Омский Государственный Аграрный Университет

Реферат

На тему:

«Современные Тахеометры»

Выполнил : Макаров А.А

Проверил: Хер какой то

Омск 2001

$

Известно, что требования к качеству строительной продукции быстро растут Возрастает и необходимость постоянного повышения общего тех$нического уровня строительных работ, надежности, долговечности, эстетичности, технологичности строительного производства.
Инженерно-геодезические измерения и инженерно-геодезические построения зан$имаю особое место в общей схеме строительных работ. Они начинаются задолго до начала строительства при проведении инженерно-геодезических изысканий, выноса проектов сооружений в натуру, являются составной частью технологии строительно-монтажных работ в период всего строительства, а также сопутствуют при проверке качества строительной продукции и продолжаются в эксплуатационный период при проведении наблюдений за деформациями зданий и соору$жений, если того требуют условия проекта. Поэтому вопросы точности проведения геодезических работ имеют принципиальное значение, ибо они в конечном счете определяют уровень качества и надежность выстроенных зданий и сооружений.
При оценке надежности и точности измерений главным являе$тся выбор совершенной методики геодезических работ и соответствующих приборов и оборудования, исходя из заданных технологических требований проек$та и допусков,
С ростом научно-технического прогресса и технического уровня строительства развивались и совершенствовались методики и приборы для проведения инженерно-геодезических работ. Если до 60-х годов нашего столетия развитие геодезического приборостроения шло по пути совершенствования успешно зарекомендовавшей себя традиционной технологии, в основе которой лежали физические принц$ипы, разработанные, в основном, еще в конце XIX века, то за последние 30 лет развитие микроэлектроники, ставшей символом XX века, положило начало новой эпохи средств и методов геодезических работ Современный геодезический прибор сегодня — это продукт высоких технологий, объединяющий в себе последние достижения электроники$, точной механики, оптики, материаловедения и других наук. А использование спутниковой навигации систем СРS-Глонасс (в том числе и в целях геодезии) — можно смело считать новым достоянием цивилизации, преимущества которого в полной мере $еще не оценены.

В обзоре рассматриваются тенденции развития таких геодезических систем, которые можно отнести к классу электронных тахеометров, называемых на английском языке total station. Комментарии о правомерности использования данного термина можно найти в предыдущем обзоре.
Следует отметить, что ведущие производители спутниковых систем, например, Trimble или Ma$gellan/Ashtech, рассматривают электронные тахеометры как геодезические системы вторичного значения, заведомо отдавая предпочтение спутниковым системам реального времени (RTK) как первостепенным геодезическим системам. Так, первый электронный тахеометр фирмы Trimb$le, TTS 500, появившийся в январе 1999 г., ориентирован прежде всего на пользователей спутниковых геодезических систем Trimble и по замыслу создателей предназначен исключительно для дополнения возможностей спутниковых систем RTK.

Ведущие производители электронных тахеометрическ$их систем:Spectra Precision(Швеция/Германия), Leica (Швейцария), Sokkia, Topcon, Nikon, Pentax (Япония), выпускающие около 100 моделей и модификаций электронных тахеометров, рассматривают последние как геодезичес$кие системы первичного значения, функциональные возможности которых могут дополняться возможностями спутниковых приемников. Так, Spectra Precision в 1998 г. впервые представила совмещенную систему, объединяющую возможности тахеометра и спутникового приемника. Основа системы — модульный электронный тахеометр Geodimeter 600, один из модулей которого — одночастотный спутниковый GPS-приемник, устанавливаемый на месте дополнительной клавиатуры. Ан$тенна устанавливается сверху на транспортировочной рукояти.
Сегодня две основные концепции развития полевых геодезических систем определяют появление н$овых приборов и систем. Какая концепция будет преобладать в будущем и какие принципиально новые системы поступят на рынок геодезического оборудования, покажет время. Жесткая конкуренция на международном рынке электронных тахеометров обусловливает их непрерывное совершенствование, заставляя производителей находить вс$е более эффективные решения, упрощать процессы измерений и использовать максимально удобные пользовательские интерфейсы, создавать интегрированные системы, комбинирующие функции компьютеров, тахеометров, спутниковых приемников, инерциальных систем.
$ Современные тахеометры значительно 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. Точность и дальность измерений в данном случае уже не$ играют существенной роли. Определяющим становится фактор эффективности применения прибора для решения конкретного типа задач. Например, для выполнения традиционных работ по землеотводам достаточно иметь простой механический тахеометр с минимальным набором встроенных программ. В то же время для работ по изысканиям и строительству автомагистралей наиболее эффективным будет $применение роботизированного тахеометра, имеющего функции автоматического слежения за отражателем, контроллер и программы, позволяющие не только работать с проектными данными, но и воспроизводить пол$ученные результаты непосредственно в поле на экране контроллера.
Современный тахеометр должен полностью удовлетворять всем требованиям пользователя. Это важно и потому, что пользователь не должен переплачивать за невос$требованные функции и возможности инструмента, стоимость которых может быть достаточно высока. С другой стороны, желательно иметь возможности обновления и модернизации системы — добавление новых функций, программ и даже изменение технических характеристик. Этим условиям полностью соответствуют $тахеометры, имеющие модульное строение. Первая серия полностью модульных тахеометров — Geodimeter System 600 — была представлена компанией Spectra Precision (бывш. Geotronics) в 1994 г. Были выпущены две базовые модели тахеометров этой серии — механическая и имеющая сервоприводы, позволяющие автоматизировать не только наведение на призму, но и слежение за перемещающимся отражателем.
В начале 90-х годов были заложены ос$новные принципы развития электронных тахеометров: модульность — с то$чки зрения конструктивности и автоматизация (роботизация) — с точки зрения функциональности. И если Geodimeter 600 практически остается пока единственным полностью модульным прибором, то роботизированные модели с сервоприводами и системами автоматического слежения за призмой выпускают и другие п$роизводители тахеометров. Следует также отметить, что среди спутниковых геодезических приемников в настоящее время только приемники фирмы Javad Positioning Systems имеют модульную структуру.
Современный электронный тахеометр, как и его оптический предшественник, измеряет углы и расстояния до вехи или штатива с отражателем. Эти первичные измерения служат основой для последующих, подчас сложных вычислений, производимых встроенным или внешним контроллером. Точность измерения определяют блоки или модули изм$ерения углов, расстояний и модуль компенсатора.
Если говорить о точности, то угловые измерения как правило лимитируются точностью 1”, а линейные — 1 mm + 1 ppm. Этот порог прежде всего связан не с техническими проблем$ами измерительных систем, а с влиянием окружающей среды. Более высокая точность, заявляемая в характеристиках тахеометров отдельных производителей, практически не достижима при обычных работах и условиях из-за влияния окружающей среды и ошибок центрирования и наведения. Точность измерения простейших тахеометров к$ак правило не хуже 5–6” для угловых измерений и 3 мм + $3 ppm — для линейных.
Для соблюдения точности угловых измерений чрезвычайно важен диапазон компенсации влияния углов наклона вертикальной и горизонтальной осей. В настоящее время наибольший диапазон работы (± 6′) имеют тахеометры Geodimeter. Эта величина особенно существенна при работе тахеометром со штатива. Дальномер тахеометра характеризуется не только точностью, но и дальностью. Как правило, это дальность измерения расстояний до одной призмы. Следуе$т отметить, что эти характеристики связаны друг с другом.
Несмотря на то что значительная часть объема измерений тахеометром не превышает 50$0–1000 м, периодически приходится измерять значительно более длинные расстояния. Поэтому наилучшими сегодня являются дальномеры с точностью измерений не ниже 2 мм + 2 ррм при дальности 3000–4000 м. Эти параметры должны стать стандартными в будущем для большинства тахеометров. Увеличение дальности измерений в ущерб точности нецелесообразно и неэффективно. Следует отметить, что ряд производителей явно завышают показатель дальности, оговаривая особые условия прозрачности атмосферы, при которых достижима опреде$ленная дальность измерений. Например, приводится такой показатель прозрачности атмосферы, как абсолютная видимость 40 км. Надо иметь в виду, что для пользователя определение условий состояния атмосферы практически невозможно. Кроме того, при работе в городских условиях вдоль автодорог прозрачность атмосферы б$ывает значительное снижение из-за загазованности атмосфе$ры.
В последнее время широкое распространение получили тахеометры с дальномером, позволяющим измерять расстояния непосредственно до объекта без отражателя. Как правило, дальность таких измерений не превышает 100–150 м, а точность лежит в пределах 10–20 мм. К недостаткам данных систем следует отнести зависимость точности измерений от свойств отражающей поверхности и отс$утствие надежной фиксации точки измерения. Тем не менее следует ожидать дальнейшего их совершенствования.
Важной составляющей электронного тахеометра является модуль контроллера — встроенного или внешнего. Под контроллером понимается не только полевой компьютер/вычислитель, но и пульт/клавиатура управлен$ия самим тахеометром. От его производительности, объема памяти, типа экрана, наличия и числа встроенных программ зависят функциональные возможности тахеометра. Большинство моделей тахеометров имеют встр$оенный 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 то же время некоторые тахеометры имеют полные PC-совместимые QWERTY-клавиатуры.
Некоторые внешние $контроллеры имеют DOS-совместимые процессоры, наприме$р типа Intel 486. Собираемая информация записывается на карты типа PCMCIA или на встроенную микросхему; в диапазон информации от 1 до 10–50 тыс. точек. Встроенные программы также могут быть записаны на внешних картах или встроенных микросхемах. Внешние контроллеры, как правило, представляют собой серийно выпускаемые ручные компьютеры типа Husky или HP, оснащенные специальным программным обеспечением.
В моделях серии Geodimeter System $600 контроллер представляет собой съемную клавиатуру, поэтому его можно отнести к особому виду. До настоящего времени эта единственная в мире модель тахеометра со съемной клавиатурой. Она обладает несомненными достоинствами, так как является не просто клавиатурой, а контроллером, имеющим в$нутреннюю память и внутренние программы. “Скачивание” 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 т$ахеометром — у каждого своя клавиатура–контроллер. При работе в роботизированном режиме не требуется дополнительный контроллер/пульт управления на в$еху с отражателем.
В последнее время в качестве контроллеров 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 просмотрет$ь графическое отображение результатов съемкок на экране пен-компьютера.
Графический контроллер GeodatWin (Spectra Precision), появившийся в 1998 г., является представителем нового$ поколения таких систем. В отличие от множества других графических контроллеров, базирующихся на стандартных пен-компьютерах, серийно выпускаемых компьютерными фирмами, его можно устанавливать на тахеометры Geodimeter вместо съемной клавиатуры или на спутниковый геодезический приемник (GeodatWin может так$же работать с тахеометрами других производителей). Технические характеристики, программные возможности и устойчивость GeodatWin к внешним климатическим условиям (влагостойкий корпус, диапазон рабочих температур от -20 до +50° С) вполне позвол$яют назвать тахеометр, оснащенный GeodatWin, “электронной мензулой”.
Geodat Win имеет Intel 486 процессор, ? VGA графический активный экран, 32 Мб RAM, Windows 95, два считывающих порта для PCMCIA-карт. Для перекачки данных имеется инфракрасный порт. GeodatWin выполняет функции управления тахеометром и/или спутниковым геодезическим приемником, при этом обеспечивает совместное использование результатов съемок обеих видов.
П$рограммное обеспечение решает большинство CAD-задач непосредственно в поле, позволяют вести трехмер$ную 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 зара$нее подготовленным проектам. Очевидно, что графические системы реального времени типа GeodatWin получат дальнейшее развитие и станут неотъемлемой частью полевых съемочных систем. Можно предположить также, что тахеометры с механическим приводом в будущем будут полностью заменены тахеометрами с сервоприводом.
Сервопривод не только обеспечивае$т удобство работы (сервомоторы управляются многочисленными фрикционными винтами, традиционные наводящие и закрепительные винты отсутствуют), но и повышает производительность не менее чем на 30%. Если координаты точек хранятся в памяти, необходимо только ввести номер нужной точки и прибор автоматически наведется на нее. Пр$и повторительных угловых измерениях на несколько отражателей необходимо только задать порядок и число измерений. Поскольку сервопривод исключает большую часть утомительной работы с наводящими и закрепительными винтами, вероятность ошибок наведения значительно уменьшается.
Тахеометры Geodimeter 600 Pro имеют четырехскоростные се$рвомоторы. Наличие их обеспечивает быстрое и точное наведение на отражатель, позволяет быстро и эффективно переключаться в различные режимы работы: поиска отражателя, слежения в простом и робо$тизированном режимах. Система автоматического наведения и слежения тахеометров с сервоприводами повышает производительность работ более чем на 50%. Тахеометры Geodimeter 600 Pro оснащаются системой Autolock, включающей модуль слежения Tracker, размещаемый в модуле телескопа, и активный отражатель RMT. Активный отражатель (выпускается несколько видов) обязательно включает активный излучател$ь-диод, излучение которого фиксируется модулем Trac$ker, и не допускает наведения на другие отражатели или отражающие поверхности — катафоты, стекла и пр. В то же время ряд других моделей тахеометров-роботов не могут различить призму-отражатель и стекло проезжающего автомобиля, и в результате ими практически невозможно пользоваться в городских условиях. Система автоматического наведения не только полностью исключает необходимость работы вручную, но и повышает точн$ость наведения на отражатель. При потере отражателя система поиска быстро находит его.
Роботизированные тахеометры имеют радиокоммуникационный модуль/радиомодем, обеспечивающий связь прибора с активным отражателем. В качестве контроллера, обеспечивающего управление тахеометром через радиомодем, установленный на вехе с о$тражателем, часто используются стандартные полевые компьютеры типа Husky или HP. В системах Geodimeter 600 Pro в качестве контроллера используется либо съемная клавиатура, либо графический контроллер GeodatWin. Применение клавиатуры или GeodatWin, с одной стороны, удешевляет стоимость системы, с другой, — делает ее более эффективной — технологии работ с клавиатуро$й/контроллером на приборе и вехе полностью идентичны и не требуют изучения и внедрения иного полевого компьютера.
Повышению эффективности работ значительно способствует также при$менение призменных отражателей, обеспечивающих отражение сигнала тахеометра в полном круговом диапазоне (360° ). Дальность работы в роботизированном режиме как правило лежит в пределах 1–1,5 км, что обусловли$вается в основном предельными расстояниями при таких видах съемок.
В целом применение роботизированных технологий повышает эффективность работ практически вдвое по сравнению с использованием механических тахеометров, $что дает возможность значительно сократить трудовые затраты, свести к минимуму ошибки полевых измерений и оптимально провести камеральные работы, что в итоге позволяет, по крайней мере, удвоить годовые объемы подрядных геодезических работ.
Ряд фирм-производителей выпускают так называемые автоматизированные следящие системы (Automated Tracking System). Основой их является высокоточный электронный т$ахеометр с мощным дальномерным блоком, сервоприводами и всеми функциями робота. Приборы этой серии могут использоваться и как “обычные” роботизированные тахеометры, и как датчики автоматической следящей системы. Например, приборы$ серии Geodimeter ATS используются для решения следующих задач: автоматические наблюдения за деформациями инженерных сооружений и земной поверхности; геодезическое обеспечение гидрографических работ; автоматическое определение координинат движущихся объектов; управление строите$льными машинами и механизмами.
Приборы серии Geodimeter ATS являются открытыми и легко интегрируются в автоматические системы, в которых прибор работает под управлением различных компьютерных программ. Обмен командами и данными между прибором и компьютером может осуществляться в реальном времени через последовательный порт или радиомодем. Например, Geodimeter ATS-PT — одна из наиболее мощных моделей серии, предназначена для автоматического координирования в реальном времени движущи$хся объектов. Обеспечивает автоматическое наведение на активную и пассивную визирные цели на расстоянии до 3200 м, слежение за движущимися (скорость до 4 мс) объектами, регистрацию данных с частотой 5 Гц.
Geodimeter ATS-MC предназначен для испо$льзования в системах управления строительными машинами и механизмами. Данные об их положении могут выводиться как на единый диспетчерский пульт, так и на пульт управления отдельной машины. Да$льность действия в режиме автоматического наведения 1–2 км. Geodimeter ATS-PM предназначен для использования в автоматических системах наблюдения за деформациями. Управление процессом наблюдений, регистрация данных, их обработка и анализ осуществляются в реальном времени специальными программами для внешних компьютеров.
К сожалению, сегодня в России значительная часть всех полевых съем$очных работ выполняется традиционными средствами — оптическими теодолитами, дальномерными насадками и другими устаревшими геодезическими приборами. Наиболее прогрессивные организации успешно внедряют в течение последних 5 лет технологии с применением электронных тахеометров. По приблизительным оценкам, $в настоящее время в России используется около 2–3 тыс.$ электронных тахеометров. Реальная же потребность в современных тахеометрах составляет сотни в год.
Недооценка руководителями различного уровня преимуществ от внедрения новых технологий, “затратные механизмы” финансирования многих видов работ, особенно строительных, общие экономические проблемы и достаточно высокая стоимость электронных тахеометров (от 10 до 25–35 тыс. дол.) не позволя$ют многим организациям перейти на современные цифровые технологии полевых работ. Тем не менее в случае развития в России реального рынка услуг в области геодезии, картографии и геоинформатики, компании, применяющие наиболее прогрессивные и эффективные технологии могут значительно потеснить компании, работающие по устаревшим технол$огиям.
Ожидается, что в целом на мировом рынке в ближайшем будущем стоимость самого оборудования снизится, а встроенных программных средств и их приложений повысится. Стоимость сервиса и запасных час$тей также должна снизиться вследствие увеличения надежности работы приборов и продления срока их жизнедеятельности. Однако затраты на обучение и поддержку пользователей, очевидно, увеличатся из-за усложнения конфигурации систем, возможностей их модернизации и многофункционального применения.