12.2 Прилади тахеометричного знімання

Приладами для тахеометричного знімання є: оптичні теодоліти типів Т5, Т15, Т30, які описані у 6.2, в комплекті з шашковими нівелірними рейками, авторедукційні, внутрішньобазисні та номограмні тахеометри в комплекті зі спеціальними віддалемірними рейками та електронні тахеометри.

Тахеометри — це оптико-механічні або електронні прилади, що мають ряд пристроїв, які дозволяють без додаткових обчислень отримувати перевищення та горизонтальні прокладання. Отримання таких даних має назву редукування (лат. reductio - відновлення), а до назви приладу додають слово редукційний.

Тахеометри класифікують за типом віддалемірів, що використовуються в них для визначення відстані.

Тахеометри із авторедукційним віддалеміром-висотоміром подвійного зображення із постійним паралактичним кутом ТД призначені для прокладання полігонометричних і теодолітних ходів, виконання тахеометричного знімання з визначенням відстаней у 20-180 м із відносною похибкою 1:3000 та перевищень із середньою квадратичною похибкою не більше 5 см на 100 м відстані, визначеної за 2-метровою горизонтальною рейкою, а також для вимірювання горизонтальних кутів із середніми квадратичними похибками 5″ і 10″ відповідно. Кутомірна частина приладу виконана на базі теодоліта Т5. До приладів даного типу відноситься також тахеометр Редта 002 (Німеччина).

Тахеометр внутрішньобазисний ТВ (рис. 12.2) призначений для вимірювання горизонтального прокладання та горизонтальних і вертикальних кутів із середньоквадратичною похибкою 30″ та 60″ відповідно. За принципом дії ТВ відноситься до віддалемірів подвійного зображення із змінним базисом всередині приладу. Відстані до 60 м можна вимірювати без використання рейки шляхом наведення на віддалений вертикально розміщений місцевий об’єкт; при відстані до 180 м використовується віха та додатковий базис величиною 60 см. Відносна похибка вимірювання відстаней у середньому дорівнює 1:1000. Прилад призначений для тахеометричного знімання важкодоступних ділянок, відкритих гірських виробок, у містах з інтенсивним рухом транспорту, а також для проектування автодорожнього та транспортного будівництва.

Рис. 12.2. Оптико-механічний тахеометр ТВ

Тахеометр номограмний ТН, 2ТаН та інші призначений для вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів, визначення горизонтального прокладання і перевищень при одному наведенні зорової труби на вертикальну рейку.

Тахеометр 2ТаН відноситься до приладів із оптико-механічним перетворювачем даних знімання за допомогою номограм, зображення яких передається в поле зору труби. Номограма – кресленик із зображенням розрахованих відповідним чином кривих, які дозволяють при зніманні за допомогою рейки із сантиметровими поділками безпосередньо зчитувати горизонтальні прокладання і перевищення. Топографічний план можна будувати в полі, використовуючи допоміжні столики та пристосування.

Рис. 12.3 Тахеометр номограмний 2ТаН із картографічним столиком та поле зору його труби

Тахеометр електронний ТЕ конструктивно поєднує можливості високоточних кутових та віддалемірних систем з високопродуктивними можливостями електронної обчислювальної техніки. Завдяки цьому за допомогою нього стає можливим управління вимірювальним процесом, контроль за його виконанням, реєстрація результатів вимірювання, обчислення за результатами вимірювань потрібних даних, запис результатів та даних вимірювання на електронну карту пам’яті для подальшої роботи в ЕОМ. Програмне забезпечення тахеометра дозволяю проводити виміри полярних і прямокутних координат об’єктів місцевості, визначати неприступну відстань та висоту, обчислювати обернену засічку, визначати площу земельної ділянки, проводити планування, розбивку, винесення за координатами об’єктів «в натуру» тощо.

В залежності від вибору режиму роботи тахеометр може виконувати функції:

• теодоліта, коли на табло виводяться горизонтальний і вертикальний кути;

• тахеометра, коли виводяться горизонтальний кут, горизонтальне прокладання і перевищення;

• нівеліра, коли визначається відстань і перевищення.

Це дозволяє використовувати тахеометр як єдиний універсальний геодезичний прилад для проведення усіх типів геодезичних вишукувань та топографічних знімань.

В світовій практиці існує інша назва електронних тахеометрів — «total station», яку часто перекладають дослівно як «тотальна станція» або «повна станція».

Електронні тахеометри, що випускаються сьогодні, ділять:

за ступенем автоматизації на:

• рутинні (найпростіші) — електронні тахеометри з мінімальною автоматизацією і обмеженими вбудованими програмними засобами. Як правило, такі тахеометри мають кутову точність вимірювань 5-10″, лінійну 3-5 мм/км. Ряд тахеометрів не мають внутрішньої пам’яті або мають обмежену: 500 або 1000 точок.

• універсальні — тахеометри із значними можливостями, оснащені великою кількістю вбудованих програм, великою внутрішньою пам’яттю — до 10 000 і більше точок. Кутова точність вимірювань таких приладів, як правило, 1-5″, лінійна 2-3 мм/км;

• роботизовані — тахеометри, котрі наділені усіма можливостями приладів попередньої групи, а також сервоприладом, пристроєм, який дозволяє автоматизувати рух приладу навколо осі;

• комбіновані або інтегровані — прилади нового покоління, які поєднують в собі електронний тахеометр, супутниковий приймач (GPS) і польовий контролер-комп’ютер. Прилад такого типу отримав в США та в європейських країнах назву Combi Station;

за точністю вимірювання кутів на:

• високоточні (1-2″);

• середнього класу точності (3-7″).

за способом зчитування та реєстрації даних на:

• прилади із візуальним зніманням показань — результати вимірювання вводяться виконавцем в обчислювальний пристрій за допомогою клавіатури. Такими приладами є: електронний тахеометр Та5 (СРСР), ЕОТ 2000, SM4 (Німеччина), Distomat, Di3, Di4 (Швейцарія), Geodimeter 7T (Швеція) та ін.

• прилади з автоматичним зніманням показань — результати кутових вимірів та виміряних відстаней виводяться на цифрове табло (монітор) тахеометра та автоматично вводяться в пам’ять ЕОМ приладу; такими є тахеометри сучасного виробництва: Eltra, Rec Elna, Geodimeter від серії 600S (Німеччина), серія 30R Sokkia, DTM Nikon, GTS Topcon, PCS Pentax (Японія), TPS, TC Leica (Швейцарія), 3Та5 (Росія), Trimble (США) та інші.

Дальність дії віддалемірної системи електронних тахеометрів складає 1-5 км і може бути визначена, як в метрах, так і в футах. При цьому забезпечується точність в межах 3-10 мм + (1-6)×10^-6 D (де D — відстань в км).

При вимірюванні кутів, яке виконується в градусах або в гонах, точність визначення кутів лежить в межах 1-0,5″ або 0,1-1 мгон.

Реєстраторами даних знімань є магнітні або напівпровідникові накопичувачі інформації у вигляді чіп-карт або систем пам’яті на кілька тисяч вимірювань, які з’єднуються з тахеометром безпосередньо або через кабель. Кількість точок, що реєструються, залежить від об’єму чіп-карти внутрішньої пам’яті приладу (див. табл. 12.1).

Таблиця 12.1

Електронні тахеометри

Марка Периметр	3Та5 (Росія)	ТС-400 Leica (Швей-царія)	ТС-600 Leica (Швейца-рія)	Trimble 5605 (geodime-ter System)	SET 4010 Sok-kia (Япо-нія)	SET 630 R Sok-kia (Япо-нія)
Точність кутових вимірю-вань	5˝	10˝	5˝	5˝	5˝	6˝
Точність вимірю-вання відстаней	±(5+3Dкм) мм	±(5+5Dкм) мм	±(3+3Dкм) мм	±(5+3Dкм) мм	±(5+3Dкм) мм	±(3+2Dкм) мм
Збіль-шення зорової труби	30×			26×	30×	26×
Вимірю-вання відстаней по відбивачу з однією призмою	до 800 м	до 700 м	до 1100 м	до 700 м	до 1200 м	до 1600 м
Відстань вимірю-вань без відбивача	-	-	-	до 600 м	від 2 до 100 м	до 100 м
Внутрішня пам’ять для запису даних	1 Мб	на 2000 точок	на 2000 точок	4Мб з клавіатурою Цейс або від 1000 до 10000 з клавіатурою Geodimeter	на 3000 точок	на 10000 точок

Використання електронних тахеометрів дозволяє створити автоматизований технологічний ланцюжок: тахеометр – реєстратор інформції – ЕОМ – плоттер, що забезпечує одержання готових топографічних планів в автоматизованому режимі. Перевага ТЕ полягає також в тому, що в процесі виконання польових робіт одержують цифрову модель місцевості — основу для систем автоматизованого проектування (САПР).

Під час роботи з електронними тахеометрами замість рейок використовують призмові відбивачі.

Важливою перевагою електронних тахеометрів ряду фірм є можливість проводити вимірювання не тільки за допомогою призмових відбивачів, але й за допомогою невеликих клейких рефлекторних плівок або марок, що спрощує роботу у випадку неможливості поставити віху із видбивачем безпосередньо на точку, що спостерігається, наприклад, на кут будівлі. Рефлекторні візирні марки зручні також й в тих випадках, коли потрібно проводити багаторазові повторні виміри на тіж самі візирні цілі, наприклад, при визначеннях деформації об’єкта.

Останнім істотним досягненням у конструкції електронних тахеометрів є можливість виконання вимірювань без відбивачів, використовуючи відбивні властивості самого предмета спостереження. У цьому випадку вимірювання може виконувати одна людина, що значно скорочує сроки проведення робіт.

Технологія безвідбивного тахеометричного знімання розроблена на базі лазерних віддалемірів з використанням методу зсуву фаз (див. 5.4). Точне наведення на предмет спостереження (на коротких відстанях) здійснюють за допомогою видимого коаксіального (тобто такого, що співпадає з віссю візування) лазерного пучка променів.

На подібній технології безвідбивного вимірювання розроблені принципово нові типи приладів — наземні панорамні лазерні сканери (англ. skan — проглядати), тобто прилади для послідовного проглядання об’єктів, зображень чи тривимірного простору. Методика наземного тривимірного знімання місцевості отримала назву лазерного сканування.

Основним елементом цієї технології є лазерна скануюча система, яка використовує принцип імпульсного вимірювання. Надзвичайно короткі світлові імпульси випромінюються скануючою лазерною системою із заданим кроком повороту приладу в напрямку виконання вимірів, імпульс зустрічає на своєму шляху перешкоду, відбивається від неї у зворотньому напрямку і потрапляє у знімальну систему. Обчислюється різниця часу випромінювання та прийому сигналу, а потім за кутовими даними положення випромінюючої системи і відстані поширення сигналу між сканером і місцевим предметом, який становить перешкоду подальшому поширенню сигналу, визначаються просторові координати об’єкту місцевості. На відміну від традиційних методів вимірювання, лазерні панорамні сканери є надзвичайно швидкісною системою вимірювання і можуть виконувати понад 1 млн. окремих вимірювань за кілька хвилин, формуючи тривимірний масив n-ї кількості точок — «хмари точок» або сканів з дискретністю 2-5 мм на відстані до 100 м. Під час вимірювання визначаються координати усіх об’єктів поверхні, що сканується. Після завершення вимірювання, користувач отримує точну тривимірну візуалізацію об’єкта знімання, яку на наступному етапі обробляють за допомогою спеціального програмного забезпечення (наприклад, програмних комплексів Cyclone, 3D-Extractor). Результати обробки даних сканування можна представити в різному відображенні: у вигляді традиційних паперових карт і планів, цифрових моделей місцевості тощо.

Сьогодні також випускаються повністю роботизовані станції з дистанційним керуванням, а також із системою автоматичного спостереження за ціллю й набором універсальних польових програм, наприклад, Robotic фірми Trimble або SRX компанії Sokkia. Технічні характеристики деяких електронних тахеометрів наведені в табл. 12.1.