Что такое тахометр в геодезии

Обновлено: 02.07.2024

Электронный тахеометр представляет собой геодезический прибор, объединяющий теодолит, светодальномер 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 све- тодальномера (возможность такой установки предусмотрена на всех современных топографических светодалъномерах) 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 полигонометрии;
- 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.

Рис. 1.3. Внешний вид электронного тахеометра Торсоп и станции с интегрированным GPS Leica Viva SmartStation

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.

Инкрементальный метод 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 на 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.

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 безотражательном режиме.

Рис 1.4. Внешний вид много призменного отражателя и наклеиваемой светоотражательной марки

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 всего, 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 ррм 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 Geodimeter 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.

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: ЗТА5Р, ЗТА5РМ, 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 6ТАЗ, некоторые технические характеристики которого приведены в табл. 1.3.

Тахеометр – геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов, длин линий и превышений (ГОСТ 21830-76).

Тахеометр используется для определения координат и высот точек местности при топографической съёмке местности, при разбивочных работах, выносе на местность высот и координат проектных точек в основном косвенными методами измерений прямые и обратные засечки, тригонометрическим нивелированием и т. д.

Первые модели прототипов тахеометра появились в 70-е годы 20 века. Тогда были созданы первые полуэлектронные приборы, где оптический теодолит был оснащен светодальномером (SM-41, Zeiss West Germany; EOТ-2000, Karl Zeiss Iena). Затем УOМЗ создал Та-5 который имел общий для теодолита и дальномера корпус, а также был оснащен панелью управления для ввода значений углов. Это устройство позволяло прямо в поле определять превышения, проложения, приращения. Но все равно это требовало дополнительных усилий и не особенно ускоряло процесс полевых работ. Мощным толчком в геодезическом приборостроении был выпуск электронного тахеометра AGA-136 (Швеция), в котором оптическая система отсчета углов была заменена на электронную. Открылись широкие возможности автоматизации работы геодезистов.

При классификации тахеометров их вид зависит от тех свойств, которые положены в основу классификации. Однако, строгой классификации нет.

По применению обычно выделяют приборы:

Строительные тахеометры и технические — электронные тахеометры для строительства с дальномером для проведения традиционной съемки, дисплеем, и отсутствием алидады.

По принципу работы различают:

Номограмные (оптические) тахеометры - оптический теодолит, снабженный специальным номограммным кругом и предназначенный для измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов, длин линий и их горизонтальных проекций;
Электронные тахеометры - электронно-оптические приборы для геодезических работ с безотражательным дальномером, бесконечными наводящими винтами и изменением градации лимба в соответствии с классом проводимых работ;
Автоматизированные тахеометры - тахеометры с сервоприводом и системами распознавания, захвата, слежения за целью, что позволяет выполнять работы одному сотруднику, гарантируя дополнительную точность измерений.

Принцип работы тахеометра основан на фазовом или импульсном методах. В первом случае замеряется разность фаз между лучами: проецируемым и возвращенным, а во втором – время прохождения луча к отражателю и обратно.

По конструкции выделяют:

Модульные - тахеометры, которые состоят из отдельно сконструированных элементов (угломерных, дальномерных, зрительной трубы, клавиатуры и процессора);
Интегрированные - тахеометры, в которых все устройства (оптический теодолит, светодальномер и система GPS) объединены в один механизм;
Неповторительные приборы - тахеометры, в которых лимбы наглухо закреплены с подставкой и имеют лишь закрепительные винты либо приспособления для поворота и закрепления его в разных положениях.

Диапазон измерения расстояний зависит так же от режима работы тахеометра:

Отражательный - до 5 километров (при нескольких призмах еще дальше);
Безотражательный - до 1,5 километров.

Модели тахеометров, которые имеют безотражательный режим могут измерять расстояния практически до любой поверхности. Однако, следует с осторожностью относиться к результатам измерений, проводимым сквозь ветки, листья, потому как неизвестно, от чего отразится луч, и, соответственно, расстояние до чего он промеряет.

Точность тахеометра при измерениях и устройство тахеометра – это взаимосвязанные понятия, но на этот параметр существенно влияют и условия работы: температура, влажность, давление и прочее. Точность угловых измерений современным тахеометром достигает одной угловой секунды (0°00'01), расстояний – до 1 миллиметра.

Процесс проведения всех видов работ в современном строительстве и кадастровой деятельности значительно облегчается за счет бурного развития приборостроения. К современному геодезическому оборудованию предъявляются все более высокие требования, что не может не сказаться на предложении. Рынок предлагает все более и более усовершенствованное геодезическое оборудование. Наиболее многофункциональным и распространенным сейчас является тахеометр. Расскажем о нем простыми словами. Для начала небольшой опрос:

Что он из себя представляет?

Предшественницей нынешнего электронного тахеометра стала комбинация в одном приборе теодолита и светодальномера. А первые сходные с нынешними электронные тахеометры появились примерно четверть столетия тому назад. Основными странами-производителями этих приборов являются Япония, Швейцария, Швеция и США. Он представляет собой некий оптический прибор, напичканный электроникой. Его часто называют фотоаппаратом или камерой, хотя он имеет достаточно узнаваемый вид. Так могут сказать только люди совсем не осведомленные. Задачи у него другие и кино он не снимает. Хотя доля правды тут есть — самые навороченные модели умеют делать фото. Но прохожих и закат таким тахеометром фоткать не будут. Это нужно для фиксации измеряемых объектов. Чтобы люди меньше отвлекали геодезистов глупыми вопросами, мы подробно опишем этот прибор.

Из чего состоит тахеометр?

Вертикальный лимб. Это округлая часть сбоку тахеометра, внутри которой находится специально размеченный на 360 градусов круг. Именно по отсечкам на нем определяется вертикальный угол. Горизонтальный лимб особо не виден, но он находится в основании прибора внизу. По нему определяется горизонтальный угол.
Винт фокусировки сетки нитей. Он нужен, чтобы четко видеть перекрестье для наведения на цель. Об этом ниже.
Разъем для передачи данных есть не у всех. Более современные модели имеют съемный флеш носитель или вообще сопрягаются с компьютером через Bluetooth или Wi-Fi.
Стопорные винты нужны для фиксации трубы в определенном положении перед началом наблюдений.
Доводящие винты для точной наводки на цель.
Визир сверху и снизу зрительной трубы позволяет предварительно навести трубу на цель. Ведь у трубы ограниченный круг обзора, и необходимо сначала приблизительно определить направление ее наклона, чтобы цель была в поле ее видимости.

Что делает тахеометр?

Тахеометр, в стандартном понимании на данном этапе развития, измеряет углы и расстояния. Остальное дело техники.

Каким образом он проводит измерения?

Фазовый метод. Из курса физики мы должны помнить, что любой световой луч имеет волновую составляющую. То есть имеет частоту, амплитуду, длину и др. характеристики. Главное, что волна все время проходит одну и туже фазу множество раз. В этом и заключается смысл. Дальномер тахеометра выпускает одновременно как бы два луча. Один в направлении объекта. Он доходит до объекта и возвращается в светоприемник тахеометра. А второй в это время находится внутри прибора в генераторе как бы в замкнутом цикле. Когда первый луч приходит обратно, фазы волн луча в генераторе и пришедшего сравниваются и вычисляется расстояние. Не совсем так, конечно, но суть в сравнении эталонного луча в приборе и луча прошедшего путь до объекта и обратно.
На основании метода импульсного работают более современные тахеометры, которые замеряют время прохождения лазерного луча от прибора к отражателю и обратно. То есть просто умножается скорость распространения лазера в воздухе (грубо говоря константа) на время прохождения. Для понимания процесса этот метод гораздо проще.

Что видно в трубу тахеометра?

В окуляр, как и в бинокль, видны вертикальные и горизонтальные черточки (нити). Работа человека, стоящего за прибором — навести перекрестье нитей на измеряемый объект и записать измерения. Ну и важным дополнением к этому будет то, что визирная труба обладает хорошим увеличением: 25-35 крат. Поэтому можно увидеть геодезиста с прибором, который смотрит в сторону очень далекого своего помощника. Кажется, что его еле видно. Но с таким зумом человек и марка вдали будут как на ладони. За такое удобство приходится платить, когда объект совсем близко. Ближе нескольких метров в окуляр невозможно ничего разглядеть. Виной тому — предельная настройка фокусирующего винта.

Прогресс затронул многие стороны жизни человека. Не обошел он и геодезические работы, в которых раньше все вычисления делались с помощью таблицы Брадиса и калькулятора.

Теперь же появились специальные приборы – тахометры, лучшие образцы которых предлагает компания Intergeo. Чтобы пользоваться ими, не нужно быть дипломированным специалистом, а достаточно всего лишь теоретических базовых знаний геодезии и понимание принципов действия электроники.

Электронный тахометр вполне можно назвать мини-компьютером, так как работает он на основании программного обеспечения.

Ему подвластны такие работы, как:

архитектурные промеры;
съемка вертикальная и горизонтальная;
разбивка строительных осей;
вычисление объема и площади земляных работ;
определение недоступных расстояний и т.д.

Работа с тахометром

Сначала инструмент программируют, для чего вводят координаты известных двух точек – это поможет вычислить координаты третьей.

Существует такие варианты:

встать на точке с определенными данными;
установить прибор между точками, координаты которых известны.

Для измерения угла перекрестие прицела наводят на первую точку и фиксируют кнопкой запоминания. При наведении его на вторую точку тоже нажимается эта же кнопка. Значения угла прибор выведет на экран.

Электроника тахометра сама вычислит его положение. Если произойдет неувязка или измерения будут ошибочными, то система просто заблокирует работу прибора. Таким образом ошибки в цифрах полностью исключаются.

Процесс съемки производится двумя людьми: один стоит непосредственно рядом с тахометром и принимает отсчет, а другой передвигается по участку с вехой, очерчивая контур полевых измерений.

Прибор записывает в свою память все результаты измерений: координаты X, Y, Z, номер точки, пояснения. При подключении к компьютеру через USB порт, эти данные можно применить для построения графика в соответствующих редакторах.

Существует специальная программа, которая позволяет обработать скаченные с прибора значения. Это ПО заменяет их условными знаками и создает готовый план участка.

Смотрите также:

Как сделать пол в новостройке http://domkrat.org/kak-sdelat-pol-v-novostroyke/.

Интересное по теме: Виды винтовых свай

Советы в статье "Как утеплить пол каркасного дома" здесь.

Читайте также: