Электронные нивелиры фирм Topcon и Trimble

Министерство  образования и науки РФ

ФГОУ СПО Октябрьский нефтяной колледж

им. С.И. Кувыкина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

Электронные нивелиры фирм TOPCON и TRIMBLE

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент гр. Прк2-12        Д.В. Тайгин

 

 

 

 

 

2012

Содержание

 

Геометрическое  нивелирование        3

Влияние кривизны земли и рефракции на измеряемое превышение  7

Нивелиры: их устройство, поверки, исследования         10

Оптический  нивелир Topcon AT-G1           15 Цифровой (электронный) нивелир Trimble DINI 12         18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геометрическое  нивелирование

 

Рельеф  местности - это совокупность неровностей  поверхности земли; он является одной  из важнейших характеристик местности. Знать рельеф - значит знать отметки  всех точек местности. Отметка точки - это численное значение ее высоты над уровенной поверхностью, принятой за начало счета высот. Отметку любой точки местности можно определить по топографической карте, однако, точность такого определения будет невысокой.

Отметку точки на местности определяют по превышению этой точки относительно другой точки, отметка которой известна. Процесс измерения превышения одной точки относительно другой называется нивелированием. Начальной точкой счета высот в нашей стране является нуль Кронштадтского футштока (горизонтальная черта на медной пластине, прикрепленной к устою одного из мостов Кронштадта). От этого нуля идут ходы нивелирования, пункты которых имеют отметки в Балтийской системе высот. Затем от этих пунктов с известными отметками прокладывают новые нивелирные ходы и так далее, пока не получится довольно густая сеть, каждая точка которой имеет известную отметку. Эта сеть называется государственной сетью нивелирования; она покрывает всю территорию страны.

Отметки всех пунктов нивелирных сетей собраны  в списки - "Каталоги высот". Эти списки непрерывно пополняются, издаются новые каталоги по новым нивелирным ходам. Для нахождения отметки любой точки местности в Балтийской системе высот нужно измерить ее превышение относительно какого-либо пункта, отметка которого известна и есть в каталоге. Иногда отметки точек определяют в условной системе высот, если поблизости нет пунктов государственной нивелирной сети. Вследствие того, что измерение превышений выполняют различными приборами и разными способами, различают:

- геометрическое  нивелирование (нивелирование горизонтальным  лучом),

- тригонометрическое  нивелирование (нивелирование наклонным  лучом),

- барометрическое  нивелирование, 

- гидростатическое  нивелирование и некоторые другие.

Геометрическое  нивелирование или нивелирование горизонтальным лучом выполняют специальным геодезическим прибором - нивелиром; отличительная особенность нивелира состоит в том, что визирная линия трубы во время работы приводится в горизонтальное положение.

Различают два вида геометрического нивелирования: нивелирование из середины и нивелирование вперед.

При нивелировании из середины нивелир  устанавливают посредине между  точками А и В, а на точках А  и В ставят рейки с делениями     (рис. 1). При движении от точки A к точке B рейка в точке А называется задней, рейка в точке В - передней. Сначала наводят трубу на заднюю рейку и берут отсчет a, затем наводят трубу на переднюю рейку и берут отсчет b. Превышение точки B относительно точки А получают по формуле:

h = a - b                          (1)

Если a > b, превышение положительное, если a < b -отрицательное. Отметка точки  В вычисляется по формуле:

H_в = H_а + h                         (2)

              Рис. 1                                  Рис. 2

 

 

 

Высота визирного  луча над уровнем моря называется горизонтом прибора и обозначается H_г:

 

H_г = HА + a = HВ + b                          (3)

 

При нивелировании вперед нивелир устанавливают  над точкой А так, чтобы окуляр трубы был на одной отвесной линии с точкой. На точку В ставят рейку. Измеряют высоту нивелира i над точкой А и берут отсчет b по рейке (рис. 2). Превышение h подсчитывают по формуле:

 

h = i - b                       (4)

 

Отметку точки B можно вычислить через превышение по формуле (2) или через горизонт прибора:

 

H_в = H_г – b         (5)

 

Если  точки А и В находятся на большом расстоянии одна от другой и превышение между ними нельзя измерить с одной установки нивелира, то на линии AB намечают промежуточные точки 1, 2, 3 и т.д. и измеряют превышение по частям (рис. 3).

Рис. 3

 

 

На  первом участке A-1 берут отсчеты  по задней рейке - a₁ и по передней - b₁. Затем переносят нивелир в середину второго участка, а рейку с точки A переносят в точку 2; берут отсчеты по рейкам: по задней - a₂ и по передней - b₂. Эти действия повторяют до конца линии AB. Точки, позволяющие связать горизонты прибора на соседних установках нивелира, называются связующими; на этих точках отсчеты берут два раза - сначала по передней рейке, а затем по задней.

 

 

Превышение  на каждой установке нивелира, называемой станцией, вычисляют по формуле (1), а превышение между точками A и B будет равно:

h_AB = h = a - b .                        (6)

 

Отметка точки B получится по формуле:

 

HB = HA + h.                              (7)

 

При последовательном нивелировании получается нивелирный ход.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние кривизны земли и рефракции на измеряемое превышение

 

Рассмотрим  схему геометрического нивелирования  из середины с большей строгостью (рис. 4). Уровенные поверхности не являются плоскими, они сферические, поэтому рейки, установленные в точках А и В перпендикулярно уровенным поверхностям, будут непараллельны между собой. Визирная ось трубы нивелира, установленного между точками А и В, горизонтальна. Она пересекла бы рейки в точках С и D, если бы световой луч распространялся в атмосфере строго прямолинейно. Однако в реальной атмосфере луч света идет по некоторой кривой, которая называется рефракционной кривой. Под влиянием рефракции предмет виден несколько выше своего действительного положения.

Рис. 4

 

В результате рефракции визирный луч будет занимать положение C'JD', и отсчеты по рейкам будут равны отрезкам:

a = C'A     и     b = D'B.

Для вывода формулы превышения понадобится  еще линия MJN, изображающая уровенную  поверхность точки J нивелира; она  пересекает рейки в точках M и N.

Превышение  точки В относительно точки А  будет равно разности отрезков МА и NB:

h = MA - NB.                           (8)

 

Далее из рис. 4 следует

MA = AC - MC     и     NB = BD - DN

Отрезки MC и DN выражают влияние кривизны Земли  на высоту точек; оно зависит от расстояния S и радиуса кривизны R. Найдем отрезки MC и DN:

MC = p1 = S21 / 2*R,

DN = S22 / 2*R;

здесь S1 - расстояние от нивелира до точки А;

S2 - расстояние  от нивелира до точки В. 

 

Отрезки AC и BD также выразим через их части:

AC = AC' + C'C      и      BD = BD'+ D'D,

где AC'- отсчет по задней рейке, AC' = a;

BD'- отсчет  по передней рейке, BD'= b.

Отрезки C'C и D'D выражают влияние рефракции. Рефракционную кривую принимают  за дугу окружности радиуса R1. Установлено, что вблизи земной поверхности радиус рефракционной кривой колеблется от шести до семи земных радиусов. Отношение R/R1 называется коэффициентом вертикальной рефракции и обозначается буквой k; следовательно,         R1 = R/k. Значения k лежат в пределах 0.14 - 0.16.

Для отрезков C'C и D'D получаем следующие выражения:

C'C = r1 = S21 / 2* R1, D'D = r2 = S22 / 2*R1.

Подставив вместо R1 выражение R/k, окончательно получим:

r1 = ( S21 / 2*R ) * k= p1 * k,  
r2 = ( S22 / 2*R ) * k = p2 * k.

Вернемся  к формуле (8) и подставим в нее последовательно

h = ( AC - MC ) - ( BD - DN ),

h = ( AC' + C'C - MC ) - ( BD' + D'D - DN ),

h = ( a + p1*k - p1) - ( b + p2 *k - p2 ),

h = ( a - b ) - [p1*(1 - k) - p2* (1 - k)].

Обозначим через f совместное влияние кривизны Земли  и рефракции на отсчет по рейке:

f1 = p1*(1 - k), f2 = p2*(1 - k),                      (9)

тогда

h = (a - b) - (f1 - f2).                          (10)

Далее

f1 - f2 = (1 - k)*(p1 - p2),

f1 - f2 = [(1 - k) / 2*R] * (S21 - S22).                  (11)

 

Если S1 = S2, то f1- f2 = 0 и h = a - b.

Вывод: при нивелировании строго из середины влияние кривизны Земли и рефракции  почти полностью исключается. Это - первое теоретическое обоснование  нивелирования из середины. Влияние  рефракции может быть исключено  не полностью, так как условия прохождения луча до задней и передней реек могут отличаться. Инструкция дает строгий допуск на неравенство расстояний до задней и передней реек: для нивелирования IV класса этот допуск равен 5м, а для нивелирования I класса - 0,5м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нивелиры: их устройство, поверки, исследования

 

Согласно  ГОСТ 10528-76 в нашей стране выпускаются  нивелиры трех типов: высокоточные с  ошибкой измерения превышения не более 0.5 мм на 1 км хода, точные с ошибкой  измерения превышения 3 мм на 1 км хода и технические с ошибкой измерения превышений 10 мм на 1 км хода.

Нивелиры всех типов могут выпускаться либо с уровнем при трубе, либо с  компенсатором наклона визирной линии трубы. При наличии компенсатора в шифре нивелира добавляется  буква К, например, Н-3К. У нивелиров Н-3 и Н-10 допускается наличие горизонтального лимба; в этом случае в шифре нивелира добавляется буква Л, например, Н-10Л.

Нивелир с уровнем при трубе изображен  на рис. 5.

Зрительная  труба и уровень при ней  являются важнейшими частями нивелира. Элевационный винт служит для приведения визирной линии трубы в горизонтальное положение. С его помощью поднимают или опускают окулярный конец трубы; при этом пузырек уровня перемещается и когда он будет точно в нуль-пункте, визирная линия должна устанавливаться горизонтально.

 
1 - зрительная труба; 2 - цилиндрический уровень при трубе;  
3 - элевационный винт; 4 -установочный круглый уровень (на рисунке не показан); 5,6 - закрепительный и микрометренный винты азимутального вращения; 7 -ось; 8 -подставка с тремя подъемными винтами.

 

Рис. 5

 

Цилиндрический  уровень обычно контактный; изображение  контактов пузырька передается системой призм в поле зрения трубы, что  очень удобно, так как наблюдатель видит сразу и рейку, и уровень.

 

Для нивелира с  уровнем при трубе выполняются  три поверки.

1. Ось цилиндрического  уровня и визирная линия трубы  должны быть параллельны и  лежать в параллельных вертикальных  плоскостях - это условие называется  главным условием нивелира с уровнем при трубе. Первая часть главного условия проверяется двойным нивелированием вперед. На местности забивают два колышка на расстоянии около 50 м один от другого. Нивелир устанавливают над точкой А так, чтобы окуляр трубы находился на одной вертикальной линии с точкой (рис. 6а). От колышка до центра окуляра измеряют высоту инструмента i₁. Затем рейку ставят в точку В, наводят на нее трубу нивелира, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b₁. Затем нивелир и рейку меняют местами, измеряют высоту инструмента i₂, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b₂ (рис. 6б).

Пусть главное  условие нивелира не выполняется, и  при положении пузырька уровня в  нульпункте визирная линия не горизонтальна, а составляет с осью уровня некоторый угол i. Тогда вместо правильного отсчета b₀ 1 получается ошибочный - b₁. Ошибку отсчета обозначим x, и превышение точки В относительно точки А будет равно:

h = i₁ - (b₁ + x).

При положении нивелира в точке В  превышение точки А относительно точки В:

Рис. 6

 

h' = i2 - (b2 + x).

Но h = - h', поэтому 

 

i1 - (b1 + x) = - [i2 - (b2 + x)].

 

Отсюда  получаем:

 

x = 0.5*(i1 + i2) - 0.5*(b1 + b2).                    (12)

 

Если x получается больше 4 мм, необходимо выполнить  юстировку уровня, т.е. устранить  угол i. Для этого элевационным винтом наклоняют трубу нивелира до тех  пор, пока отсчет по рейке не будет  равен правильному отсчету:

b02 = b2 + x,

 

при этом пузырек уровня уйдет из нуль-пункта. Исправительными винтами уровня приводят пузырек в нуль-пункт  и повторяют поверку заново. Полная программа поверки главного условия  включает еще проверку параллельности вертикальных плоскостей, проведенных через визирную линию трубы и ось уровня.

При нивелировании строго из середины ошибка отсчета по рейке из-за невыполнения главного условия нивелира не влияет на величину измеряемого превышения (рис. 7)

Рис. 7

 

2. Ось  круглого установочного уровня  должна быть параллельна оси  вращения нивелира. Приводят пузырек  круглого уровня в нуль-пункт,  затем поворачивают нивелир по  азимуту на 180^o. Если пузырек отклонился от нуль-пункта, то на половину отклонения его перемещают с помощью подъемных винтов и на половину - исправительными винтами круглого уровня.

Существует  и другой, более надежный способ поверки круглого уровня: сначала  тщательно устанавливают ось  вращения нивелира в отвесное положение с помощью элевационного винта и цилиндрического уровня при трубе, затем исправительными винтами круглого уровня приводят его пузырек в нуль-пункт.

3. Горизонтальная  нить сетки нитей должна быть  перпендикулярна оси вращения  нивелира, т.е. быть горизонтальной. Рейку ставят            в 30 - 40 м от нивелира и закрепляют ее, чтобы она не качалась. Затем берут отсчеты по рейке при трех положениях ее изображения: в центре поля зрения, слева от центра и справа. Если отсчеты отличаются один от другого более, чем на 1 мм, то сетку нитей нужно развернуть.

Предполагая, что сетки нитей строго перпендикулярны, можно проверить вертикальность вертикальной нити. Для этого в 20 м от нивелира подвешивают отвес, наводят на него трубу и проверяют  совпадение вертикальной нити сетки с нитью отвеса.

Важнейшими  характеристиками нивелира, определяющими  точность измерения превышений, являются увеличение зрительной трубы и цена деления цилиндрического уровня при трубе. По этим характеристикам  определяет пригодность нивелира для выполнения работ заданной точности. Чтобы получить численные значения увеличения трубы и цены деления уровня, выполняют соответствующие исследования нивелира.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оптический  нивелир Topcon AT-G1

Компания Topcon, известная во всем мире качеством своей продукции, несмотря на производство современных цифровых и электронных приборов, продолжает выпускать и оптические нивелиры. Компания Topcon была основана в Японии в 1932 году, и с тех пор неизменно остается лидером в производстве самого различного геодезического оборудования.

Автоматический оптический нивелир AT-G1 , производимый компанией TOPCON относится к классу точных нивелиров, и вполне может применяться при производстве работ по нивелированию III и IV классов, а также для выполнения других, самых разнообразных строительных, отделочных, маркшейдерских и инженерно-геодезических работ. Оптический нивелир TOPCON AT-G1 оснащен особым конструктивным узлом, именуемым компенсатором с магнитным демпфером. Компенсатор предназначен для автоматического поддержания оси прибора в горизонтальном состоянии, что обеспечивает его работоспособность. Применение компенсатора с магнитным демпфером существенно повышает надежность получаемых результатов измерений, экономит время производства работ и облегчает труд работника. Тщательно продуманная конструкция системы крепления компенсатора существенно увеличивает надежность нивелира при значительных нагрузках.

Зрительная труба оптического  нивелира TOPCON AT-G1 имеет прямое изображение  и 32-х кратное увеличение и фирменную  просветленную оптику. Средняя квадратическая погрешность измерения превышений нивелиром TOPCON AT-G1 не превышает значения 0.7 миллиметра на 1 километр двойного хода без применения оптического микрометра, и 0.4 миллиметра с оптическим микрометром.

Нивелир TOPCON AT-G1 оснащен горизонтальным стеклянным лимбом, а также встроенным микроскопом с 25-кратным увеличением для точного снятия отчетов.

Высокая степень защиты от воздействия  пыли и влаги (в том числе конденсированной) позволяет использовать нивелир при самых неблагоприятных погодных условиях. Согласно международной классификации защиты корпусов электромеханического оборудования нивелир TOPCON AT-G1 имеет маркировку IPX7.

Оптические нивелиры фирмы TOPCON из серии AT-G1 находят широкое применение на отечественных стройплощадках, при производстве различных топографо-геодезических работ, и обладают великолепным сочетанием параметров цена-качество.

 

 

 

 

 

 

 

 

AT-G1
Зрительная  труба
Длина	229 мм
Изображение	Прямое
Увеличение	32 крат
Диаметр объектива	45 мм
Относительная прозрачность	1.98
Угол  поля зрения	1º30′
Разрешающая способность	2.5 "
Наименьшее  фокусное расстояние	1.0 м
Коэффициент нитяного дальномера	100
Компенсатор
Диапазон  работы	±15′
Точность	±0.3 "
Измерение превышений, точность (СКО на 1 км)
Без оптического микрометра	±0.7 мм
C оптическим  микрометром	±0.4 мм
Горизонтальный  лимб
Диаметр	90 мм
Цена  деления	1′
Другие  характеристики
Вес	2.1 кг
Вес транспортировочного ящика	1.3 кг

 

Цифровой (электронный) нивелир Trimble DINI 12

 

Автоматические цифровые нивелиры Trimble DINI предназначены для простой и производительной работы, особенно для создания обоснования или в инженерных приложениях. От обычного нивелирования до высокоточных методик слежения за деформациями - нивелиры Trimble DINI предоставляют возможность осуществлять и записывать точные измерения высот за минимальное время. 

 

Характеристики и преимущества нивелиров Trimble DINI:

• Большой экран;
• Простота в работе;
• Память на PC картах;
• Малое время измерений;
• Большой выбор штрих-кодовых реек;
• Для измерений требуется только 30см рейки.

 

Производительность цифровых нивелиров Trimble DINI: 

 

Передовые технологии и простой  интерфейс обеспечивают быстрое  изучение и использование цифровых нивелиров Trimble DINI.Возможность записывать измерения всего за три секунды действительно увеличивает производительность в несколько раз. Кроме того, поскольку цифровые нивелиры Trimble DINI считывают и записывают данные в цифровой форме, то ошибки наблюдателя исключаются. Возможность измерения расстояний предоставляет быстрый способ выравнивания плеч вперед и назад в нивелирных ходах, гарантируя, что максимальная длина не будет превышена, обеспечивая более высокую надежность результатов и оптимизируя распределение ошибок.

Управляемый при помощи меню интерфейс нивелира Trimble DINI четко структурирован. В объединении с большим графическим дисплеем и с буквенно-цифровым кодированием точек, с ним чрезвычайно быстро и просто работать. Кроме того, большая клавиатура с 22 клавишами обеспечивает вам удобство в работе с любым нивелиром Trimble DINI в самых разнообразных условиях.  

 

Простота использования  цифровых нивелиров Trimble DINI: 

 

Часто бывает трудно увидеть большую  часть рейки из-за условий местности  и других препятствий, однако цифровой нивелир Trimble DINI предоставляет вам гибкость, поскольку требует "видеть" для выполнения измерения всего 30 см рейки. С нивелирами Trimble DINI передача данных из поля в офис проста и надежна. Используют PC карты (256 Кб, 512 Кб, 1 Мб, 2 Мб, 4 Мб, 8 Мб) для хранения данных и передачи данных. Точные измерения высот могут быть переданы во многие различные пакеты программ для геодезии и проектирования, включая все офисные программы Trimble. Также данные могут быть переданы и немедленно использованы в электронных таблицах. Вы можете забыть о проблемах передачи данных и преобразования форматов и продолжать свою работу.

 

Цифровые нивелиры Trimble DINI 12 идеально подходят для точных электронных измерений превышений и расстояний. При использовании вместе с инварными рейками среднеквадратическое отклонение на 1км двойного хода составляет всего 0.3мм. Когда нивелиры Trimble DINI 12 используются с более дешевыми рейками, то с реднеквадратическое отклонение равно 1.0мм.

Нивелирные ходы могут быть рассчитаны и уравнены сразу в поле, так что вы можете вернуться в офис, удовлетворенные качеством собранных данных. 

 

Области применения цифровых нивелиров Trimble DINI: 

Цифровые нивелиры Trimble DINI обеспечивают наилучшее решение разнообразных  задач, например:

• Быстрые нивелирные ходы для определения уклонов и профилей;
• Съемки зон оседания;
• Быстрые нивелирные ходы вдоль железнодорожных путей;
• Нивелирование проезжей части (дорожного полотна);
• Русловые съемки;
• Точное нивелирование на равнинной поверхности.

 

Электронный нивелир Trimble DINI 12

Технические характеристики:  

 

Средняя квадратическая погрешность измерения  превышений на 1 км двойного хода, мм:   — Точная инварная рейка, с кодовой разметкой  — Складная инженерная рейка, с кодовой разметкой	0,3  1,0
Точность  измерения расстояний, мм   В режиме тахеометра (50 см сегмент рейки, дальность 20 м):  — Точная инварная рейка, с кодовой разметкой (D — расстояние в метрах)  — Складная инженерная рейка, с кодовой разметкой   В режиме нивелира (30 см сегмент рейки)  — Точная инварная рейка, с кодовой разметкой (D — расстояние в метрах)  — Складная инженерная рейка, с кодовой разметкой	0,5D x 0,001м    1,0D x 0,001м    20 мм    25 мм
Точность, углы  Внешний размеченный круг:   — Отсчет до  — Оценка до	1°  0,1°
Диапазон  измерений, м   Электронные измерения:  — Точная инварная рейка, с кодовой разметкой   — Складная инженерная рейка, с кодовой разметкой   Визуальные измерения:  — Складная инженерная рейка, с метрической разметкой	1,5 — 100  1,5 — 100    от 1,3 м
Увеличение  зрительной трубы	32х
Компенсатор:  Точность установки    -Рабочий диапазон, ‘	0,2"    ± 15
Время измерения высоты и расстояния, сек.	3
Клавиатура	22 клавиши,  контекстные функциональные клавиши  (меню и диалоги)
Дисплей	4 строки  по 21 символу, графические фозможности
Программы измерений:  - Стандартная              - Расширенная	Одно/Несколько измерений, Ход с  промежуточным визированием, Площадное  нивелирование, Вынос отметки    Уравнивание хода
Методики  нивелирования (ЗП — отсчеты по задней и передней рейке)	ЗП, ЗППЗ, ЗПЗП, ЗЗПП
Часы	Запись  времени измерений
Запись  данных:   - Память      - On-line	PCMCI карта  (SRAM), опции для 256Кб, 512Кб, 1Мб, 2Мб, 4Мб, 8Мб    Интерфейс RS-232 С для внешней связи (передача и дистанционное управление)
Рабочая температура, °С	от - 20 до + 50
Источник питания	Комплект  батареи NiMH: 6B, 1,1Ач перезаряжаемая, время  зарядки с LG 20 1 час
Время работы батареи	3 дня
Вес, кг	3,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дьяков Б.Н. Геодезия. Общий курс.
2. Интернет-ресурсы:

www.ndtural.ru

www.intergeo.ru

www.geodezistu.ru