Меню

Измерение длин линий тахеометром



Что такое тахеометр

Тахеометры относятся к геодезическим измерительным приборам. С помощью прибора измеряют дальние расстояния, высоты и углы в линейных плоскостях. Работа основывается на зрительном контакте. Устройство применяется в исследованиях (топография, геодезия, археология). А также в таких сферах как инженерия, строительство, прокладка дорог, разработка природных ресурсов. Инструмент из-за высокой цены редко встречается у рядовых пользователей, обычно аппарат имеют на вооружении предприятия и исследовательские учреждения. Рассмотрим, что такое тахеометр, виды, устройство, возможности, правила применения, как проводить измерения и читать показатели.

Понятие тахеометров

Под тахеометрами (ТМ) подразумевают измерительные приборы для получения данных об углах (вертикальных, горизонтальных), расстояниях, превышениях определенных геометрических параметров. Данный прибор работает одновременно как теодолит и светодальномер, фактически является совокупностью этих измерителей. Тахеометр позволяет проводить измерения при наличии препятствий наподобие веток, листьев деревьев, в условиях с плохой видимостью, чрезмерной освещенностью.

Для тахеометра для постановки пикетов (установки точек) надо использовать мерную рейку, поэтому команда состоит из 2 чел. С роботизированными устройствами может управиться 1 чел.

Задачи, что измеряют

Что измеряет ТМ:

  • углы (любые — по вертикали, горизонтали)
  • длину объектов, расстояния, промежутки;
  • превышения указанных выше параметров.

Измерителем определяют отклонения положений, оценивают размещение строения и его элементов на местности по отношению к другим объектам, наклоны, усадку и прочее.

В основном тахеометр применяют для определения координатных точек местностей, полученные данные используются для постройки планов с графикой рельефа, для топографических съемок. Цель — упростить, ускорить геодезические работы по сравнению с другими инструментами.

Одним из методов съемок с помощью тахеометра является тригонометрическое нивелирование (нивелировка тахеометром), приведем выдержку о нем:

Где применяются

  • топография (создание карт) и геодезия (планы местностей, рельефа), кадастр. Тут это основной измерительный прибор;
  • разработка недр, природных ресурсов. Характерный пример: в карьерах;
  • научные исследования гор, других природных и штучных объектов;
  • службы МЧС;
  • работа с координатами, маркшейдерами;
  • строительство, дорожные работы, археология и подобное:

Основная область использования — для определения координат, превышений отметок географических локаций, строительных объектов.

Более подробно, для чего применяется ТМ:

  • разбивка, планирование локаций: вынос точек, дуг, линий, взаимное координатное расположение, определение решений по проекту;
  • оценка прямоугольных, полярных позиционных значений;
  • замеры координат, высот, для объектов при усложненном физическом доступе или при отсутствии такового вообще;
  • сопутствующие вычисления, если у конкретной модели измерителя есть такая опция;
  • прочая топология: засечки (прямые и обратные), измерения со смещением, проведения тригонометрического нивелирования.

Как появились тахеометры

Первые ТМ собрали в 70-х годах 20 века, они напоминали современные приборы лишь отдаленно, ими было сложно пользоваться, так как все вычисления делались почти что вручную. Такие тахеометры были полуэлектронными, в большей мере аналоговыми. Электроника там была лишь в своих зачатках, с крайне ограниченными возможностями.

После создания компактных светодальномеров таковые стали устанавливаться на теодолиты, постепенно такое сотрудничество совершенствовалось, начали собирать приборы в одном корпусе с опцией введения значений углов. Первая электронная модель создана в Швеции в 80-х, она называлась AGA — 136 и стала прорывом в геодезии.

Современный тахеометр геодезический — это измеритель с электронной технологией оценки углов, длины линий, превышений, которая заменила оптическую, что автоматизировало деятельность геодезистов. Данные поступают в цифровой форме, исчисления, поправки делает процессор и выводит в удобном виде на дисплей. Такое устройство также во многом расширяет возможности прибора, можно проводить сравнивание, сопоставление различной информации комфортно и быстро. Современные изделия имеют электронные узлы для задания определенных настроек, управления замерами. Есть кнопочные органы контроля или сенсорный дисплей, позволяющие вводить значения углов и другую информацию.

Схема электронного тахеометра может быть чрезвычайно сложной с множеством линз, электронных частей:

Приступая к изучению тахеометра, специалисты рекомендуют сначала приобрести навыки работы с теодолитом, причем именно с оптической технологией (без электроники) для глубокого понимания природы измерений, физического их смысла. Научиться делать основы: центрирование, горизонтирование, наведение на точку. К тому же такое устройство дешевле. Теодолит предназначен для замеров именно углов, оно известное еще со времен развития мореплавания для ориентирования по звездам.

Производители

Признанные авторитетные бренды: Geodimetr, GeoMax (Швеция), Sokkia, Topcon (Японии), Leica (Швейцария), Trimble (США), которому принадлежит Nikon, Spectra Precision. Есть также весьма качественная продукция иных фирм, так как современный рынок развивается стремительно. Если подбор производится в этом сегменте, то особенно рекомендовано читать реальные отзывы пользователей и интересоваться гарантией, поскольку стоимость приборов чрезвычайно высокая.

Устройство тахеометров

Тахеометр устанавливается на специальной регулируемой треноге (трегере) с надежной фиксацией, минимизирующей вибрации, колебания, такая подставка требуется для ровного позиционирования, охвата исследуемой локации.

Большинство ТМ имеют компенсирующие элементы, которые взаимосвязаны и создают систему автоматического выравнивания инструмента при отклонениях его положения от базового уровня горизонтали.

  • неподвижная часть. Это платформа аппарата, как правило, трехопорная тренога (штатив, трегер). Конструкция снабжена уровнями: 2-плоскостными пузырьковыми, круглым или электронным;
  • подвижный сегмент. Совокупность следующих узлов:
    • алидада, лимб;
    • контрольно-управляющая часть с дисплеем;
    • зрительная трубка;
    • визир оптического отвеса;
    • аккумуляторные источники питания;
    • винты для зажима и регулировки микрометренные.

Чтобы понять именно механику работы тахеометра, надо знать, что такое лимб и алидада. Рассмотрим их на примере теодолита, так как принцип аналогичный, данный прибор, по сути — большая часть ТМ:

Комплект тахеометра состоит из самого аппарата, треноги, кабеля для подсоединения к ПК, батареи и зарядного устройства к ней. Обычно также есть рейка с градуировкой и отражателем, она же дальномерная планка, веха с призмой, могут также быть различного рода измерительные планки. Указанные расходники, периферию можно докупить отдельно.

В комплект обязательно входит подробная инструкция с руководством, как пользоваться аппаратом, гарантийный талон, паспорт устройства, заверенный печатью производителя, и сертификат (свидетельство).

Читайте также:  Прямыми или косвенными измерениями были определены объем

Сертификат обязательный, так как прибор относится к измерительным и если это одобренная модель, то такой документ должен быть утвержден госорганами. Измеритель должен быть внесенным в ГРСИ РФ. Только в этом случае результаты измерений будут иметь официальную силу. Наличие свидетельства — гарантия качества, подтверждение соблюдения всех стандартов и нормативов.

Рейка служит для упрощения выставления высоты, по ней устанавливаются точки, пикеты. Такой инструмент также применяют для облегчения ориентации на местности и/или когда есть какие-либо преграды для луча ТМ (направляют призму-отражатель в сторону измерителя).

Ниже приведем более подробное отображение конструкции с помощью рисунков:

Интерфейс может быть с клавиатурой или ввод данных и прочие манипуляции могут осуществляться посредством сенсорного табло (со стилусом или прочее). Дорогие особо совершенные модели оснащены сервомоторчиками, есть опция c автоматическим отслеживанием.

Достоинства и недостатки

Достоинства прибора нет смысла рассматривать, так как он для своих целей полностью подходит. Можно лишь говорить о минусах тех или иных конкретных моделей. Устаревшие устройства с оптическим принципом, без хорошей электроники мы не будем рассматривать — они применялись с самого начала изобретения и были распространенные вплоть до конца 90-х годов. Теперь подобные аппараты применяются преимущественно только в образовательных учреждениях в ходе специальных практических, лабораторных занятий.

В современных условиях используются электронные цифровые модели, которые, несомненно, намного ускорили процесс исследований. Часть исчислений и обработки данных берет на себя программная база, например, ГИС ГЕОМИК. Информацию можно сохранять в памяти устройства, передавать на ПК (есть специальные кабели, порты COM, USB).

Недостаток, пожалуй, один — чрезвычайно высокая цена (самая дешевая модель около 500 тыс. руб. за прибор с базовыми функциями) самого аппарата, запчастей, расходников к нему.

Как функционирует тахеометр

Подробно раскрыть устройство, сделать описание тахеометра поможет его принцип работы. Таковой базируется на выпускании и принятии отраженного оптического луча.

Есть два принципа работы тахеометра:

  • стандартные привычные модели используют фазовый метод: расстояние определяется оценкой разности фаз лучей (световых, лазерных) излучаемых и отраженных;
  • инновационная технология импульсов. В новейших продвинутых моделях с высокоточной электронной начинкой. Базируется на оценке и обработке времени возврата испускаемого лазерного луча до отражателя (прямое/обратное его движение). На основе полученных данных микропроцессор исчисляет расстояние и прочие параметры.

Виды, классификация

По сферам применения:

  • предназначенные для строительной сферы и для геодезического сопровождения съемок;
  • технические — более простые с базовым набором опций (установка станции, вынесение отметок, координаты);
  • инженерные. С предельной точностью, расширенным функционалом. Для исполнительных съемок, для сложных разбивочных работ.

По типу функционирования:

  • оптические, они же номограммные. Такие аппараты оснащены номограммным кипрегелем. Указанный термин — это особый график, позволяющий не вычислять значение по формулам, а узнавать его сразу, наложением на градуировку, линейку;
  • электронный тахеометр (цифровой). Современные приборы. Наиболее распространенные на предприятиях, для научной работы. Максимально возможный функционал, фактически это узкоспециализированный мини-компьютер. Есть память для записи и хранения данных. Эти приборы являются наиболее эффективными моделями. Процессор делает вычисления, учитывает погрешности и прочее;
  • с автоматикой, роботизированные. Вершина в данной области. Дают идеально точные результаты. Используются для сложных изыскательных, инженерных, мониторинговых задач. С системой захвата, слежения, сервоприводами. Позволяют вести работу одному сотруднику. Помимо этого минимизируется влияние человеческого фактора, достигается особая скорость и точность измерений.

По конструктивному аспекту:

  • модули. Теодолит и светодальномер отдельные, хотя и взаимосвязанные;
  • интегрированного типа. Полностью единый механизм, сложно отделить вышеуказанные два прибора в составе изделия;
  • неповторительные. Лимб зафиксирован наглухо к подставке, оснащены лишь винтами-закрепителями либо есть узел для поворотов и фиксации в разных положениях.

Возможности и характерные особенности работы тахеометров

Режимы работы можно разделить на такие группы:

  • отражательные (призменные) — до 5 км и больше;
  • безотражательные. Замеры до произвольной плоскости до 1.5 км.

Есть много нюансов, поскольку дальность изысканий зависит от отражающей способности исследуемой поверхности. Гладкие и светлые объекты могут увеличивать дальность, темные и рельефные — уменьшать.

  • фокусировка визирной трубы усовершенствованной системой, базирующейся на дальномере;
  • GPS, Bluetooth, а также приемник GNSS GPS геодезического типа для быстрого поиска цели по заданным координатам;
  • у роботизированных — отслеживание, закрепление цели.

Приведем отрывок из научной работы по учебной дисциплине по тахеометрам, ярко описывающий нюансы применения:

Тахеометрия означает «измерение в ускоренном темпе» (с греческого). Быстрота достигается одним наведением трубы на мерную рейку, установленной в исследуемой точке для получения ее положения, плана и высоты.

Теодолит в составе тахеометра выполняет следующее:

То есть в тахеометре собраны все преимущества теодолитов, дальномеров.

Достоинство съемки ТМ перед другими топографическими ее видами в возможности выполняться при неблагоприятной погоде, сам процесс может быть автоматизирован с электронными ТМ, составление планов, ЦММ можно делать посредством ЭВМ, графостроителями. Основной же недостаток — составление схемы местности осуществляется в камеральных (кабинетных) условиях на основании лишь результатов полевых изысканий, зарисовок. То есть нельзя выявить недостатки такого плана непосредственно на месте путем сравнения с местностью.

Как проводить измерения тахеометром

Для начала приведем пример, как пользоваться тахеометром с уклоном на работы с его меню. Изображение дисплея прибора несколько размытое, но описание подробно разъяснит манипуляции. Сам аппарат немного устаревший — 3Та5 выпуска начала 2000-х. Данный материал выбран из-за краткого и четкого объяснения базовых основ, после которых можно перейти к более сложным устройствам.

Первый этап: установка станции и пикета. Выполняем центрирование:

Выбор высоты осуществляется произвольно, но лучше применить пикет. На корпусе ТМ есть специальная точка, выставление проводится по ней.

Мерная планка у нас показывает 159 см. Данный инструмент будет также использоваться в процессе работы. Сопоставление с определенной отметкой этой планки называется «выставлением по реечной точке».

Читайте также:  Регистр накопления измерение или реквизиты

Включаем. Высвечивается режим, который был выставлен раньше, в нашем случае — координаты углов, проекция (D0) и превышение. Нажимаем меню: появляется начальный экран выбора режимов с подпунктами (установки и прочее). Для начала отметим, чтобы не повторятся в дальнейшем: каждая манипуляция подтверждается кнопкой «ввод».

Для выбора пунктов есть кнопки со стрелочками (конфигурация, карта памяти, режим, калибровки).

Первое, что мы делаем — тест. Нажимаем меню и выбираем этот пункт, дальше — «аккумулятор». Так мы узнаем об уровне заряда. Если аккумулятор разряжен, то это 6 Ма и ниже (нужно читать инструкцию конкретной модели), нормальный заряд — 7.8 и выше.

Батарея в данной модели прикручена сбоку (ее можно снять/вставить), зарядное устройство есть в комплекте станции.

Чтобы выйти, снова нажимаем «меню», заходим в пункт «установки». Первая позиция — заголовок станции, заходим, устанавливаем номер станции, например, N1, снова ввод.

Дальше прибор ждет установки высоты инструмента, мы ее уже определили. Прописываем кнопками с числовыми значениями цифру: в нашем примере на табло выставляем 1.590, (затем и всегда в дальнейшем — «ввод»). Прибор запрашивает установки даты. Можно прописать, но не обязательно.

Выставление координат (X, Y, H). Можно прописать таковые для конкретной точки, процедура аналогично как описано — кнопками с цифровыми значениями + enter. Это нужно лишь для того, чтобы сам пользователь знал такие данные. Но можно и не выставлять их, если, например, есть уже другая станция с такой информацией. Следующий пункт — установки пикета. Тут под таковым считаются 100-метровые деления, но данный пункт важно разъяснить.

В нашем случае тахеометр применяют для дорожных работ. Подразумевается, что дорога разбивается на 100-метровые пикеты. Но чаще, например, для геодезистов пикет это то, что мы называем «реечной точкой», означает установку по ней. Последнее понимание более распространенное: выставление по такой отметке необходимо, например, когда какой-либо кустарник мешает отражению — тогда человек ходит туда-сюда с планкой, поднимает ее и таким образом преодолеваются преграды для луча. А также можно определить высоту, это и есть пикет в данном случае, которому присваивается номер. Таких точек может быть много.

Итак, enter — номер точки: 1 — enter — высота 1.590 — enter. Все — пикет установлен. Высота и этот пункт — две главные установки, мы их сделали.

Дальше выбираем режим, в меню кнопками со стрелками, есть такие их варианты:

  • первое, что показывает табло — координаты: Ha — горизонтальный угол, Ba — вертикальный. В разных моделях обозначение может несколько отличаться. Это первый режим;
  • далее выбираем следующий: эти же углы плюс расстояние (D), но пока это не проекция, а только какой-либо промежуток, например по наклону, то есть реальный промежуток;
  • X, Y, H. Это весьма практичный популярный режим, исключающий необходимость решать прямые геодезические задачи, то есть позволяет сразу получить X, Y, Н точки. Но это не исключает потребности в уравнивании отметок (между реперами ход надо уравнять). Это режим, который позволяет сразу считать координаты;
  • наиболее часто использующийся: углы, проекция, превышение. Выбираем, на табло выбивает «неопределен. индекс» (посл. фото). Нам нужно повернуть трубу, например, на 45° — индекс определен, уже есть углы.

Расстояние и H будут, когда трубу наведут на точку и нажмут на «измер.». Последний этап, если надо завершить работу, — обнуление. Операция производится выбором в меню соответствующего пункта.

Более краткое объяснение работы

Рассмотрим тахеометр, характеристики, что это такое с акцентом на работе с точками, засечками.

Регулируя винтами треногу, инструмент выводится в рабочее положение горизонтально земной поверхности. Для этого есть пузырьки уровня в двух плоскостях, некоторые модели с электронным уровнем.

В приборе есть система компенсаторов, выравнивающих устройство при неточной центрировке. Если прибор установлен неточно или в процессе возникло отклонение от горизонтальности, автоматика прекратит набирать отсчеты, выдаст предупреждающий сигнал.

Емкости аккумулятора обычно хватает на 6 ч. непрерывной работы.

Включаем аппарат, выставляем и центрируем над точкой посредством оптического окуляра отвеса. Визируем цель с помощью оптики зрительной трубки. Зажимными винтами фиксируем корпус.

Делаем отсчет. В моделях с клавиатурой к каждой отметке можно давать пояснительные комментарии.

ТМ – старший брат теодолита, поэтому почти всегда у всех моделей первый режим – угловые измерения. Чтобы замерить угол между 2 точками наводим центр сетки нитей окуляра на первую из них, обнуляем угол специальной кнопкой. Затем – наводим на вторую точку – на экран выводятся градусы и кнопкой записываем значение в память.

Выше описан принцип работы, так как бы мы работали только с теодолитом. Но ТМ съемка включает и вычисление расстояний между точками, то есть применять аппарат только в качестве указанного устройства не совсем рационально. Тут уже будет применяться геодезическая мерная веха. На ее отражатель наводят окуляр, также такая планка служит для визуализации точек, она имеет пузырьковый уровень. Обычно может выдвигаться на высоту 2.6 м.

Перед началом работы инструмент программируют — вводят высоту его самого (определяется, прислонив веху к отметке уровня на корпусе прибора) и координаты известных точек. Приблизительно мы описали выше этот процесс.

Получить координаты исследуемой точки можно, опираясь на 2 исходные. Есть 2 способа начала работы с ТМ и определения его местоположения: стояние на отметке с известными координатами или установка измерителя между точками с таковыми, это обратная засечка (ниже на рис.2 схема).

При последней угол установки инструмента должен отличаться от 180°. И если это несколько точек, они должны быть примерно на одинаковых расстояниях. Снимаем их и дальше вопрос, как пользоваться ТМ отступает на второй план — исчисления делает электроника, рассчитывающая положение инструмента. В случае недопустимых измерений, ошибок система блокирует работу, поэтому ошибиться с электронным тахиометром весьма сложно.

Читайте также:  Ребенок грудной измерить температуру

Принцип на примере со спутниками:

После установки аппарата и ввода его высоты начинают набор пикетов — съемку точек. Если с одной локации невозможно снять весь участок, инструмент переносят на одну из пикетажных отметок — работу продолжают. Если их больше 2, есть смысл проконтролировать тахеометрический ход, взяв отсчет на отметку с известными координатами. Программное обеспечение вычислит неувязку, сравнит ее с допустимой и, если все в порядке, самостоятельно введет допустимые поправки в полученные величины координат и высот.

Для ведения съемки обычно потребуется 2 чел.: один — за инструментом берет отсчет, второй — с вехой двигается по участку, ведя абрис (схематический план) полевых изысканий. Результаты вносятся в память измерителя и в журнал (N точки, координаты X, Y, Z, расстояние или проекция D и пояснение).

ТМ может подсоединяться к ПК через порты COM, USB полученные файлы можно сохранять там и работать любыми способами с ними (строить векторными графическими редакторами планы и так далее). При обработке значений на ПК точки соединяются условными знаками, что на выходе дает схему участка.

Как на практике производится тахеометрическая съемка

Официально организованная работа с тахеометром на предприятиях и в учебных заведениях предполагает создание рабочей группы, наличие письменного обоснования и постановки задач изысканий с исходными данными. Процедура документируется.

Вычисления превышений и горизонтальных проложений — самые времязатратные манипуляции. За один день изысканий обычно делают 400–500 пикетов, высококвалифицированные пользователи — до 1000. Обработка занимает несколько часов, разного рода погрешности неизбежны, поэтому их исключают путем выбора превышений и горизонтальных проложений из табличных форм данных во вторую руку. Пользуются также программируемым калькулятором.

Инструкция для съемок обычно гласит: «ТМ съемка делается, как правило, тахеометрами-автоматами, как исключение, теодолитом-тахеометром».

Итак, основываясь на материалах ТМ съемки, составляется план, отображающий ситуации и рельеф локаций. Быстрота полевых работ — характерная особенность, но схему делают в камеральных условиях.

  1. Руководителем съемки выдается масштаб плана, высота сечения рельефа, другие установки по программе будущих изысканий. Дальше работа станции ведется так:
    1. Установка ТМ над отметкой съемочного обоснования, приведение его в рабочее состояние, настройка штатива.
    2. Нивелирной (мерной) рейкой замеряют высоту аппарата — точность до 0.01 м. Результат вносят в книгу. Для облегчения последующих исчислений рекомендовано высоту измерителя обозначить на планке шнурком, лентой контрастного оттенка и при наблюдениях визировать на таковую.
    3. Определение нуля вертикального круга, запись такового в журнал;
    4. Лимб выставляют по точке съемочного обоснования. ТМ съемка делается при одной позиции вертикального круга, поэтому целесообразная ориентация аппарата слева. Далее, осуществляют совмещение отсечного индекса алидады с нулевой отметкой градуировки лимба круга по горизонтали;
    5. Фиксируют алидаду, открепляют лимб, крутят его, визируя на выбранную по съемочному обоснованию точку. Закрепляют последний и его наводящим болтиком делают совмещение центра сетки нитей с указанно отметкой.
  2. Наблюдатель и записывающий осматривают локацию, обнаруживают характерные точки ситуации, рельефа. Последний составляет абрис, на котором отображает:
    1. Позиции станции тахеометра и той, на которую он сориентирован.
    2. Снимаемые объекты, контуры.
    3. Отобранные реечные точки. Последние должны нумероваться в сквозном виде на всем исследуемом участке с первой по последнюю станцию. А также таковые при съемках ситуаций должны быть на всех поворотах контуров и через согласованные расстояния на их прямых сегментах. При работе с рельефом реечные отметки подбирают по характерным для такового элементам — вершины, перегибы ската и так далее. Точки распределяют с равномерностью на всем участке. Стандартно направленность скатов отображают на абрисе стрелками. На нем же набрасывают последовательности переходов с одних точек на другие.
  3. Последовательно выставляют мерную веху на все намеченные отметки. При визировании на планку вертикальную нитку сетки сопоставляют с ее осью, горизонтальную — отсчитывая высоту измерителя. Если последний расчет не виден, то средняя полоска сетки наводят на любой отсчет с метровой кратностью (2 или 3 м). Записывают его в книгу.

Отсчеты делают в следующей очередности, по таким пунктам (в скобках точность):

  1. По дальномеру (до 0.1 см).
  2. По вертикальному кругу, перед этим поправляют пузырек уровня (до 1′).
  3. По горизонтальной окружности (до 1′).

Результаты заносят в журнал, номер реечных отметок и абрис должны совпадать. После окончания отсчета по вертикальной окружности дают сигнал (рукой и так далее) переместится на следующую точку. По завершению работ делают контроль: снова визирование на начальном направлении и запись отсчета по горизонтальному кругу. Отклонения от такой позиции не должно быть большим, чем учетверенная точность аппарата. При превышении изыскания повторяют.

Надо понимать, что мы рассмотрели только лишь крайне поверхностные основы тахеометрической съемки, но этих данных достаточно, чтобы сориентировать читателя по теме. Если описывать полностью процедуру, то надо посвятить ей обширную статью, так как есть много нюансов, а также формул для вычисления углов, превышений, высот.

Предостережения по эксплуатации тахеометра

  • не следует наводить в процессе изысканий 2 устройства на один и тот же объект — есть риск смешивания сигналов, что спровоцирует искажение замеров;
  • надо вовремя делать поверку и юстировку;
  • надо понимать, что при исследованиях расстояний лазерным лучом на него могут влиять различные преграды, попадающиеся на пути: машины, кабели электролиний, плотный туман, листва. Поэтому всегда сморят на замеры некоторое продолжительное время, наводят трубу как минимум 2 раза.

Видео по теме

Источник