Шевченко Т.Г., Мороз О.І., Тревого І.С. Геодезичні прилади

Подождите немного. Документ загружается.

350 Загальні відомості про прилади для вимірювання...

даних. Залежно від моделі ними можна виконувати геодезичні

роботи від топографічного знімання до точної полігонометрії.

Фірма ТгітЬ1е-2еі$& пропонує топографічні світловідда-

леміри третього покоління типу Еісіі, які відрізняють один від

одного переважно радіусом дії.

Малі світловіддалеміри Кед фірми 5оккіа можна встанов-

лювати на штативі або на теодоліті. У віддалемірі Кесі 2 прий-

мальна і передавальна системи суміщені. Програмне забезпе-

чення приладу передбачає введення кута нахилу лінії, метеороло-

гічної поправки, визначення перевищень кінців лінії, координат

відбивача, а також відхилення його від проектного положення.

8.2. Радіовіддалеміри

Радіовіддалемірами називають пристрої, в яких для вимі-

рювання довжин ліній використовують електромагнітні

коливання надвисокої частоти (НВЧ) - радіохвилі довжиною 10,

З і 1 см. Ультракороткі радіохвилі не можуть створити вузько-

спрямований промінь, як випромінювання у світловіддалемірах.

Тому у радіовіддалемірів значна частина випромінюваної енергії

просто розсіюється у довкілля. Відтак відбиті від підстеляючої

поверхні хвилі потрапляють до приймального пристрою. Це

знижує точність радіовіддалемірних вимірювань порівняно із

світловіддалемірними. Для зменшення впливу цього негативного

явища в радіовіддалемірах застосовують активні відбивачі, на

відміну від пасивних, як у світловіддалемірах. Радіовіддалемір

містить дві станції: головну і ведену, які у сучасних приладах

виконують ідентичними за конструкцією. За термінологією

світловіддалемірів головна станція - це прийомопередавач, а

ведена - активний відбивач. Ведена станція приймає коливання

головної, підсилює їх, вносить в них свої зміни, а після цього

випромінює. Багатозначність в радіовіддалемірах визначають

багатоступеневим способом. їхні фазометри дають змогу

вимірювати будь-яке значення різниці фаз і працюють на

фіксованій вимірювальній частоті.

351 Загальні відомості про прилади для вимірювання...

Позаяк радіовідцалеміри не можуть створювати вузько-

спрямований пучок випромінювання, це є причиною значних втрат

енергії, тому потужність випромінювання радіовідцалемірів

звичайно більша від світловіддалемірів. Хвилі, частково відбиті

підстеляючою поверхнею, накладаються на хвилі, що пройшли

шлях між станціями і спотворюють їхню фазу. На швидкість

поширення радіохвиль істотніше впливає вологість повітря.

Прилади, які використовують для визначення вологості, у польових

умовах не забезпечують необхідної точності вимірювань. Це також

є причиною зменшення точності радіовіддалемірів порівняно із

світловіддалемірами. Здебільшого вони забезпечують точність не

більше від ' ^Р

оте

радіовіддалемірами можна вимірювати

віддалі за відсутності прямої видимості між кінцями вимірюваної

лінії через невеликі перешкоди на шляху радіохвиль, що неможливо

д ія світловіддалемірів.

Тепер радіовідцалеміри називають телурометрами за наз-

вою фірми Теїіиготеїег (Південно-Африканський Союз - ПАС).

Прикладом радіовіддалемірів десятисантиметрового діа-

пазону може бути телурометр МКА-1 (ПАС), а також прилади

ВРД і РДГ (СРСР). Ними можна було вимірювати лінії завдовжки

0,2...50 км з точністю 50 мм + 3 • 10

Ь.

Подальшими вдосконаленими моделями телурометрів були

прилади трисантиметрового діапазону. Ними зокрема були

телурометри МКА-3, МКА-101, МКА-5 (ПАС) і радіовідца-

леміри "Луч" і "Трап" (СРСР). Луч, що мав взаємозамінні станції,

призначений переважно для вимірювання ліній у державних

мережах 2 і 3 класів. У ньому використовувався аналоговий

фазометр. Точність результату вимірювань становила

30 мм + 3 • 10~

£. Радіовідцалеміри такого самого діапазону

випускала і фірма

Телурометри сантиметрового діапазону вирізняє висока

точність вимірювань. Так, телурометр СМ\¥ 20 (ПАС), який

можна встановити на штативі і на трубі теодоліта, наприклад,

ТЮ фірми \Уі1с1, може працювати в режимі відстеження. Радіус

352

Загальні відомості про прилади для

вимірювання...

дії приладу 0,02...25 км, точність 5 мм + 3 • 10~

Ь. Останні моделі

телурометрів за точністю наближаються до світловіддалемірів,

наприклад, МКА-4 (ПАС) маючи радіус дії 0,05...60 км,

забезпечує точність 3 мм + 3 • Ш

Ь.

8.3. Лазерні рулетки

Оптичні, оптично-механічні і механічні прилади та при-

строї вимірювання довжин ліній та віддалей вже поступилися і

продовжують поступатися сучасним високопродуктивним елект-

ронним і лазерним приладам. Сьогодні, наприклад, лазерні

рулетки випускають відомі фірми Ьеіса, 8оккіа, Торсоп, ТгітЬІе-

2еЇ88 та інші. Загалом лазерними рулетками вимірюють віддалі

0,2..,400 м, а похибка вимірювань становить 1,5...5мм незалежно

від віддалі. Наприклад, лазерні рулетки типу ОІ8ТО™ (Ьеіса)

вимірюють віддалі від 0,2 до 200 м з точністю ±1,5 мм. Габаритні

розміри рулетки 172x73x45 мм, а маса 335 г.

Рис. 8.1. Панель керування лазерної рулетки Нй 360:

1 - клавіша вмикання і вимикання; 2 - дисплей на основі рідких

кристалів; клавіші: 3 - вимірювання; 4 - вимірювання віддалі;

5 - вимірювання площі; 6 - вимірювання об'єму; 7 - вимірювання

недопустимої віддалі; 8 - безперервні вимірювання; 9 - скоба початку

відліку вимірюваної віддалі; 10 - візирна риска; 11 - клавіша

підсвічування дисплею; 12 - перемикач одиниць вимірювань

(метри/фути)

353 Загальні відомості про прилади для вимірювання...

Рис. 8.2. Екран дисплея рулетки Нй 360:

1 - готовність до вимірювань; 2-режим вимірювань (об'єму, площі,

безперервні вимірювання тощо); 3 - зарядження акумулятора;

4 - результат окремого вимірювання; 5 - результат обчислень

Панель керування лазерної рулетки НВ 360 (ТгішЬ1е-2,еІ8з)

наведено на рис. 8.1, а на рис. 8.2 показано екран її дисплея.

Дисплей

Масштабний

генератор

Лазер

Мікро-

процесор

Панель

керування

ОК

Фазометр

ФАПЧ

Гетеродин

Селективний

генератор

Рис. 8.3. Функціональна схема лазерної рулетки

типу ОІ5ТО

В основу дії лазерних рулеток типу НО 360, ОІ8ТО та

інших моделей покладено фазовий спосіб вимірювання віддалей.

На рис. 8.3 подано функціональну схему рулетки Г-Я8ТО. Квар-

цовий масштабний генератор частотою 50 МГц модулює випро-

354 Загальні відомості про прилади для вимірювання...

мінювання напівпровідникового лазера. Сколімований пучок

світла скеровується на дистанцію оптичним комутатором ОК, а

потім у режимі "ОКЗ" безпосередньо на приймач випро-

мінювання ПВ. Сигнал з селективного генератора, який дає ін-

формацію про вимірювану віддаль, надходить на інформаційний

вхід фазометра. На опорний вхід фазометра надходить сигнал зі

схеми фазового автоматичного підстроювання частоти (ФАПЧ).

Різниця фаз двох сигналів пропорційна до вимірюваної віддалі у

межах фазового циклу, який дорівнює 3 м у лінійній мірі. Для

виключення неоднозначності результатів вимірювань у межах

150 м передбачене вимірювання віддалі на масштабній частоті 1

МГц. Одержані результати опрацьовує і подає на дисплей

однокристальна ЕОМ.

Віддалі вимірюють від задньої стінки корпуса або скоби

(поз. 9 рис. 8.1). Візирна риска 10 слугує для спрямування

приладу по лінії вимірювання.

Щоб увімкнути лазер, треба злегка натиснути на клавішу 1

(рис. 8.1), а для виконання безпосередньо вимірювань клавішу 1

потрібно натиснути повністю. Результати вимірювань

відтворюються на екрані дисплея через 0,5...4 с. Про закінчення

вимірювань сповіщає звуковий сигнал. Для вимірювання,

наприклад, об'єму потрібно натиснути клавішу 6 (рис. 8.1). На

дисплеї з'явиться відповідний символ (рис. 8.2, поз. 2 вгорі),

після цього необхідні три окремі вимірювання (довжина, ширина

і висота). Результат окремого вимірювання відображається у

верхній частині дисплея, а результат обчислень, які виконуються

автоматично, у його нижній частині (поз. 5, рис. 8.2).

Рис. 8.4. Схема визначення віддалі лазерною рулеткою

до недоступного об'єкта

355 Загальні відомості про прилади для вимірювання...

Щоб виміряти віддаль до недоступного об'єкта, наприклад,

за відсутності прямої видимості потрібно натиснути клавішу 7

(рис. 8.1), після чого на дисплеї з'явиться знак І. Щоб визна-

чити віддаль АС (рис. 8.4), з точки В вимірюють віддалі ВА і ВС.

Після другого за чергою вимірювання довжина лінії АС

висвічується у нижній частині дисплея. Прилад вимикають,

повторно натиснувши клавішу 1 (рис. 8.1) або він вимикається

автоматично через п'ять хвилин після закінчення вимірювань.

8.4. Глобальні системи позиціонування -

СРЗ-системи

Геодезичні прилади, створені сьогодні за новітніми техно-

логіями, є доволі досконалими. Проте, незважаючи на це, точ-

ність геодезичних вимірювань на земній поверхні традиційними

способами все-таки обмежена, зокрема внаслідок постійних змін

параметрів приземного прошарку атмосфери. Альтернативним

розв'язком цієї проблеми є просторові вимірювання, для яких

використовують штучні супутники Землі (ШСЗ), що безперервно

рухаються як носії координатної системи. Вимірювальні комп-

лекси, які базуються на цьому принципі, називають глобальними

системами позиціонування (СР8).

Положення пунктів на поверхні Землі отримують відносно

ШСЗ способом кутової або лінійної засічки у момент часу вико-

нання вимірювань. Системи ШСЗ безперервно випромінюють

радіохвилі. Щоб визначити просторове положення пункту або

об'єкта, на ньому необхідно встановити приймач, який приймає

коливання з декількох супутників, принаймні, не менше ніж

трьох. Вимірювання параметрів прийнятних коливань і опрацю-

вання їх дають змогу обчислити віддалі від приймача до супут-

ників, а відтак і просторові координати приймача. Найточніше

вимірювати віддалі фазовим способом, яким вимірюють різницю

фаз двох когерентних коливань, одні з яких двічі пройшли

вимірювану лінію, а шлях інших практично дорівнює нулеві.

Оскільки коливання проходять шлях від супутника до приймача

356 Загальні відомості про прилади для

вимірювання...

одноразово, останній устатковують таким самим генератором ра-

діохвиль, який є на кожному ШСЗ системи. Коливання,

генеровані приймачем, мають таку саму частоту, що й коливання

хвиль, які випромінює супутник. Генератори приймача й

супутника мають бути синхронізовані, тобто фази коливань,

генерованих супутником і приймачем, є однаковими в один і той

самий момент часу. Для цього розроблена спеціальна система,

яка синхронізує фази коливань, прийнятих від супутника

<р

коливань приймача

ср

Коливання, які генеровані у приймачі,

називають реплікою коливань супутника і їхню фазу називають

(р

= <р„.

Фазометр вимірює різницю фаз

ср

яка є функцією

віддалі приймача від супутника. Позаяк ШСЗ безперервно

рухаються, фазометр приймача реєструє зміни різниці фаз.

Неоднозначність виключають кодовим способом, для чого

супугник і приймач створюють псевдовипадковий двійковий код.

Кодові та фазові вимірювання дають змогу отримати віддаль від

супутника до приймача.

Ідеальної синхронності генераторів коливань приймача і

супутника досягти не вдається. Для виключення похибки за

несинхронність необхідно, щоб приймач приймав коливання не

від трьох, а від чотирьох супутників, виконуючи одночасно

кодові та фазові вимірювання. Це дає змогу одержати координати

положення приймача та поправки за несинхронність. Мінімальна

кількість супутників, від яких приймач повинен приймати

коливання, чотири. Якщо приймати коливання від більшої, ніж

чотири, кількості супутників, підвищується надійність і точність

визначення координат і зменшується час зв'язку з ШСЗ. /

Загалом у системі СР8 має бути 24 діючих і чотири запасних

ШСЗ, які рухаються довкола Землі коловими орбітами на висоті

приблизно 20200 км. Час повного оберту супутника 12 зоряних

годин. Орбіти супутників вибрані так, щоб з будь-якого пункту на

Землі можна було приймати сигнали не менше ніж шістьох ШСЗ.

Щоб визначити віддалі до супутника за різницею фаз,

необхідно знати середню швидкість радіохвиль на всьому шляху

від ШСЗ до приймача. Частина цього шляху проходить через

357 Загальні відомості про прилади для

вимірювання...

верхній шар атмосфери - іоносферу, а інша частина через її

нижній шар - тропосферу. Щоб врахувати вплив іоносфери на

швидкість поширення радіохвиль, супутники випромінюють

коливання на двох різних частотах. Для уточнення швидкості

радіохвиль у тропосфері виконують її зондування. Дані зонду-

вання та результати вимірювань на обох частотах використо-

вують у приймачах, призначених для високоточного визначення

положення пунктів на поверхні Землі. У такому разі положення

одного пункту визначають стосовно іншого, координати якого

відомі. Для цього потрібно, принаймні, два приймачі, один з яких

встановлюють на пункті геодезичної мережі, координати якого

відомі, а інші - на пунктах, положення яких визначають.

Наземні приймачі системи СР8 є складними і високо-

точними електронними прилаттями. На рис. 8.5 подано схему

встановлення обладнання ОР8-приймача, наприклад, на штативі.

Приймач можна подати як антену, власне приймач радіохвиль,

мікропроцесор, пристрій керування і пам'яті та блок живлення.

Всі пристрої, крім антени, зазвичай виконують одним блоком.

Рис. 8.5. Схема встановлення ОР5-приймача:

1 - <ЗР5-антена; 2 - перехідних; 3 - підставка; 4 - штатив;

5 - пристрій для вимірювання висоти встановлення приймача над

точкою; 6 - кабель антени; 7 - батареї живлення; 8 - ОРЗ-приймач;

9 - термінал; 10 - РС сагс! (флешкарта);

11 - футляр для транспортування

358 Загальні відомості про прилади для вимірювання...

Мікропроцесор керує роботою всього приймача і виконує

деякі обчислення. Пульт керування з клавішами і дисплеєм дає

змогу операторові керувати роботою приймача. У пристрої

пам'яті зберігаються первинно опрацьовані сигнали, прийняті від

супутників, та інформація, яку ввів оператор під час планування

спостережень та їхнього виконання, а також команди керування.

З нього інформація переписується у персональний комп'ютер для

подальших обчислень. Джерелом живлення є звичайно акумуля-

торна батарея, яку встановлюють в блок приймача.

Приймачі можугь бути дво- кбо одночастотними. В одно-

частотних, зазвичай малих приймачах, антена здебільшого

вбудована в приймач.

Якщо положення пункту або об'єкта визначають пооди-

ноким приймачем, такий спосіб вимірювань називають абсолют-

ним. Точність визначення положення абсолютним способом

становить декілька метрів. У геодезії застосовують зазвичай від-

носні способи вимірювань, які передбачають використання

принаймні двох приймачів. Один з приймачів встановлюють на

пункті, координати якого відомі, а інший на пункті, координати

якого визначають. Відносні вимірювання точніші від абсолют-

них. Вимірювання абсолютним і відносним способом бувають

статичними, коли всі приймачі встановлюють на нерухомих

об'єктах, і кінематичними, коли встановлені приймачі рухаються.

Під час вимірювань статичними способами точності визна-

чення положення приймача досягають збільшенням часу прий-

мання сигналів від супутників, тобто збільшенням тривалості

сесій спостережень. У геодезії широко застосовують відносний

статичний спосіб. Використання цього способу дало можливість

створювати мережі нульового порядку, тобто точніші від таких,

які можна створити класичними геодезичними вимірюваннями.

Приймачами, які перебувають у безперервному русі, вико-

нують кінематичні вимірювання. Позаяк часу для виконання

тривалих вимірювань немає, положення приймача визначають

поодинокими вимірюваннями. Під час відносних кінематичних

вимірювань, які застосовують, наприклад, в аерофототопографії.

359 Загальні відомості про прилади для вимірювання...

один з приймачів встановлюють нерухомо на пункті, координати

якого відомі, а інші - на рухомих об'єктах.

Комплекси або системи СР8 випускають відомі фірми

ТгітЬІе, 8оккіа, Ьеіса та інші. Фірма ТгітЬІе пропонує різно-

манітні ОР8-комплекси з дво- і одночастотними приймачами.

Двочастотні приймачі ТгітЬІе 5700, К 7 (обидва СР8 Тоїаі

Зіагіоп), 5800 КТК, К 8 КТК забезпечують точність вимірювань в

плані статичним способом ±5 мм + 0,5 мм/км, а кінематичним

±10 мм +

мм/км; по висоті статичним способом ±5 мм + 2 мм/км, а

кінематичним ±20 мм + 2 мм/км. Фірма характеризує ОР8-

приймач ТгітЬІе 5700 (рис. 8.6) як легкий, міцний, вологоводо-

захищений тощо. Комплекс 5700 устатковано антенами 2ерЬуг

Оеоііеііс, які мають субміліметровий фазовий центр і вбудований

відбивач для знешкодження сторонніх шумів та впливів. Це дає

змогу приймачу обчислювати координати з міліметровою

точністю. Комплект живлення із двох вбудованих батарей

іабезпечує роботу комплексу впродовж робочого дня, а об'єму

пам'яті змінної карти вистачає на місяць часу за безперервних

іаписів. У приймачі 5700 розширення зони покриття кінема-

тичним способом знімання за технологією еКТК досягають,

наприклад, залученням декількох базових станцій.

Рис. 8.6. ЄРЗ-приймач ТгітЬІе 5700