обра-тного (наблюдатель видит перевернутое изображение) наблюдения. Составляющие элементы конструкции оптического теодолита – цилиндри-ческий уровень, отвес (механический или оптический - для точной установки прибора над или под опорной точкой). Для снятия отсчетов служит отсчётный микроскоп (микрометр). Кроме этого, некоторые теодолиты оснащены компенсаторами для облегчения горизонтального позицио-нирования. Теодолиты подразделяются по степени точности (высокоточные, точ-ные, технические), по назначению (полевые, горные), а также по принципу действия - оптические, фото -, кино -, гиротеодолиты и электронные теодо-литы. Горные теодолиты отличаются от обыкновенных полевых приборов более высокими требованиями к прочности и мобильности, а также защите от загрязнений и влаги, поскольку предназначены для использования в тяжелых условиях подземных выработок. Принципиально они устроены так же, как и аналогичные приборы для наружной съемки поверхности. Фото- и кинотеодолиты объединяют в своей конструкции фото или кинокамеру с теодолитными измерительными элементами. По сути это - высокоточная фото- или киносъемка объектов и мест-ности. По степени точности эти теодолиты значительно уступают обычным оптическим приборам. Гиротеодолит служит для ориентирования, измерения углов и опре-деления направлений. Его принцип действия аналогичен принципу работы гирокомпасов, применяемых в современном мореходстве. Основу гиротеодолита составляет угломерное устройство для считыва-ния отсчетов положения чувствительного элемента гироскопа и определения азимута требуемого направления. Ось чувствительного элемента гироскопа совершает колебания строго по плоскости меридиана Земли, поэтому угол между направлением и меридианом (азимутом) можно определить с дОС-таточно высокой степенью точности. Гиротеодолиты нередко применяют в маркшейдерских съемках, при этом для перехода к дирекционному углу вводят поправки для сближения меридианов в проекции Гаусса-Крюгера. Электронные теодолиты оснащены компьютером, позволяющим авто-матизировать вычисления и запоминать результаты. Тахеометр - геодезический измерительный прибор для определения расстояний до объектов, а также для измерения горизонтальных и вертика-льных углов. Тахеометры применяются для определения координат и высот точек местности при топографической, геодезической и маркшейдерской съемке, при разбивочных работах и составлениях планов высот и координат опорных точек. По сути, тахеометр - усовершенствованный теодолит, имеющий большую функциональность. Тахеометры классифицируются по назначению (строительные, поле-вые), по принципу действия, а также по конструкции. По принципу действия тахеометры подразделяют на оптические и электронные, которые в после-дние годы получают все более широкое распространение из-за обеспечения высокой точности и производительности измерительных работ. Электронные тахеометры работают по принципу радара - они считы-вают разницу в фазах испускаемого и отраженного от опорной точки луча (фазовый метод), либо разницу по времени прохождения луча до отражателя и обратно (импульсный метод). Фазовый метод используется для измерения углов, а импульсный - расстояний. По конструктивному исполнению тахеометры подразделяют на модуль-ные, интегрированные и автоматизированные. Модульные тахеометры состоят из отдельных модулей-элементов - определитель углов, дальномер, органы управления и обработки информации (клавиатура, процессор). Благодаря модульности, можно выбирать элементы тахеометра для решения конкретных задач, исключая излишнюю функциона-льность всего прибора в целом, что заметно сказывается на стоимости и мобильности тахеометра. Интегрированные тахеометры отличаются от модульных тем, что все перечисленные выше модули объединены в одном приборе. Такие приборы применяются в том случае, когда необходимо полностью использовать функциональные возможности тахеометра. Автоматизированные тахеометры несут элементы усовершенствования эксплуатации - сервопривод, системы распознавания, захвата, слежения и т.д. Такие тахеометры значительно облегчают работу, при проведении большого количества измерений на небольшом участке или секторе, а также при мониторинге сдвига или деформации (функция слежения). Тахеометры, изготавливаемые в Росси - Та2, Та5, Та20 (цифра в модели соответствует величине погрешности прибора в угловых секундах) Точность измерений, полученных при использовании современных теодолитов, нивелиров и тахеометров очень высока. Так, при использовании прибора на расстоянии до опорной точки 1000 м, получаемая погрешность угловых измерений составляет до полсекунды, линейных - до 1 мм (при импульсных лазерных измерениях). Ниже рассмотрим особенности в конструкции теодолитов. Так, в связи с конструктивными особенностями приборов в номенклатуре теодолитов после значений СКП указываются буквенные символы, означающие соот-ветствующий тип инструмента: - 2Т5К, с компенсатором; - 4Т30П, с прямым изображением; - 3Т2КА с автоколлимационным окуляром; - 2Т30М, маркшейдерский; - Т30, без буквенных обозначений означает традиционный инструмент с цилиндрическим уровнем при вертикальном круге. В зависимости от конструкции элементов горизонтальных кругов, ста-тического или вращающегося положения и взаимосвязи лимба и алидады можно выделить еще два вида инструментов: - повторительные, дающие возможность лимбу вращаться или не вра-щаться совместно с алидадой вокруг оси, при закреплении алидады и откреплении лимба; - не повторительные приборы только с закрепляющей функцией лимбов. Каждый оптический теодолит можно также отнести к какому-то типу в зависимости от назначения его применения: - геодезический; - маркшейдерский; - астрономический; - тахеометр, которыми были теодолиты с маркировкой ТТ и такие модели Т5, Т30. Все группы теодолитов имеют практически одну принципиальную схе-му своей конструкции. В нее входят такие основные части: - основание с подставкой, на котором закреплена вращающаяся часть инструмента; - собственно вращающаяся часть, состоящая из нижнего горизонта-льного круга с цилиндрическим уровнем, двух вертикальных колонок (одна с вертикального кругом и компенсатором наклона), зрительной трубы и микроскопа отсчитывания. Более детальное строение подробно изображено на рис.1.  Рисунок 1. - Внешний вид оптического теодолита Т30 Каждый отдельный узел у него имеет свое назначение и взаимоувязан геометрическими и конструктивными связями. Металлическая широкая пло-щадка (1), служит для крепления инструмента на штативе с помощью станового винта. Горизонтальный круг (2) в нижней части корпуса прибора состоит из отсчетного механизма (алидады) с закрепительным винтом (3), микрометренного винта (4) наведения, цилиндрической ампулы горизонта-льного уровня (5) служит для вращения на 360º. Вертикальный круг (19), представляющий единое целое с вертикальной стойкой (12), содержит в себе отсчетное приспособление с зеркалом подсветки (16) и паз для фиксации буссоли (18). Имеет своим предназначением измерять вертикальные углы (наклона). На второй вертикальной стойке установлен закрепительный винт (8), кре-мальера (7) для фокусирования изображения и микрометренный винт вертикального круга (6) для точного выведения зрительной трубы. В состав зрительной трубы, конструктивно закрепленной между двух стоек, входят визир (9), окуляр в виде линзы для просмотра изображения в поле зрения трубы (10), окуляра отсчетного микроскопа (11) и объектива (17). Она предназначена для наведения на визирные цели. В конструкции трегера (21), содержащего подъемные винты (15), находятся лимб в виде круглого кольца с размеченными делениями на его шкале (13), его закрепительный (14) и микрометренный (20) винты. Оптические теодолиты, основное предназначе-ние которых в измерении углов, представляют конструктивную схему, состоящую из трех систем: - измерительной; - наведения; - ориентирования. В систему ориентирования входят геометрические взаимные связи отвесного и горизонтального положения между осями вращения инструме-нта, уровнями и отвесами. Система наведения включает в себя вращающиеся механизмы, геометрию и оптику зрительной трубы. Система измерений представляет вертикальный и горизонтальный круги со шкалами обоих лимбов, отсчетных приспособлений алидады и оптического микроскопа. Система измерений теодолита представляет собой механизм считыва-ния со шкалы недвижимого кольца лимба относительно штриха подвижной алидады угловых отсчетов и передачи через оптическую систему в окуляр микроскопа. Считывание ведется в одних моделях приборов по горизонта-льному и вертикальному кругу по одной стороне лимба (односторонняя система), а в других инструментах по двум сторонам (двухсторонняя). Штриховой микроскоп с односторонней системой считывания показан на рис.2. Отсчеты вертикального и горизонтального угла.  Рисунок 2. - Отсчеты вертикального и горизонтального угла В разных теодолитах в зависимости и от их точности, и от конструктивных особенностей отсчетные устройства могут быть и другого вида: шкаловые микроскопы, оптические микрометры. Система наведения теодолита состоит из зрительной трубы и связанными с ней микрометрен-ными винтами для точного наведения на цель наблюдения. Сама зрительная труба представляет металлический корпус, оптическую систему, состоящую из объектива (1) с окуляром (2), сетки нитей (5), фокусировочной линзы (3) с кремальерой (4). Оптическая схема основной детали устройства наведения показана на рисунке 3. .  Рисунок 3. - Зрительная труба Визирование на удаленные точки осуществляется через линзу окуляра и фокусирование изображения с помощью винта или кольца кремальеры, передвигающей внутреннюю фокусировочную линзу. При появлении четкого изображения в объективе точное наведение на цель выполняют с примене-нием сетки нитей, видимость которой регулируется диоптрийным кольцом. Линия, невидимо проходящая через центры окуляра и объектива, считается визирной осью. Соответствие ее положения конструктивным и геометриче-ским условиям относительно осей других узлов оптического прибора прове-ряется выполнением рабочих испытаний инструмента.  Рисунок 4 - Устройство сетки нитей (а) и изображение в поле зрения окуляра в приборах Т30 (б), Т30М (в) Система ориентирования теодолита дает возможность ориентировать инструмент относительно отвесной линии и точного центрирования над пун-ктами с известными координатами, определяющими их положение в пространстве. К этим устройствам в теодолитах относятся: - узлы оптического отвеса, нитяного подвеса и точки центрировки (сверху трубы); - ампулы цилиндрического и круглого уровней. Получив прибор в эксплуатацию, необходимо обязательно провести испыта-ния на соответствие его рабочим характеристикам. С каждым из них в укладочной коробке должна быть инструкция по эксплуатации или паспорт с техническими параметрами, комплектованием, устройством и особенно-стями данной конкретной модели, техническими и регламентными работами по обслуживанию, поверками, способами их проведения, юстировок и исп-равления, позволяющими привести прибор в рабочее состояние. У каждой конкретной модификации инструмента существуют свои конструктивные особенности. И полученное руководство, поможет правильно разобраться с эксплуатационными особенностями, отсчетными устройствами и другими характерными деталями теодолита. Независимо от того, имеется ли в паспорте прибора отметка о его метрологической проверке, необходимо самостоятельно провести станда-ртные поверки. Весь комплекс испытаний, как правило, записывается в специальный журнал поверок с их результатами. В стандартные поверки по соблюдению геометрических условий осевых элементов теодолита входят поверки: - взаимодействия деталей; - уровней, компенсатора; - устойчивости штатива и подставки; - наклона горизонтальной нити сетки нитей; - отвесности оси оптического центрира; - определение наклона горизонтальной оси прибора относительно вертикальной; - определения коллимационной ошибки и места нуля; - определение коэффициента нитяного дальномера; - определение рена отсчетного устройства. Периодически, помимо обычно ежегодной метрологической проверки, в течение года проводятся регламентные работы по техническому обслужи-ванию. 2. Состав спутниковых геодезических приемников В последние годы приборы для съемок поверхности Земли стали осна-щать глобальными системами позиционирования GPS (спутниковой систе-мой навигации), позволяющей определить местоположение объекта съемки в трехмерных координатах с достаточной степенью точности. Система GPS при геодезических и маркшейдерских съемках исполь-зуется лишь для удобства проведения грубых прикидок и ориентирования, поскольку на современном уровне развития не может обеспечить требуемой точности. Однако, последние разработки в этом направлении направлены на то, чтобы обеспечить геодезистов инструментом достаточно высокого уровня точности. Примечательно, что не только специалисты-землемеры могут сполна оценить преимущества современных технологий - портативные GPS-на-вигаторы для путешественников, туристов, охотников и других любителей побывать в лесу или в незнакомых местах, способны показать своему вла-дельцу его местоположение (в географических координатах) с точностью до 2-3 метров. Вполне возможно, что пройдет еще несколько лет, и человечество забудет слово «заблудиться». Данные устройства позволяют быстро собирать и обрабатывать информацию, которая получается в процессе межевания, на первых этапах строительных работ. Использование геодезистами таких систем, разрешает в кратчайшее время собирать координаты полей и в это же время производить обработку с полученными данными. Ко всему GPS приемник помогает создать разные опорные, а также съемочные сети или провести их ре-конструкцию, применяют его и в топографических съемках огромного масштаба. Ниже рассмотрим виды и типы систем глобального позиционирования GPS. Производится навигационное оборудование нескольких видов: 1. Приемник L1 геодезический GPS – одночастотный односистемный. 2. Приемник L1+L2 геодезический GPS – двухчастотный одно-системный. 3. Приемник GPS/ГЛОНАСС L1+L2 – двухчастотный двухсистемный. При этом для обработки результатов, которые передает устройство, применяется особое программное обеспечение. Для задач ГИС обычно используются GNSS оборудование, предназна-чение которого заключается в сборе атрибутивной, а также пространственной информации, в дальнейшем использующиеся для создания точных цифровых карт и загрузки геоинформационных систем. Приемники GPS одночастотные. Особенность этих устройств опреде-ляется дешевизной, компактностью и небольшим весом, из-за чего их довольно часто применяют для проведения разнообразных кадастровых работ. Для создания обоснования (съемочного) в процессе геодезических изысканий, непосредственно на месте работ. Двухчастотные приемники. Обычно такой вид приборов используется в самых различных работах сотрудниками геодезических служб, что помогает им создавать и разрабатывать планово-высотные обоснования. Двухчастотные геодезические устройства часто применяются и в прои-зводстве масштабных топографических съемок. В дополнение наличие уникальных функций разрешают выполнять работу на значительном удалении от базовой станции. GNSS оборудование. Использование в работе геодезиста GNSS приём-ника дает возможность специалисту существенно увеличить произво-дительность своего труда. Дело в том, что его работа дает возможность сократить время, улучшить качество и вместе с этим получить точные данные произведенных измерений. Особенное внимание нужно уделить таким же приемникам с функцией приема поправок RTK, присутствие которой в приборе данного уровня допускает возможность получать оконча-тельные точные результаты произведенных измерений в режиме онлайн (реальном времени). Кроме того такое высокоточное устройство разрешает заметно увеличить качество измерений GPS и потратить на это заметно меньше времени. Вместе с этим все системы GPS разделяются на пару основных типов – фазовые и кодовые, а уникальность упомянутых систем в том, что они могут работать в DGPS и автономном режиме, и вместе с этим принимать от спутниковых систем OmniStar, EGNOS и морских (длинноволновых) радиомаяков, которые обозначаются символами – MSK. Далее рассмотрим отличие геодезических приемников от других приборов. Отличительной характеристикой геодезических GPS-приемников яв-ляется точность получения результатов произведенных замеров. Хотя разница в размерах допускается, поскольку посылаемые спутниками сигналы на Землю имеют частоту 1227.6 и 1575.42 Мегагерц, а измерительные бытовые приборы могут считывать лишь открытый код, куда заблаго-временно закладывается небольшая погрешность результатов. На основании этого большое число навигаторов и мобильных теле-фонов могут выдавать результат с погрешностью в несколько метров. Другое дело профессиональные геодезические приборы, где точность результатов получается благодаря использованию «чистых» частот, эксплуатация кото-рых и дешифрация информации стоит больших денег. Различие бытового и профессионального аппарата является то, что второй в своей конструкции состоит из двух сложных блоков: базы, что перемещается по заранее заложенным координатам. В роли второго устройства выступает ровер, который устанавливается в той точке, куда укажут вычисления координат. Такая сложная система вычислений исполь-зуется именно в геодезических приборах, что позволяет опытным специа-листам получать данные с минимальной погрешностью, составляющей всего лишь несколько миллиметров. Ко всему надо заметить, что точность вычислений достигается не только благодаря использованию спутников, а и точному расположению на местности пользователя. Бытовые геодезические GPS приемники от профес-сиональных аппаратов отличаются простотой конструкции и самодоста-точностью, поскольку работают самостоятельно. Хотелось бы также отметить, что в настоящий момент спутниковые технологии вытесняют традиционные геодезические методы определения координат, длин линий, углов и азимутов, идет поиск наиболее оптимальных технологий, обобщение и создание методических, руководящих и инструктивных материалов. Также начинают активно применяться новые виды техноологий, например, такие как беспилотные летательные аппараты. Беспилотный летательный аппарат (БПЛА, также иногда сокращается как БЛА) - летательный аппарат без экипажа на борту. Все чаще используется в строительных компаниях для задач, связанных с геодезией (либо картографией). Для определения координат и земной скорости современные БПЛА, как правило, используют спутниковые навигационные приёмники (GPS или ГЛОНАСС). Углы ориентации и перегрузки определяются с использованием гироскопов и акселерометров. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проведённое исследование заключается в том, что в настоящее время низкий уровень технического оснащения маркшейдерских подразделений, за-ниженные требования, непонимание роли компьютерных технологий, про-фессиональный консерватизм руководителей, сдерживают внедрение новых технологий в маркшейдерском деле приводят к потере эффективности выполнения как полевых, так и камеральных работ. В связи с этим в работе были исследованы особенности в конструкции маркшейдерских геодезических приборов, а также изучен состав спутнико-вых геодезических приемников. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Артоболевский И.И. Очерки истории и техники России древних времен до 60-х годов.– М.: 1978г. 2. Автоматизация геолого-маркшейдерских графических работ. – М.: «Недра» , 1990г. 3. Деймлих Ф. «Геодезическое инструментоведение». 4. Лакатош Д.В. - «Районирование неоднородного поля месторо-ждения» - М: Издательство Московского государственного университета, 2010. 5. Новые технологии ведения поземных маркшейдерских работ. – М.: «Недра», 2018. 6. Певзнер М.Е. , Иофис М.А., Попов В.Н. - «Геомеханика» - М: Издательство Московского государственного университета, 2003. 7. Фельдман В.Д. «Основы инженерной геодезии». 8. http://geodesia.ucoz.ru. |