Парамонова Е.Г., Юнусов А.Г. Геодезические работы в мелиоративном строительстве

Подождите немного. Документ загружается.

Дальномерная часть прибора обеспечивает непрерыавное изме-

рение расстояния. Если на пути луча возникает помеха, изме-

рения прекращаются и продолжаются после ее устранения.

Нажатием соответствующих кнопок в результаты измерения

линии автоматически вводятся поправки за состояние атмо-

сферы (давление и температуру). Электронный счетчик вы-

дает в цифровом виде значения горизонтального и вертикаль-

ного углов, наклонную дальность или горизонтальное проло-

жение. Для последующей обработки полевых данных на ЭВМ

к прибору можно подключить регистрирующее устройство

Геодат 700/710. Результаты измерений перфорируются на Ленте

автоматически, вспомогательные данные (номера точек, высоты

прибора и отражателя, элементы приведения) вводятся

вручную.

Геодиметр 710 является усовершенствованной мо-

делью геодиметра 700. По сравнению с основной моделью в

нем имеется программа для вычисления превышений и горизон-

тальных проложений при расстояниях до 4,7 км, тогда как в

модели 700 можно вычислять только горизонтальные проло-

жения, причем для расстояний, не превышающих 500 м.

Фирмой «Opton» (ФРГ) выпускаются электронные тахео-

метры Reg Elta 14 и SM И [36]. Источником излучения в

них служит арсенид-галлиевый светодиод. Reg Elta 14 — элек-

тронный тахеометр высокой точности позволяет измерять рас-

стояния от 0 до 2000 м со средней квадратической погрешно-

стью 1 см. Отсчеты горизонтальных направлений и зенитных

расстояний выполняются по кодированным лимбам с точно-

стью 3". Вертикальный круг снабжен компенсатором. Для

центрирования на станции в приборе имеется оптический

центрир. После наведения трубы на цель считывание горизон-

тального и вертикального кругов, измерение расстояния про-

изводятся автоматически. При появлении на дистанции помехи

процесс измерения прерывается и автоматически продолжа-

ется после ее устранения. На измерение линии затрачивается

5 с. Результаты измерений высвечиваются в цифровом виде

на табло и записываются регистрирующим устройством на лен-

те в виде, пригодном для обработай на ЭВМ.

Тахеометр SM 11 представляет собой минутный теодо-

лит с компенсатором вертикального круга и автоматическим

светодальномером, выдающим результаты в цифровом виде.

Дальномерная часть прибора такая же, как и у Reg Elta 14.

Отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам произво-

дятся е помощью Шкалового микроскопа. На вертикальном

круге имеется также шкала синусов зенитных расстояний, ко-

торые используются в последующих вычислениях горизонталь-

ных проложений.

Прибор Reg Elta 14 в сочетании с дополнительным устрой-

ством ASG может быть использован и для вынесения проект-

108

ных точек с известными координатами в натуру. Устройство

ASG имеет отражатель, горизонтальный круг с ценой деления

и поворачивающуюся рейку с сантиметровой шкалой.

Длина рейки 1,5 м.

Работа выполняется следующим образом. На первом эта-

пе выбирается место, где устанавливают Reg Elta. С точки

установки Reg Elta должна быть обеспечена видимость на две

станции планового обоснования. Обратной линейно-угловой за-

сечкой определяют координаты точки установки тахеометра.

На втором этапе помощник устанавливает прибор ASG при-

мерно в том месте, где должна" располагаться разбиваемая

точка. Тахеометром определяют координаты точки установки

прибора ASG и сравнивают их с проектными координатами

раэгбиваемой точки. Вычисляют; элементы редукции — угол ф

от направления на излучатель и расстояние г. В приборе ASG

поворачивают подвижный базис на угол ф и передвигают по

нему каретку с отвесом на величину г. Отвес указывает по-

ложение выносимой точки.

Для скоростного получения профиля земной поверхности

по линиям большой протяженности могут быть использованы

лазерные высотомеры. Так, например, фирмой «Spectra

Physics» (США) разработан прибор «Геодолит», который вы-

пускается в двух вариантах: модель 3G — геодезический

дальномер и модель ЗА — высотомер.

«Геодолит 3G» предназначен для измерения расстояний

между точками, расположенными на земле. В качестве источ-

ника излучения применен гелий-неоновый лазер с мощностью

излучения 24 мВт. Дальность действия дальномера при хоро-

шей видимости составляет ночью не менее 80 км

днем при сол-

нечном свете — не менее 30 км. Точность измерения расстоя-

ний характеризуется относительной ошибкой Ы0~

«Геодолит ЗА» предназначен для точного определения вы-

соты полета самолета или вертолета над землей, а при извест-

ной высоте полета — для построения профиля. Результаты из-

мерений выдаются непрерывно. Прибор устанавливается на са-

молете в вертикальном положении на раме с антивибрацион-

ными опорами. «Геодолит ЗА» посылает в направлении поверх-

ности земли узкий амплитудно-модулированный лазерный луч,

который, отразившись, собирается в приемной трубе и затем

преобразуется в электрический сигнал. Разность фаз послан-

ного и принятого сигналов измеряется и используется для опре-

деления расстояния, имеется несколько частот, для разреше-

ния неоднозначности. Погрешность измерения высоты состав-

ляет в среднем

1 •

-4

«Геодолит ЗА» может быть использован для создания вы-

сотного обоснования при составлении карт по аэрофотоснимкам,

получения профиля местности при постройке трубопроводов,

каналов и т. п.

109

В комплект «Геодолита ЗА» входят: 35-миллиметровая пле-

ночная камера, эталонные часы, дифференциальный барометр

и прибор для построения профиля.

Для наземной автоматической съемки профиля местности

разработана система — лазерный профилограф [1]. Система

включает лазерный командный прибор и приемное устройство

(рис. 74, а). Командный прибор, создающий горизонтальный

лазерный луч, несколько расширенный в горизонтальной плос-

кости, устанавливают в начальной точке трассы и с помощью

специального визира направляют вдоль линии. Приемное

устройство имеет многоэлементный фотоприемник, установлен-

ный вертикально на гироплатформе, решающий и регистри-

рующий блоки. Для получения профиля приемное устройство

перемещают по трассе. Блок-схема приемного устройства при-

ведена на рис. 74, б. Изображение луча с элементов фото-

приемника 1 по световодам поступает на кодирующие счи-

тывающие диски кодообразователя 2. Сигналы кодообразовате-

ля поступают в решающий блок 3, который в зависимости от

того, какие элементы фотоприемника засвечиваются лучом,

определяет положение центра луча в соответствии с формулой

__ (n

+ n

2 '

где di — положение центра луча на фотоприемнике в текущей

точке профиля; п

Ву

— номера верхнего и нижнего элемен-

тов, засвечиваемых лучом; d — расстояние между центрами

соседних элементов.

Отсчет расстояния производится одновременно с определе-

нием превышения при помощи счетчика 7, связанного с мерным

колесом тележки, на которой установлено приемное устройст-

во. Полученные данные о дальности и превышении поступают

на электронные цифровые индикаторы 4 и одновременно запи-

сываются на цифропечатающем устройстве 5 и устройстве

110

графической записи данных 6 в виде, удобном для ввода в

ЭВМ. Средняя квадратическая погрешность, определения вы-

сот с помощью этой системы равна ±12 мм при расстояниях

от излучателя до 500 м.

Для определения высот точек применяют принципиально но-

вые приборы (лазерные нивелиры), создающие опорную гори-

зонтальную плоскость вращением лазерного луча вокруг вер-

тикальной оси. При скорости сканирования около 16 об/с вслед-

ствие инерции зрительного восприятия глаз наблюдателя не

замечает отдельных проблесков, они сливаются, образуя ла-

зерную световую плоскость. При пересечении лазерной плоско-

сти с вертикально установленной рейкой на последней будет

видна сплошная световая линия, относительно которой дела-

ют отсчеты при нивелировании. Один прибор может обслу-

живать одновременно большое число реек.

Установка лазерной плоскости в горизонтальное положение

осуществляется с помощью уровней или компенсаторов.

Система «Лазерплан» [45], предназначенная для съемки

рельефа на участках значительной площади, состоит из лазер-

ного нивелира и переносных реек для определения высот то-

чек. Лазерный нивелир вращением лазерного луча создает го-

ризонтальную опорную световую плоскость. Рейка имеет детек-

торную головку, которая перемещается по рейке. Как только

детекторная головка попадает в зону действия луча, подаются

короткие звуковые сигналы, прекращающиеся только тогда,

когда головка выйдет из зоны действия луча. Для получения

отсчета по рейке необходимо определить два положения детек-

торной головки, при которых звуковые сигналы прекращаются.

Устройство шкалы рейки позволяет устанавливать начало от-

счета в соответствии с отметкой опорной плоскости так, что

отсчет по рейке получается равным отметке съемочной точки.

Дальность действия системы «Лазерплан» составляет 300 м.

При благоприятных атмосферных условиях можно определять

высоты точек и на расстояниях до 1000 м от излучателя, од-

нако на этих расстояниях следует учитывать влияние кривизны

Земли.

Шведская фирма AGA разработала лазерный прибор «Гео-

план 300» с вращающимся лазерным пучком. В «Геоплане»

(рис. 75) для создания опорной плоскости используется систе-

ма призм, разделяющих лазерный луч на два пучка. Схема-

тически действие этих призм может быть представлено как

действие одной прямоугольной призмы, у которой грани, обра-

зующие угол 90°, работают как зеркала.

Вертикальный луч лазера (не коллимированный) разделя-

ется призмой на две части. Если ось вращения призмы верти-

кальна и совпадает с ее осью симметрии и осью лазерного пуч-

ка, то обе отраженные части пучка окажутся лежащими в

одной и той же горизонтальной плоскости. Если же ось сим-

111

метрии призмы (рис. 76, а) на-

клонить к оси вращения на угол

е, то отраженные лучи будут на-

клонены к горизонту на углы

+ 2е и —2е, а опорной плоскостью

будет плоскость симметрии двух

конических поверхностей, описы-

ваемых отраженными лучами при

вращении призмы. Распределение

интенсивности света, наблюдаемо-,

го на некотором расстоянии от из-

лучателя по вертикали, показано

на рис. 76, б. В точке О, соот-

ветствующей уровню опорной гори-

зонтальной плоскости, будут на-

блюдаться последовательные

вспышки света одинаковой интен-

сивности с частотой две вспышки

в течение одного оборота. Вследст-

вие инерции зрительного восприя- Рис. 75. Геоплан 300

тия при скорости вращения приз-

мы 10 об/с свет излучателя в этой

точке будет казаться непрерывном. В точках, лежащих выше

или ниже опорной плоскости, интенсивность одной из вспы-

шек, будет больше, чем другой, вследствие чего будет наблю-

даться мерцающий свет.

Опорную плоскость в горизонтальное положение предвари-

тельно устанавливают с помощью уровней, затем в диапа-

зоне ±0,2g горизонтальность опорной плоскости обеспечивается

компенсатором. Высоту установки опорной плоскости над точ-

кой стояния прибора можно изменять.

Индикация положения опорной плоскости и определение от-

меток точек осуществляется с помощью реек. Возможен визу-

альный и фотоэлектрический способы. Для визуальной индика-

ции применяется экран со специальной сеткой (рис. 77), кото-

рый перемещают по нивелирной рейке до тех пор, пока мер-

цающие лазерные лучи не расположатся симметрично на сетке

экрана в точках А\ и В\. В этом случае опорная плоскость

проходит через точку С, соответствующую середине прорези,

против которой по нивелирной рейке берут отсчет.

Для фотоэлектрической индикации используется фоторей-

ка (рис. 78), состоящая из фотоприемника 1 и индикатора 2.

Если фотоприемник находится в плоскости симметрии, стрелка

индикатора 3 устанавливается на нуле, когда же фотоприем-

ник смещается вверх или вниз, стрелка отклоняется вверх

или вниз. Приемное устройство перемещают по реиКе 4 ив

тот момент, когда стрелка индикатора устанавливается на

нуле, делают отсчет по шкале рейки.

112

Рис. 76. Схема создания опорной световой плоскости «Геопланом 300»

Радиус действия при визуальной индикации 200 м, при фо-

тоэлектрической 250 м. Средняя квадратическая погрешность

определения отметок с помощью системы «Геоплан» может

быть найдена [50] fto эмпирическим зависимостям:

при визуальной индикации

т' = 0,2 + 0,016D мм;

при фотоэлектрической индикации

т" = 3,1

•

Ю"

мм,

где D — расстояние от излучателя в метрах.

При использовании лазерных нивелиров для съемки релье-

фа необходима плановая привязка съемочных точек. Если

имеется контурный план или фотоплан, полученный по мате-

риалам аэрофотосъемки, задача сводится к опознанию дета-

лей местности. Когда же таких материалов нет, предваритель-

Рис. 77. Экран для визуально-

го определения положения лу-

ча

Рис. 78. Фоторейка для «Гео-

плана 300»

5—59

113

но выполняется трассирование или разбивка местности на

квадраты. По сравнению с обычными способами съемки релье-

фа этот способ обладает преимуществом: оператор-реечник ви-

дит детали местности лучше, чем топограф, стоящий у при-

бора; он выбирает характерные точки более обоснованно и

увеличивает или уменьшает их частоту, когда это необходимо.

Наиболее полно преимущества лазерного нивелира с опорной

световой плоскостью проявляются при съемке рельефа мест-

ности, отметки точек которой можно получать в пределах даль-

ности действия прибора с одной станции.

§ 20. Лазерные приборы для производства

разбивочных работ

Луч лазера является удобной опорной линией, а при исполь-

зовании соответствующей оптики — плоскостью, относительно

которой можно выполнять измерения при разбивочных работах

без непосредственной связи с оператором, стоящим у прибора.

Использование лазерных приборов позволяет отказаться от

традиционных способов закрепления осей сооружений. По-

этому их применение особенно эффективно в тех случаях, когда

закрепление осей в натуре обычными способами затрудни-

тельно или вообще невозможно. В настоящее время имеется

несколько типов лазерных приборов, предназначенных для

выполнения разбивочных работ.

Конструктивно эти приборы могут быть выполнены в виде

насадки на теодолиты или приставки к теодолиту с вводом ла-

зерного луча в оптическую систему теодолита по волоконной

оптике так, чтобы он совпадал с визирной осью зрительной

трубы, и как самостоятельные приборы.

Насадка ЛНОТ-02 предназначена для эксплуатации сов-

местно с теодолитом ОТ-02 [11]. Источником света в насадке

служит гелий-неоновый лазер ЛГ-56. Выходная мощность из-

лучения ЛГ-56 равна 2 мВт. Коллимирующая система на-

садки позволяет фокусировать пучок до диаметра 5 см на

расстоянии 500 м. Насадка устанавливается на трубе теодо-

лита таким образом, что луч проходит над визирной осью трубы

теодолита на высоте 10 см. Регулировочными винтами насадки

луч можно устанавливать параллельно визирной оси зритель-

ной трубы. На объективную часть коллиматора насадки можно

устанавливать цилиндрическую линзу, которая предназначена

для развертки лазерного пучка в плоскость в секторе 40'. На

оправе цилиндрической линзы имеется уровень с ценой деления

30", при помощи которого плоскость развертки можно уста-

навливать горизонтально или вертикально и использовать на-

садку для высотных разбивок или разбивки осей сооружений.

Насадка с вертикально расположенной световрй плоскостью

использовалась для ориентирования земснаряда в створе разби-

ваемой подводной траншеи для трубопровода.

114

Лазерная насадка 3 (рис. 79, a) FVL фирмы «Otto

Fennel» (г. Кассель, ФРГ) устанавливается параллельно го-

шшшшшшщшшшщш

ьч

t- < А

йШШшшк

ШШШЯШт

Щ.

Рис. 79. Лазерные насадки на теодо-

литы:

а — фирмы «Otto Fennel»; б — фирмы

«Spectra Physics»

ризонтальной оси вращения трубы теодолита 1 [39]. Такое кон-

структивное решение обеспечивает свободный доступ к оку-

ляру 2 зрительной трубы. При помощи призм насадки лазер-

ный луч поворачивается на 90° и направляется в коллиматор,

устанЪвленный параллельно визирной оси трубы теодолита.

С помощью котировочных винтов луч 4 направляется парал-

лельно визирной оси теодолита в 10 см над ней. На насадке

имеются уровень 6 и шкала 5 с процентной и градусной оциф-

ровками для установки луча с необходимым наклоном. Вер-

тикальный луч получают установкой на шкале отсчета 90°.

Основные данные насадки FVL следующие: длина волны из-

лучения Х=0,6328 мкм, выходная мощность не менее 1,0 мВт,

диаметр луча на выходе из резонатора 1,4 мм, дальность дей-

ствия 250 м.

Кроме насадок имеются приставки, в которых для коллима-

ции и направления на цель лазерного луча используется зри-

тельная труба теодолита. Для ввода лазерного излучения в

зрительную трубу применяют световоды и поворотные призмы.

Приставка .GLO (рис. 80, а), рассчитанная на экс-

плуатацию t теодолитами фирмы «Wild» Т1А, Т16 и Т2, имеет

5* 115

о 7 6 5 4

р.

i Ш.-Д

I $ I

Рис. 80. Лазерная приставка GLO к

теодолитам фирмы «Wild»:

а — общий вид, б — оптическая схема

газовый лазер, закрепляемый на ножке штатива, окулярную

трубку, соединенную с лазером гибким световодом. Лазерная

трубка устанавливается на зрительной трубе теодолита вза-

мен окуляра. Поскольку доступ к отсчетному микроскопу при

этом становится затруднительным, на его трубке устанавлива-

ется окуляр с поворотной призмой [46].

Оптическая схема приставки приведена на рис. 80, б. Излу-

чение лазера 1 (рис. 80,. б) по световоду 2 попадает на цент-

рирующую линзу 3 окулярной насадки. После центрирующей

линзы пучок попадает на разделяющую призму 4, направляю-

щую его в окуляр, где он фокусируется на плоскопараллельной

пластинке 5. Для фокусировки пучка в плоскости сетки нитей

7 используется фокусировочное кольцо 6. Изображение пучка

в виде яркого красного пятна на сетке нитей наблюдатель ви-

дит через окуляр 8. Совмещение центра пятна с центром сет-

ки производится с помощью двух котировочных винтов, кото-

рыми перемещают центрирующую линзу 3. Этим достигается

совмещение оси пучка с визирной осью трубы. Для ослабле-

ния лазерного излучения, попадающего в глаз наблюдателя, на

окуляре 8 имеется поляризационный светофильтр, поворотом

которого регулируется яркость лазерного пятна, наблюдаемого

в окуляр. Мощность излучения на выходе из зрительной трубы

0,1 мВт. Сфокусированный на расстоянии 300 м пучок имеет

диаметр 15 мм. Дальность действия прибора днем 100 м, но-

чью 400 м, масса (без блока питания) 0,7 кг. Питание от сети

или от аккумуляторной батареи 12 В.

Аналогичную приставку к теодолиту DKM-2A (рис.

81, а) выпускает швейцарская фирма. «Кегп». Излучение ла-

зера 1 (рис. 81,6) фокусируется линзой 2 и по световоду 3

116

Рис. 81. Лазерная приставка к те-

одолиту DKM-2A фирмы «Кегп»:

а — общий вид, б — оптическая схема

вводится через разделительную призму 5 в оптическую систему

зрительной трубы теодолита. На нижней плоскости 4 раздели-

тельной призмы нанесены крестообразные штрихи, изображение

которых проецируется на отражающую грань 5 и направляется

по оптической оси зрительной трубы. В поперечном сечении ла-

зерного пучка, сфокусированного на экран, на фоне лазерного

пятна видно темное изображение крестообразных штрихов.

На грани призмы, обращенной к окуляру, расположена

плоскопараллельная пластинка с сеткой нитей 6, предназна-

ченной для визирования. Для совмещения центра изображения

крестообразных штрихов призмы с визирной осью трубы, ко-

торая проходит через центр сетки нитей, используют котиро-

вочные винты разделительной призмы. Точкой, относительно

которой проводятся все измерения, является центр проеци-

руемых на экран крестообразных штрихов. Преимущество та-

кой отсчетной точки заключается в том, что она сохраняет свое

положение даже при перемещении лазерного пучка и не зави-

сит от распределения интенсивности излучения в нем. При

смещении пучка вследствие температурной деформации кор-

пуса лазера на разделительную призму попадает только часть

световой энергии, яркость крестообразных штрихов уменьша-

ется, но положение центра креста остается неизменным. Вос-

становление яркости пятна достигается перемещением фокуси-

рующей линзы 2. Вследствие рассеянного света лазера обычная

сетка нитей плохо просматривается, поэтому на окуляр зри-

тельной трубы надевается зеленый светофильтр 7, который по-

глощает рассеянный свет лазера. Питание прибора осуществ-

ляется от сети или аккумуляторов напряжением 12 В через

блок 8. Дальность действия прибора днем около 200 м,

ночью — до 400 м.

117