Электронные тахеометры

Электронный тахеометр представляет собой геодезический прибор, объединяющий теодолит, евстодальномер и микро-ЭВМ, что позволяет выполнять угловые, а также линейные измерения и осуществлять совместную обработку результатов этих измерений.

Функции электронного тахеометра может выполнять прибор, получаемый путем установки на оптический или электронный теодолит малогабаритного автоматизированного топографического светодальномера (возможность такой установки предусмотрена на всех современных топографических евстодалъномерах) в этом случае регистрацию результатов угловых и линейных измерений выполняют раздельно, обработку выполняют на внешней ЭВМ.

Некоторые ведущие производители спутниковых систем, такие как Trimble или Magellan/Ashtech (США), рассматривают электронные тахеометры как геодезические системы вторичного значения, заведомо отдавая предпочтение спутниковым системам реального времени (RTK) как первостепенным геодезическим системам. Так, например, первый электронный тахеометр фирмы Trimble (США), по замыслу создателей предназначался для дополнения возможностей спутниковых систем RTK.

Другие ведущие производители электронных тахеометрических систем, такие, например, как Spectra Precision (Швеция/Германия), Leica (Швейцария), Sokkia, Topcon, Nikon, Pentax (Япония) и другие рассматривают их как геодезические системы первичного значения, функциональные возможности которых могут дополняться возможностями спутниковых приемников.

Таким образом, две основные концепции развития геодезических систем определяют появление новых электронных тахеометров и систем. Какая концепция будет преобладать в будущем, какие принципиально новые системы поступят на рынок геодезического оборудования, покажет время.

Современные тахеометры существенно различаются не только своими техническими характеристиками, конструктивными особенностями, но и прежде всего ориентацией на конкретного пользователя или определенную сферу применения. Поэтому тахеометры можно также классифицировать по их предназначению для решения конкретных задач.

В целом, с помощью электронного тахеометра можно решать следующие задачи:

  • сгущение геодезической сети методом полигономстрии;
  • измерение сторон в трилатерации;
  • создание планово-высотного обоснования;
  • привязка снимков;
  • топографическая крупномасштабная съемка местности;
  • инженерно-геодезические изыскания;
  • вынос проекта в натуру и геодезическое обеспечение монтажных работ при возведении зданий и сооружений;
  • кадастровые работы и т. п.

По принципу работы с отсчетными устройствами электронные тахеометры условно можно разделить:

  • с визуальным отсчетом углов;
  • с электронным отсчетом (Total station — универсальные станции).

В первом случае снимаемые визуально отсчеты по шкаловому микрометру или оптическому микрометру вводят в процессор ручным набором на клавиатуре, а во втором углы в цифровом виде выводятся на табло. Измерение линейных величин выводится на табло автоматически во всех случаях.

Автоматическое считывание углов выполняется путем их перевода в электрические сигналы при помощи аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Применяют в основном два вида АЦП — кодовый и инкрементальный.

При кодовом методе лимб является кодовым диском с системой кодовых дорожек, обеспечивающих создание сигналов 0 и 1 в двоичной системе исчисления или сигналы в двоично-десятичных кодах, циклических и др., а также коды с избыточностью (корректирующие коды), позволяющие обнаруживать и исправлять ошибки. Кодовый метод является абсолютным, при котором каждому направлению однозначно соответствует определенный кодированный выходной сигнал. Для считывания информации с кодовых дисков обычно используют фотоэлектрический способ, при котором диск просвечивают световым пучком, поступающим на фотоприемное устройство, и в результате на выходе получают комбинации электрических сигналов, соответствующих определенным значениям направлений. Электрические сигналы поступают в логические схемы, и в итоге измеряемая величина в цифровом виде воспроизводится на табло.

В инкрементальном методе используют штриховой растр (систему радиальных штрихов), который через одинаковые интервалы (до 100 штрихов на 1 мм) наносят на внешний край лимба или алидады. Штрихи и равные им по толщине интервалы создают последовательность элементов «да-нет», которые называют инкрементами.

Считывание выполняют также оптическим методом, числу прошедших инкрементов соответствует число световых импульсов, поступивших на светоприемник. Для учета направления вращения круга используют два фотоприемиика, воспринимающих импульсные сигналы, сдвинутые по фазе на 90°, что достигается соответствующим размещением фотоприемников относительно растра или использованием двух одинаковых растров, сдвинутых относительно друг друга на 1/4 инкремента.

Инкрементальный метол является относительным, которым измеряют углы, а кодовым, который является абсолютным, — направления. Для повышения точности применяют системы, содержащие несколько расположенных определенным образом относительно круга пар фотодиодов, сигналы от которых сдвинуты по фазе, совместная обработка сигналов дает высокое угловое разрешение.

Микропроцессоры в электронных тахеометрах используют для управления, контроля и вычислений. На табло по команде с пульта управления процессора могут выдаваться наклонные расстояния, горизонтальные проложениния, горизонтальные и вертикальные углы, превышения и др.

В современных электронных тахеометрах имеются микро ЭВМ с памятью и устройством ввода и вывода данных, с регистрацией информации в запоминающем устройстве и ее выводом па внешний накопитель. В соответствии с заложенными программами имеется возможность в полевых условиях решать различные геодезические задачи, результаты могут выдаваться на табло, записываться в память или могут быть переданы на подключенный к прибору внешний накопитель информации.

Внешний полевой накопитель («электронный полевой журнал») хранит полученную в поле информацию для последующей обработки в камеральном вычислительном центре. Следовательно, современные электронные тахеометры позволяют создавать комплексную систему автоматизированного картографирования, состоящую из электронного тахеометра, полевого накопителя информации, стационарной ЭВМ и графопостроителя.

Современный электронный тахеометр, как и его оптический предшественник, позволяет измерять углы и расстояния до вехи (штатива) с отражателем или до наклеиваемых светоотражательных марок, а также в безотражателыюм режиме.

Эти первичные измерения служат основой для последующих, подчас сложных вычислений, производимых встроенным или внешним контроллером.

Режим работы инструмента определяет диапазон измерения дальности расстояний и классифицирует тип тахеометра на:

  • отражательный (призменный);
  • безотражательный.

Точность при отражательном режиме угловых измерений, как правило, лимитируются точностью 1″, а линейных 1 мм + 1 ppm. Этот порог, прежде всею, связан не с техническими проблемами измерительных систем, а с влиянием окружающей среды. Более высокая точность, заявляемая в технических характеристиках электронных тахеометров отдельных производителей, практически не достижима из-за влияния окружающей среды, ошибок центрирования и наведения. Точность измерения простейших тахеометров, как правило, не менее 5-6″ для угловых измерений и 3 мм + 3 ppm- для линейных.

Так как основной объем измерений электронным тахеометром приходится на расстояния, которые не превышают 500 — 1000 м, периодически приходится измерять и большие расстояния. Поэтому, наилучшими в этом плане являются дальномеры с точностью измерений не ниже 2 мм + 2 ppm при дальности 3000- 4000 м. Эти параметры должны стать стандартными в будущем для большинства электронных тахеометров.

Увеличение дальности измерений в ущерб точности нецелесообразно и неэффективно. При этом, ряд производителей явно завышают показатель дальности, оговаривая особые условия прозрачности атмосферы, при которых достижима определенная дальность измерений. Например, приводится такой показатель прозрачности атмосферы, как абсолютная видимость 40 км. Следует иметь в виду, что определение условий состояния атмосферы для пользователя является практически невозможным делом.

При работе в безотражательном режиме дальность измерений обычно не превышает 100 — 150 м, а точность лежит в пределах 10 — 20 мм. Использование этого режима обладает множеством нюансов, так как дальность измерений значительно зависит от отражающих свойств обрабатываемой поверхности. Для гладкого и светлого объекта дальность значительно превышает аналогичный показатель, выполненный для темного или рельефного. К существенному недостатку данных систем следует отнести отсутствие надежной фиксации точки измерения. И, тем не менее, в дальнейшем следует ожидать совершенствования безотражательных режимов измерений.

Важной составляющей электронного тахеометра является модуль контроллера — встроенного или внешнего. Под контроллером понимается не только полевой компьютер/вычислитель, но и пульт/клавиатура управления самим тахеометром. От его производительности, объема памяти, типа экрана, наличия и числа встроенных программ зависят функциональные возможности тахеометра. Большинство моделей тахеометров имеют встроенный контроллер, управляемый клавиатурой. Клавиатура может быть цифровой или алфавитно-цифровой. Некоторые модели тахеометров имеют клавиатуры с обеих сторон. Число клавиш клавиатуры в среднем лежит в пределах от 10 до 30, в зависимости от возможностей тахеометра. Клавиатура с минимальным числом клавиш, каждая из которых многофункциональна, очень неудобна и неэффективна.

В моделях серии Geodimetcr System 600 контроллер представляет собой съемную клавиатуру, поэтому его можно отнести к особому виду. До настоящего времени эта единственная в мире модель тахеометра со съемной клавиатурой. Она обладает несомненными достоинствами, так как является не просто клавиатурой, а контроллером, имеющим внутреннюю память и внутренние программы. Снятие информации, собранной в поле, не требует доставки в камеральный офис самого тахеометра — достаточно одной клавиатуры. Объем памяти, как и наличие тех или иных встроенных программ, определяется пользователем. Это удобно при работе нескольких исполнителей с одним тахеометром — у каждого своя клавиатура-контроллер.

В настоящее время в качестве контроллеров достаточно широко применяются полевые графические пен-компьютеры или компьютеры с активным экраном (pen/penpad computer или touch screen computer). В основе создания таких компьютеров лежит идея избавления от клавиатуры и возврата к использованию ручки или карандаша, но уже без традиционного полевого журнала. С их помощью можно не только управлять работой тахеометра и/или геодезического спутникового приемника, но и обработать на месте и просмотреть графическое отображение результатов съемок на экране пен-компьютера. Электронные тахеометры, оснащенные графическим контроллером типа GeodatWin в полной мере можно называть «электронной мензулой». GeodatWin выполняет функции управления тахеометром или спутниковым геодезическим приемником, обеспечивая совместное использование результатов обеих съемок.

Программное обеспечение решает большинство CAD-задач непосредственно в поле, позволяют вести трехмерную базу съемочных данных, что дает возможность строить цифровую модель рельефа и отображать ее в виде горизонталей, строить разрезы, сечения, профили, решать задачи координатной геометрии и многие другие. Обмен с персональным компьютером, экспорт/импорт файлов в формате DXF обеспечивают эффективность разбивочных работ по заранее подготовленным проектам. Очевидно, что графические системы реального времени типа GeodatWin получат дальнейшее развитие и станут неотъемлемой частью полевых съемочных систем.

Применение роботизированных технологий повышает эффективность работ практически вдвое по сравнению с использованием механических тахеометров, что дает возможность значительно сократить трудовые затраты, свести к минимуму ошибки полевых измерений и оптимально провести камеральные работы. Ряд фирм-производителей выпускают так называемые автоматизированные следящие системы (Automated Tracking System). Их основой является высокоточный электронный тахеометр с мощным дальномерным блоком, сервоприводами и всеми функциями робота.

Такие приборы могут использоваться и как обычные роботизированные тахеометры, и как датчики автоматической следящей системы, например, при наблюдении за деформациями инженерных сооружений и земной поверхности; геодезическом обеспечении гидрографических работ; автоматическом определении координат движущихся объектов; управлением строительными машинами и механизмами.

При этом, доля работ, выполняемых при геодезическом обеспечении строительства традиционными методами все еще остается достаточно высокой. Главным препятствием по внедрению современного геодезического оборудования от ведущих мировых производителей является их достаточно высокая цена, составляющая от 0,24 до 1,2 млн. руб.

На российском рынке геодезических инструментов электронные тахеометры представлены продукцией Уральского оптико механического завода (УОМЗ), который выпускает целую серию приборов: 3ТА5Р, 3ТА5РМ, 4ТА5Н, 5ТА5 стоимостью от 160 до 190 тыс. руб. Тахеометры данных серий предназначены для выполнения крупномасштабных топографических съемок, при линейных изысканиях, строительстве и при производстве землеустроительных работ.

Программное обеспечение тахеометров позволяет производить измерения полярных и прямоугольных координат площади земельного участка, определить недоступное расстояние и высоту объекта, выполнить вынос запроектированной точки в натуру. Результаты измерений могут быть записаны в карту памяти PCMCIA и переданы в персональный компьютер для последующей обработки. Приборы могут комплектоваться дополнительными принадлежностями, а также пакетом программ для обработки полевых измерений.

Перспективной моделью в ближайшее время может стать электронный тахеометр серии 6ТА3, некоторые технические характеристики которого приведены в таблице.

Технические характеристики 6ТА3

  Поддержите проект Энциклопедия строительства и ремонта, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *