Геодезическая съемка

Введение

 

 

Современная геодезия является одной  из важнейших фундаментальных наук, которую изучало человечество. Она  достигла глобальных высот и, не останавливаясь, продолжает расти в своём совершенствовании. На данный период все знания, которые  мы имеем о поверхности Земли, получены благодаря геодезии. По оценкам экспертов объемы геодезических работ за последние три года выросли примерно в пять раз. Использование современных технологий существенно расширило   рамки   решения   задач   навигационного и геодезического направления.

Наряду со спутниковой геодезической  аппаратурой, приобретающей всё  большее значение при выполнении различного рода топографо-геодезических  работ, не менее актуальными остаются вопросы использования технических  средств и методов традиционных геодезических измерений. При этом одним из совершенных средств измерения в настоящее время является электронный тахеометр, позволяющий выполнять угловые и линейные измерения с высокой точностью, а также осуществлять вычисление плоских прямоугольных координат, высот и их приращений в реальном масштабе времени. Наряду с этим спутниковые радионавигационные системы (GPS, ГЛОНАСС) позволяют в большинстве случаев (по сравнению с традиционными методами) достигнуть более высокой точности место определения объекта с меньшими экономическими затратами.

В настоящее время в топографо-геодезическом  производстве происходит множество  изменений  в технологии и методике ведения процессов. С каждым днем выпускаются новые приборы, в частности электронные и спутниковые, для измерения углов, превышений, длин или пространственного местоположения. В связи с этим меняется технология и методика геодезического производства. Оптические и оптико-электронные методы измерений переходят к спутниковым методам.

В этой связи, цель дипломной работы, заключающаяся в сравнительном анализе использования в геодезических работах как постоянной действующей базовой GPS-станции, так и электроного тахеометра. Актуальность темы определяется также требованиями сокращения сроков выполнения геодезических работ, экономических затрат, определения ряда преимуществ и недостатков, а также перспектив данных методов измерения.

Проведенный сравнительный анализ позволяет определить эффективность  каждого из способов по таким критериям как точность, снижение затрат времени, повышение производительности труда, стоимость и ряда других.

Результаты проведённого эксперимента не только детально раскрывают методику работ электронным тахеометром Leica TC407 и базовой GPS станции Leica GPS1200 при производстве геодезических работ, но и наглядно докажут существенное повышение эффективности выполнения работ с его помощью.

1. Современное геодезическое оборудование

 

 

1.1 Электронный тахеометр

 

 

На замыкающей стадии развития оптико-электронных  геодезических приборов стоит универсальный инструмент - электронный тахеометр, неслучайно занимающий прочное место в ряду приборов геодезического оборудования. Электронный тахеометр – это современный геодезический прибор, предназначенный для измерения расстояний, горизонтальных и вертикальных углов. Используется для определения координат и высот точек местности при топографической съёмке местности, при разбивочных работах, выносе на местность высот и координат проектных точек. Появление его на мировом рынке значительно упростило проведение геодезических измерений. По сути, это устройство, объединяющее в себе теодолит и светодальномер. Одним из основных узлов современных электронных тахеометров является микроЭВМ, с помощью, которой можно автоматизировать процесс измерений и решать различные геодезические задачи по заложенным в них программам. Увеличение числа программ расширяет диапазон работы тахеометра и область его применения, а так же повышает точность работ. Наличие регистрирующих устройств в тахеометрах позволяет создать автоматизированный геодезический комплекс: тахеометр – регистратор информации – преобразователь – ЭВМ – графопостроитель, обеспечивающий получение на выходе конечной продукции – топографического плана в автоматическом режиме. При этом сводятся к минимуму ошибки наблюдателя, оператора, вычислителя и картографа, возникающие на каждом этапе работ при составлении плана традиционным способом.

 

 

1.1.1 Виды и принцип действия

 

 

В электронных тахеометрах расстояния измеряются по разности фаз испускаемого и отраженного луча (фазовый  метод), а иногда (в некоторых современных моделях) – по времени прохождения луча лазера до отражателя и обратно (импульсный метод). Точность измерения зависит от технических возможностей модели тахеометра, а также от многих внешних параметров: температуры, давления, влажности и т. п.

Диапазон измерения расстояний зависит также от режима работы тахеометра: отражательный или безотражательный. Дальность измерений при безотражательном режиме напрямую зависит от отражающих свойств поверхности, на которую  производится измерение. Дальность измерений на светлую гладкую поверхность (штукатурка, кафельная плитка и пр.) в несколько раз превышает максимально возможное расстояние, измеренное на темную поверхность. Максимальная дальность линейных измерений для режима с отражателем (призмой) – до пяти километров (при нескольких призмах – ещё дальше); для безотражательного режима – до одного километра. Модели тахеометров, которые имеют безотражательный режим, могут измерять расстояния практически до любой поверхности, однако следует с осторожностью относиться к результатам измерений, проводимых сквозь ветки, листья и подобные преграды, поскольку неизвестно, от чего именно отразится луч, и, соответственно, расстояние до чего он измерит.

Существуют модели тахеометров, обладающие дальномером, совмещенным с системой фокусировки зрительной трубы. Преимущества таких приборов заключается в том, что измерение расстояний производится именно на тот объект, по которому в данный момент выставлена зрительная труба прибора.

Точность угловых измерений современным тахеометром достигает половины угловой секунды (0°00’00,5"), расстояний – до 0.5 мм + 1 мм на км.

Точность линейных измерений в безотражательном режиме – до 1 мм + 1 мм на км.

Большинство современных тахеометров оборудованы вычислительными и запоминающими устройствами, позволяющими сохранять измеренные или проектные данные, вычислять координаты точек, недоступных для прямых измерений, по косвенным наблюдениям и т.д. Некоторые современные модели дополнительно оснащены системой GPS.

Тахеометры, собираемые из отдельных модулей, позволяют выбрать компоненты именно под конкретные прикладные задачи, полностью исключив лишнюю функциональность.

Автоматизированные тахеометры хорошо зарекомендовали себя при сканировании в заданном секторе большого количества точек (фасадного сканирования, а также при мониторинге деформации).

 

 

1.1.2 Области применения и стандартные прикладные задачи

 

 

При создании ЦММ (цифровой модели местности), электронный тахеометр с возможностью передачи данных в компьютер  через специальный интерфейс, становится абсолютно незаменимым прибором.

Электронный тахеометр является готовым  решением для самого широкого круга  геодезических задач: определение  расстояний, расчеты относительно базовой  линии, определение координат и  высоты недоступного объекта, также, прибор выполняет обратную засечку (определение координат дополнительной точки, с помощью измерения в этой точке углов между направлениями на три данных пункта и более с известными координатами). Современный электронный тахеометр обладает большим объемом памяти для надежного хранения полученных данных, а интерфейс для связи с компьютером позволяет загружать координаты из ПК для последующего выноса данных в натуру, также данные можно перенести в ПК для последующей работы с ними уже на стационарном компьютере или ноутбуке.

 

 

1.1.3 Классификация тахеометров по применению

 

 

Электронные тахеометры по способу  применения можно подразделить на следующие  виды:

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

Отличительной особенностью строительных тахеометров являются:

• промеры дальномером сквозь препятствия (ветки деревьев, сетку рабицу и т.д.);
• измерение против солнца (засветка);
• отсутствие винта лимба, что не позволяет выполнять измерения в два приема.

2    Полевые тахеометры – электронные тахеометры для геодезических работ в сложных природных условиях, с безотражательным дальномером и погашением отражающегося сигнала, бесконечными наводящими винтами и округлением чисел по Гауссу, способные снимать в 2 - 3 приема и изменением градации лимба в соответствии классом проводимых работ.

 

 

1.1.4 Классификация тахеометров по конструкции

 

 

По конструкции электронные  тахеометры подразделяются на следующие типы:

1 Модульные тахеометры – тахеометры, которые состоят из отдельно сконструированных элементов (угломерных, дальномерных, зрительной трубы, клавиатуры и процессора).

2 Интегрированные тахеометры – тахеометры, в которых все устройства (оптический теодолит, светодальномер и система GPS) объединены в один механизм.

3 Автоматизированные тахеометры – тахеометры с сервоприводом и системами распознавания, захвата, слежения за целью, что позволяет выполнять работы одному сотруднику, гарантируя дополнительную точность измерений.

В таблице 1 приведены основные производители тахеометров на сегодняшний день.

 

 

Таблица 1

Основные производители тахеометров

Марка тахеометра (1995 - 2011гг.)	Страна-производитель	Позиция на рынке, цена/качество	Объем производства
Leica Geosystems	Швейцария	2 - 1	15%
Sokkia-Topcon	Япония	1 - 2	25%
Nikon	Япония	3	20%
Trimble Navigation	США	4 - 5	25%
Pentax	Япония/Китай	5 - 4	15%

 

 

 

1.2 GPS –станции

 

 

В современном, динамично развивающемся  мире высоких технологий одним из ключевых направлений развития являются системы глобального позиционирования – GPS.

В различных отраслях приложения использования  системы глобального позиционирования (GPS) разнообразны. Некоторые задачи довольно просты – например, определение местоположения, другие представляют собой сложный комплекс взаимодействия системы GPS с коммуникациями и иными технологиями. Бурный рост коммерческих приложений в последние годы оказался удивительным для многих наблюдателей и фирм, разрабатывающих спутники и оборудование GPS. Отличающиеся потребности коммерческих и частных пользователей, а также наличие альтернативных решений привели к высокой специализации и конкуренции на рынке GPS технологий, оборудования и сервисов.

В настоящее время во многих странах  существуют системы спутниковых, постоянно  действующих, базовых станций (GNSS-инфраструктура), которые обеспечивают конечных пользователей необходимыми данными, решая задачи высокоточного и оперативного определения координат необходимых пунктов. Полученные от базовых станций данные могут использоваться для постобработки (измерения в режимах статики и кинематики).

Базовые станции идеальны для инфраструктурных проектов и предназначены для  организации автономной базовой GPS-станции  или для создания сети непрерывно действующих станций для задач геодезии, геодинамики и мониторинга инженерных сооружений.

GPS приемники предназначены для использования в сетях с масштабируемой структурой и в качестве постоянно действующих опорной станции для задач геодезии, геодинамики и мониторинга инженерных сооружений. Все GPS приемники имеют уникальные коммуникационные характеристики. Поддержка TCP/IP протокола позволяет полностью управлять GPS-приемниками через Интернет. Это особенно важно при расположении приемника в труднодоступном месте.

Используемое программное обеспечение обрабатывает данные всех базовых станций сети одновременно и позволяет пользователям получать координаты с более высокой точностью и в более широкой зоне, чем при традиционной RTK съемке. Данные  доступны пользователям круглосуточно и гарантируют им определение координат с сантиметровой точностью в любом месте сети без необходимости создания сетей обоснования и установки собственной базовой станции.

Сеть GPS базовых станций это возможность  получения GPS данных для постобработки в формате Rinex и доступ к RTK поправкам от  базовых станций, расположенных в пределах той или иной области. Основой сети являются стационарные, постояннодействующие двухчастотные GPS приемники Trimble, Topcon, Leica, Sokkia, Javad, Ashtech и приемники других производителей. Эти данные предназначены для использования в таких областях как геодезия, землеустройство, межевание, кадастр, топография. Наиболее эффективно использование высокоточных GPS приемников при проведении следующих видов работ: топографическая съемка (топосъемка), исполнительная геодезическая съёмка, разбивка осей зданий и сооружений, восстановление границ участков, вынос в натуру межевых знаков, геодезическое сопровождение строительства, сгущение Государственной Геодезической Сети.

Используя данные с базовых станций можно сократить расходы на оснащение полевых бригад GNSS оборудованием, так как работы в радиусе действия базовой станции производятся только одним приемником. При наличии полного комплекта (1 + 1) производительность работ можно увеличить вдвое, так как и базу, и ровер можно использовать в качестве подвижного приемника.