Тахеометр: это что такое, принцип работы

Тахеометр - это прибор, используемый в геодезии для быстрой и точной съемки рельефа какого-либо участка. Как же он работает? Дело в том, что конструкция прибора включает в себя теодолит, светодальномер и электронный регистратор данных, так что, несмотря на компактные размеры, тахеометр - это сразу несколько геодезических приборов в одном. Он способен измерять вертикальные, горизонтальные дистанции и площади на удалении до пяти тысяч километров, при этом погрешность будет составлять всего один сантиметр. Тахеометром можно измерять и углы, но погрешность, в зависимости от класса по ГОСТу и типа, будет от 2 до 20 градусов. Электронный тахеометр способен принимать и передавать данные на удаленный компьютер.

Принцип работы

Прообраз современного тахеометра - это полумеханический, полуэлектронный прибор, созданный около пятидесяти лет назад. В таких аппаратах были отдельно установлены теодолит и светодальномер, а спустя какое-то время инженерам пришло в голову объединить их в одном корпусе и оснастить прибор специальной панелью, которая позволяла вводить значения углов.

Первый полноценный тахеометр был создан в Швеции. Отсчет углов сменился с оптического на электронный, вследствие чего появилась возможность автоматизации геодезических работ. На рынке электронные тахеометры появились около двадцати пяти лет назад. Сейчас их производством занимаются швейцарские, японские и американские компании.

Принцип действия тахеометра основан на одном из двух методов: фазовом и импульсном. В основе первого лежит разность фаз между возвращенным и проецируемым лучами, а второй, более современный, рассчитывает время, за которое луч лазера проходит до отражателя и обратно. Дистанция, на которой в безотражательном режиме может работать тахеометр, зависит от цвета поверхности, отражающей луч лазера. Светлая и гладкая поверхность способна увеличить дистанцию работы прибора в несколько раз (по сравнению с матовыми и темными поверхностями), однако она все равно не будет более 1200 метров. В отражательном же режиме линейная дальность измерений должна быть не менее пяти километров.

Типы тахеометров

Все модели, присутствующие на современном рынке, по своему применению разделены на несколько типов.

Технические тахеометры - это бюджетные приборы, они оборудованы только отражательным дальномером. Геодезические измерения с помощью такого аппарата требуют команды из двух человек: реечника и оператора тахеометра.

Строительные тахеометры способны вести как безотражательную, так и отражательную съемку, то есть в них имеется безотражательный дальномер. В конструкции устройств этого типа отсутствует алидада.

Цели и задачи

Инженерные тахеометры выполняют наибольший спектр задач. В них имеется фотокамера, применяемая для проекции трехмерных моделей местности, цветной сенсорный дисплей, современное удобное ПО и мощные процессоры, слоты для карт памяти и порты USB. Современные инженерные тахеометры могут подключаться к сети Wi-Fi и Bluetooth.

Помимо этого, тахеометры разделяются на модульные и интегрированные. Модульные состоят из независимых элементов (модулей), а в интегрированных все устройства находятся под одним корпусом и объединены в цельный механизм. Существует и еще одно подразделение: автоматизированные и моторизированные. Модели первого типа оснащаются сервоприводом и системами, которые могут распознавать, захватывать и отслеживать цели, что, по факту, делает их роботизированными геодезическими комплексами. Устройства второго типа оснащены сервоприводом, который может вести съемку по нескольким точкам одновременно.

Классификация

Существует классификация по характеристикам съемки.

Круговые тахеометры отличает от других цилиндрический уровень на вертикальном круге алидады и нитяной дальномер. Номограммные вычисляют превышения и горизонтальные проложения дистанций по номограмме, которая различается в трубе прибора во время наблюдений, и по вертикальной рейке. Авторедукционные отличаются тем, что в них горизонтальные проложения и превышения рассчитываются дальномером двойного изображения по горизонтальной рейке.

Внутрибазные тахеометры имеют при себе базу, которая предназначена для вычисления горизонтального проложения, а превышения вычисляются путем измерения вертикальных углов. Электрооптические тахеометры имеют дополнительный электронный прибор, который допускает автоматизацию съемки.

Удобство в работе

Если сравнивать процесс работы с теодолитом и с тахеометром, то налицо явная экономия времени. При использовании теодолита специалисту необходимо вести записи в журнале, а для тахеометра достаточно вести абрис, так как всю информацию о дистанциях, углах и номерах пикетов аппарат записывает и сохраняет в памяти, поэтому при смене местоположения тахеометра нужно будет только ввести новую станцию и первый пикет. После наводки на отражатель потребуется одно нажатие, и новые расчёты будут получены.

Электронный тахеометр может самостоятельно рассчитать горизонтальную дистанцию. На монитор устройства выводится либо наклонное расстояние, превышения и положение по горизонтали, либо вертикальный и горизонтальный углы и наклонное расстояние. Вывод того или иного варианта выбирается оператором вручную.

Как применить

Тахеометр - это незаменимое устройство для проведения выноса в натуру. Его необходимо установить в точке, координаты которой известны, затем задать координаты точки ориентирования или ввести дирекционный угол для ориентирования. После этого можно выставить точку для выноса, для чего тоже требуется ввести известные координаты. После этих операций на мониторе устройства высветится угол поворота и дистанция, которую нужно отмерить в заданном направлении.

Тахеометр поможет оператору в измерении высоты объекта и дистанции между точками, а также производить замеры со смещением. Таким образом, устройство выполняет все задачи теодолита.

В карьерах

Если геодезические работы выполняются в карьере, можно воспользоваться удобной функцией получения собственных координат (производится путем обратной засечки). Когда тахеометр устанавливается впервые, используется отражательная пленка для вычисления координат нескольких объектов, располагающихся по краям карьера. После окончания работ устройство устанавливается во второй раз, и, пользуясь обратной засечкой, производят расчет координат точки установки и съемку карьера. Программное обеспечение, получая эти данные, помогает быстро получить картину всех работ, выполненных в карьере, выдавая оператору схемы по квадратам с их общим описанием.

Электронный тахеометр используется для полевых работ. Никакие погодные условия, в том числе пыль, дождь, снег и перепады температур, не вредят прибору. У всех производителей есть и отдельная линейка устройств, предназначенных для эксплуатации в особо жестких условиях при низких температурах, однако выбирать их стоит, только если такая работа действительно предполагается.

Производители

Есть несколько известных своим качеством мировых производителей электронных тахеометров. Sokkia Topcon - японская компания, представляет одноименные бренды. Аппараты этого производителя пользуются популярностью уже более ста лет, устройства известны своим неизменным качеством и высокой точностью. Впрочем, это для японских производителей уже вошло в традицию.

Тахеометры Leica Geosystems от одноименной швейцарской компании, ранее известной в фототехнике с брендом Leica, присутствуют на рынке с 1990 года. Она была образована путем слияния нескольких компаний, после чего производиться стало только геодезическое оборудование. Тахеометры этой марки широко используются в наземной и спутниковой геодезии.

Еще одна швейцарская компания - GeoMax, составляет конкуренцию коллегам из Leica, особенно если дело касается европейского рынка. Она существует с тех же годов, и так же отличается высокой точностью измерений и исключительным качеством.

Тахеометры Trimble Navigation производятся в США. Компания существует с 1978 года, в то время фирма занималась производством навигационных устройств для нужд морского судоходства. Около двадцати пяти лет назад компания начала разработки и производство GPS-навигаторов, ведь как раз в то время началось бурное развитие космического позиционирования. В 2003 году, после покупки бренда Nikon, компания занялась производством целого ряда геодезического оборудования. Тахеометры Nikon широко представлены на российском рынке.

Оправдана ли цена?

Верхний и нижний ценовые сегменты тахеометров разделены огромными суммами в несколько сотен тысяч рублей. Автоматизированные геодезические приборы могут напугать своей сложностью, к тому же они требуют наличия у специалиста соответствующих знаний и навыков - одного прочтения инструкции к тахеометру может быть недостаточно. Их цена тоже может напугать. Многие, особенно это касается небольших фирм, не смогут себе позволить роботизированный тахеометр. Однако если рассматривать вопрос с точки зрения полевого геодезиста, то разница между прибором, оснащенным сервомотором, и автоматическим тахеомером очевидна.

Основную часть времени в полевой геодезической работе занимает многократное наведение и фокусировка тахеометра (если он не оснащен сервомотором и автоматический системой слежения). Через несколько часов наряженной работы даже в неплохих погодных условиях оператор чувствует усталость, вследствие чего снижается его сосредоточнность, что может привести к понижению точности измерений. Полуавтоматический тахеометр существенно облегчает физические нагрузки специалиста, ведь он самостоятельно отслеживает изменение расположения отражателя и легко выполняет наводку, независимо от погодных условий. Ко всему прочему получаемые с тахеометра данные уже не так сильно зависят от человеческого фактора и становятся более точными: автоматические тахеометры не ошибаются и не устают. На каждый пикет им требуется не более четырех секунд. Например, высокоточный инженерный тахеометр Leica TS30 выполняет до пяти тысяч измерений за одну секунду. Средняя стоимость этого устройства составляет около двух с половиной миллионов рублей.

Ценовые категории

Бюджетные электронные тахеометры снабжены набором функций, необходимых для проведения расчётов на строительных площадках, однако для сложных инженерных расчётов их недостаточно. В этой ценовой категории присутствуют некоторые модели Nikon, например DTM-322 со средним ценником в 160 тысяч рублей.

Следующая ценовая категория уже включает в себя инженерные тахеометры. Измерения имеют гораздо более высокую точность, больше время автономной работы, связь по Bluetooth, слоты под карты памяти, порт USB. Дальность измерений в отражательном режиме - 5000 метров, а средняя цена на модели этой категории составляет 700 тысяч рублей.

Заключение

Геодезическое оборудование - это сфера, где нет места некачественным и неточным приборам. На самом деле в одной ценовой категории среди производителей разница в устройствах несущественна, поэтому если задача заключается в экономии, выбирать нужно исходя из собственных нужд. Опытный поставщик поможет подобрать модель, идеально подходящую для выполнения тех или иных задач, особенно если это касается наличия в тахеометре необходимого программного обеспечения.