Вопрос 41 Методы автоматизации геодезических измерений (створные измерения, контроль прямолинейности, строительно-монтажные работы, наблюдения за осадками)

Внедрение автоматизации в ИГР позволило: повысить точность измерений; осуществить дистанционное наблюдение за объектами; повысить производительность труда; существенно снизить затраты на выполнение работ. Для автоматического измерения физических величин могут использоваться датчики. Датчиками называют преобразователи контролируемой величины в величину, удобную для дистанционной передачи и дальнейшей обработки. Их различают по роду энергии и физическим величинам, подаваемым на его вход и получаемым на выходе, по принципу действия и конструкции. Делят на 2основных типа: параметрические и генераторные. В параметрических при измерении входной величины изменяются параметры схемы датчика, в результате чего возникают изменения выходной величины. Для работы нужен внешний источник энергии. К этому типу относят реостатные, индуктивные, емкостные и др. В генераторных датчиках происходит непосредственное преобразование одного вида энергии в другой. К ним относят фотоэлектрические, термопары и др. Основным элементом любого датчика является чувствительный элемент, первым воспринимающий измеряемую величину и преобразующий ее к виду, удобному для дальнейшей обработки. Способы производства створных измерений.находят применение в инженерно-геодезической практике, при строительстве гидросооружений, наблюдении за устойчивостью глубинных опорных знаков, при монтаже и выверке технологического оборудования. Радикальным средством повышения точности створных измерений является внедрение в процесс измерений средств автоматизации, например применение подвижной визирной марки с электроприводом и дистанционным управлением. Сам наблюдатель, находящийся у зрительного инструмента, дистанционно управляет перемещениями марки в створе с пульта управления по кабельной линии связи или по радиоканалу и именно в тот момент останавливает марку, когда убежден в ее соответствующем положении в створе. Наблюдатель может изменять направление перемещения визирной цели и плавно изменять скорость ее движения. Наиболее простым способом выполнения створных измерений с использование фотоэлектрических датчиков является компенсационный полуавтоматический способ, при котором нестворность точек определяется по величине смещения датчика в створе с помощью индикатора часового типа, а сам датчик используется как нуль-пункт. Есть устройства, которые объединяют в себе достоинства и метода створных измерений по способу подвижной марки, и высокую разрешающую способность оптико-электронных систем. К ним относятся фотоэлектрические насадки к геодезическим инструментам, позволяющие осуществлять визирование как на светящиеся цели, так и на обычные геодезические марки. Точное наведение инструмента на цель достигается за счет оснащения окулярной части зрительной трубы оптико-электронным датчиком, определяющим координаты изображения цели на сетке инструмента. Местоположение марки в створе определяется по показаниям стрелочного прибора (гальванометра). Также существует способ с использованием индуктивных датчиков, выверка створа при этом осуществляется посредством последовательного перемещения вдоль натянутой Ме струны датчика, содержащего самоцентрирующее устройство и блок электроники с регистратором в виде стрелочного прибора. Методы контроля прямолинейности.Суть состоит в измерении отклонений отдельных точек базовых поверхностей направляющих путей от прямой. При использовании фотоэлектрических устройств применяют методы прямого измерения и последовательного интегрирования. В 1 случае определение смещений осуществляется относительно референтной линии, задаваемой оптическим лучом вдоль выверяемых путей, непосредственно при помощи высокоточных датчиков (фотоэлектрические датчики линейных смещений). Т.к. датчики для измерения линейных смещений имеют ограниченный диапазон, то при применении их для контроля направляющих, имеющих значительные отклонения от прямолинейности, необходимо в схему датчиков вводить измерительные компенсирующие устройства, расширяющие измерительные возможности. Достоинство метода: простота конструкции автоматических измерительных средств. Недостатки: уменьшается точность при удалении датчика от передающего устройства, на открытых площадках влияет температурная турбулентность. В ряде случаев для контроля прямолинейности ограниченных по протяженности направляющих может быть применено лазерное устройство. Во 2 случае используется оптико-электронная измерительная система. Метод последовательного интегрирования заключается в последовательном интегрировании величин угловых отклонений точек базовых поверхностей направляющих путей от опорной референтной линии. Устройство для измерения прямолинейности можно представить как совокупность пяти элементов: задание прямолинейной рефернтной опорной линии, непрерывное измерение угловых отклонений точек базовых поверхностей направляющих от опорной линии, отсчет пути от начала контролируемого участка направляющей до текущей измеряемой точки, последовательное интегрирование угловых отклонений по пути, непрерывная регистрация результатов. Выбор параметров фотоэлектрического устройства производить в соответствии с требованиями к точности измерения величин. Преимущества метода: независимая точность регистрации отклонений от прямолинейности и протяженности контролируемых направляющих путей и более рациональное использование излучения осветительного устройства, задающего референтную опорную линию. Строительно-монтажные работы. Лазерные приборы применяются при строительстве различных научных и промышленных объектов, в горном деле и машиностроении. лазерные инструменты позволяют повысить точность и производительность работ, снизить затраты на подготовительные работы, сократить рабочий персонал. в настоящее время лазеры используют для разбивочных работ, передачи высотных отметок. При этом отпадает необходимость в применении шнуров, вех и др. приспособлений. При укладке трубопроводов, канализационных труб сокращается время на строительно-монтажные операции. При установке и выверке технологического оборудования, выравнивания строительных конструкций, внутренних перегородок и стен по вертикали и горизонтали повышается точность и производительность. Для вертикального проектирования точек дает возможность снизить затраты при строительстве высотных зданий и сооружений башенного типа. В зависимости от вида геодезических работ конструкции лазерных геодезических приборов делят на 4типа: Лазерные визиры – лазерные инструменты геодезического назначения, позволяющие задавать оптическим лучом определенное направление. В конструкцию входят: газовый лазер, телескопическая коллимирующая трубка, подставка с подъемными и отсчетными механизмами. Также могут содержать установочные уровни, устройства стабилизации направления светового луча, устройства для изменения направления распространения светового луча. Лазерные нивелиры – нивелирование основано на принципе вращающего лазерного луча, задающего горизонтальную плоскость на известной высоте. Лазерные приборы вертикального проектирования – зенит-приборы. Их центрируют над исходной опорной точкой и приводят линию визирования в вертикальное положение. На монтажном горизонте для закрепления проектируемых точек размещают особые консольные марки или прозрачные палетки с сеткой прямоугольных координат. с тем чтобы с помощью зенит-прибора построить оптическую вертикаль в намеченных направлениях, в межэтажных перекрытиях сооружений оставляют небольшие сквозные отверстия. Лазерные теодолиты – лазерные приборы, предназначенные для задания и определения направлений. Кроме лазера и оптичексой коллимирующей системы содержат наводяще-измерительный узел, который дает возможность направлять лазерный пучок в нужном направлении и измерять (при наведении на марки) горизонтальные и вертикальные углы. Осадки. При монтаже технологического оборудования производственных и научных объектов часто возникает необходимость проектировать точки по вертикали или наблюдать за взаимным плановым положением точек, расположенных на разных уровнях. Применяют электронный центрировочный прибор. Состоит из измерительной головки и регистрирующего устройства. Прибор работает на принципе изменения индуктивности двух или четырех соленоидов, намотанных на ферритах, при перемещении между ними ферромагнитной струны, являющейся нитью отвеса. Таким прибором выполняют дискретное центрирование двух и более точек, измеряют смещения отдельных точек, осуществляют постоянные дистанционные наблюдения за положением элементов конструкции, измеряют плановые смещения точек относительно нити отвеса.Микронивелир с электронной регистрацией. Позволяет выполняя измерения непрерывно, вести контроль горизонтального положения поверхностей любых изделий, направляющих путей, плоскостей. В качестве чувствительного элемента применяют преобразователи емкостного типа, устанавливаемые на основание микронивелира. Для получения непрерывных измерений преобразователь равномерно перемещают по проверяемой поверхности. Если поверхность непрямолинейна, то в преобразователе (датчике) происходит изменение электрических параметров, которое преобразуется в изменение частоты электрических колебаний или напряжения. Автоматизированные системы гидростатического нивелирования – автоматизация определения положения уровенной поверхности жидкости возможна при применении электроконтактного и фотоэлектрического способов фиксации. Первый способ применяется в гидронивелирах с водяным и ртутным заполнением, жидкость должна быть токопроводящей. Чтобы избежать коррозии щупа применяют устройство для переключения полярности питания электрического указателя. Во втором способе фотоэлектрический датчик при перемещении щупа вырабатывает определенное число импульсов, подсчитываемое счетчиком. Также известны гидростатические нивелиры, в которых фиксация момента касания щупа с поверхностью жидкости дистанционно и автоматически определяется при помощи света.

Вопрос 42 Применение фотограмметрических методов измерений в прикладной геодезии. Задачи и принципы работы НЛС. Приборы и методы для выполнения полевых работ. Основные факторы, влияющие на точность результатов НЛС. Сущность НЛС заключается в измерении с высокой скоростью расстояний от сканера до точек объекта и регистрации соответствующих направлений (вертикальных горизонтальных углов). Принцип тотальной съемки объекта, а не его отдельных точек, характеризует НЛС как съемочную систему, результатом которой является трехмерное изображение – скан. Достоинства: высокая степень автоматизации; определение пространственных координат; трехмерная визуализация в режиме реального времени; высокая точность; безопасность исполнителя при съемке в труднодоступных местах; высокая производительность; работы можно выполнять при любых условиях освещения; высокая степень детализации; многоцелевое использование результатов сканирования. Система для НЛСканирования состоит из НЛСканера и полевого ПК со специализированным ПО. Приборы.НЛС состоит из лазерного дальномера и блока развертки лазерного луча. В основу работу дальномеров положены импульсный и фазовый безотражательные методы измерений, а также метод прямой угловой засечки (триангуляционный – в машиностроении, медицине, авиастроении).принцип работы . В процессе сканирования фиксируются направление распространения лазерного луча и расстояние до точек объекта. Результатом работы является растровое изображение-скан, значения пикселей которого представляют собой элементы вектора со следующими компонентами: измеренным расстоянием, интенсивностью отраженного сигнала и RGB-составляющей, характеризующей реальный цвет точки. Другой формой представления результатов является массив точек лазерных отражений от объектов, находящихся в поле зрения сканера, с 5-ю характеристиками: пространственными координатами, интенсивностью и реальным цветом. Импульсный метод измерения расстояний основан на измерении времени прохождения сигнала от приёмо-передающего устройства до объекта и обратно. Фазовый метод измерения расстояний основан на определении разности фаз посылаемых и принимаемых модулированных сигналов, определении количества целых длин волн. Режим работы фазоизмерительного устройства зависит от его температуры, с изменением которой незначительно изменяется фаза сигнала. Место нуля можно определить как разность отсчетов при измерении внешнего и внутреннего световых путей и оно будет найдено тем точнее, чем меньше интервал времени между обоими измерениями. При автоматизации угловых измерений выделяют способы, которые делятся по принципу считывания направлений или измерения углов: позиционные – направление считывается с диска (лимба) в градусной мере, угол получается как разность двух отсчетов – с применением кодовых дисков с масками числовых шкал; комбинированный (импульсно-временной); с применением комбинаторных шкал; с применением штриховых кодовых шкал; и накопительные – с применением импульсных дисков; временной; интерференционный. Классификационные признаки наземных сканеров: - по используемому методу измерения расстояний (импульсные, фазовые и триангуляционные); - по точности определения пространственных координат точек объекта (низкоточные 10мм, средней точности 3-10мм, высокоточные 3мм); - по используемым средствам получения инфо о реальном цвете (видеокамера, цифровая камера, датчик); - по дальности действия (близкого действия до30м, среднего 30-70м и дальнего больше70м); - по области поля зрения сканера (малообзорные, средне-, и полного обзора); - по классу безопасности (класса I, II, IIIa, IIIb). Основные факторы, влияющие на точность: факторы окружающей среды (атмосферная рефракция, затухание электромагнитных волн, вибрация прибора, и т.д.); характеристики объекта сканирования (размер, ориентация, текстура). инструментальные ошибки сканеров (перегрев, либо частые нагрев и охлаждение); точность работы дальномерного блока(ошибка измерения расстояния, ошибка определения постоянной поправки в измеряемое расстояние, ошибка измерения разности фаз); Ошибки угломерных блоков НЛС (эксцентриситет осей прибора, коллимационные ошибки, наклон горизонтальной оси вращения призмы, наклон вертикальной оси вращения прибора, ошибки наклона плоскости отсчетного устройства к соответствующей оси ее вращения); параметры сканирования и характеристики сканеров. Применение фотограмметрических методов измерений в прикладной геодезии . Мет. одиночных снимков можно выполнять обмеры сооружений , состоящих из плоских элементов с крупными формами . обмеры по одиночным снимкам можно выполнять различными камеральными методами обработки снимков:фототрансформированием; оптико-графические ;аналитическим; графическим. Мет. фототрансформированиямогут составляться фотопланы фасадов зданий, интерьера, памятников в заданном масштабе..Оптико - графический метод -контуры трансформированного изображения обводятся карандашом и сразу получается чертежный план в заданном масштабе. Аналитический метод -вычисление координат точек с использованием формулы связи координат одиночного снимка и объекта. Снимки измеряются на стереокомпараторах, вычисления целесообразно выполнять на ЭВМ. Аналитическим методом по измерениям одиночных снимков можно определить главным образом размеры между точками, лежащими в одной плоскости, что ограничивает возможности метода.Графический мет.-составление чертежного плана с использованием приемов начертательной геометрии и свойств изображения в центральной проекции. Графический метод имеет меньшую точность, чем остальные, и малопроизводителен. Мет. измерения пары снимков можно определять размеры между любыми точками сооружения, расположенными в различных плоскостях. Необходимым условием -наличие снимков, полученных с разных точек. Снимки могут быть получены одним фотоаппаратом или разными фотоаппаратами. Снимки могут составлять стереопару (т.е. по снимкам можно наблюдать стереоэффект), и можно использовать пару снимков, по которым нельзя получить стереоэффект (обычно архивные снимки). Пара снимков может обрабатываться методами: универсальным; аналитическим. При обработке снимков унив. методом необходимо иметь снимки , составляющие стереопару и под ученные одним фототеодолитом. Снимки стереопары обрабатываются на универсальных приборах: стереопроекторе. В результате обработки снимков на универсальных приборах получается чертежный план фасада сооружения в заданном масштабе. На универсальных приборах можно определять и координаты точек, расстояния между точками, высоту конструктивных элементов сооружения. Такой метод определения размеров получил название аналого-аналитического.

 

Вопрос 43 Технология выполнения работ при трехмерной лазерной съемке объектов. Области применения трехмерного лазерного сканирования в инженерно-геодезической практике. В настоящее время нет определенной схемы выполнения работ по наземной лазерной съемке с целью построения трехмерных моделей местности и создания топопланов и двумерных чертежей участков сканирования. Рассмотрим сущность и особенности выполнения каждого процесса наземной лазерной съемки. Составление технического проекта. На этом этапе регламентируется требуемая точность построения трехмерной модели местности или цифрового плана, содержание и их детализация, формат, оборудование, стоимость проведения работ. Рекогносцировка местности. Выбирается рациональный способ создания и сгущения съемочного обоснования. Намечают точки расположения сканера, места размещения марок, уточняются сроки проведения работ и т.п. Проектируется количество и расположение сканерных станций. Составляются абрисы, от полноты которых зависит достоверность дальнейшего распознавания объектов съемки. Подготовка ПВО сканерной съемки. Определение координат ПВО необходимо для создания трехмерных моделей и крупномасштабных планов местности в заданной СК и включает: составление проекта сети основного и рабочего ПВО; закрепление точек основногоПВО; полевые измерения по планово-высотной привязке точек основного обоснования; камеральная обработка; оценка точности создания ПВО; создание рабочего ПВО. Трехмерное наземное лазерное сканирование: 1) установка сканера на запроектированной точке на штатив, высота которой задается такой, чтобы обеспечить мах охват интересующей территории на одном скане; 2) расстановка вокруг сканера специальных марок, которые являются точками рабочего съемочного обоснования; 3) определение координат центров спец марок с точек основной опорной сети; 4) сканирование местности и объектов вокруг точки стояния сканера. Если снабжен камерой, то выполняется цифровая съемка; 5) идентификация и определение приближенных координат центров специальных марок с целью дальнейшего быстрого определения области их положения на скане; 6) сканирование спец марок с максимальным разрешением; 7) перемещение сканера на след точку сканирования. Разрешение сканирования задается в соответствии с формулой ∆φ(θ)=180d/1.41пs   разрешение по горизонтали/вертикали, минимальный размер детали объекта, расстояние от точки стояния сканера до объекта. Камеральные работы. Предварительная обработка данных наземного лазерного сканирования (удаляются точки, не принадлежащие моделируемому объекту съемки, внешнее ориентирование одиночных точечных моделей с целью приведения их в заданную СК). Оценка точности внешнего ориентирования сканов производится по СКО единицы веса, вычисляемой при помощи алгоритмов, реализованных в ПО. Экспорт внешне ориентированных сканов, результатом этого процесса является файл с единой точечной моделью. Построение трехмерной векторной модели объектов путем вписывания в массив точек геометрических примитивов и поверхностей. Экспорт трехмерной модели в формат САПР. Оформление векторной трехмерной модели. Оценка точности построения векторной трехмерной модели, выполняется двумя способами: по СКО координат характерных точек местности и по разностям длин линий, полученным в полевых условиях. Области применения:строительство и эксплуатация ИС (контроль строительства, корректировка проекта в процессе строительства, исполнительная съемка во время строительства и после его окончания, оптимальное планирование и контроль перемещения и установки сооружений и оборудования, мониторинг объектов при эксплуатации); горная промышленность (определение объемов выработок и складов сыпучих материалов, создание цифровых моделе й открытых карьеров и подземных выработок с целью их мониторинга, маркшейдерское сопровождение буровых и взрывных работ); нефтегазовая промышленность (создание цифровых моделе          й промысловых и сложных технологических объектов и оборудования с целью их реконструкции и мониторинга); архитектура (реставрация памятников и сооружений, имеющих историческое и культурное значение, создание архитектурных чертежей фасадов и зданий); разработка мероприятий по предотвращению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций; медицина (создание модели туловища человека с целью производства корсетов индивидуальной формы, производство протезов зубов); выполнение топосъемки территорий, имеющих высокую степень застроенности; судостроение; моделирование спортивных тренажеров.