CC BY
113
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВЫСОКОТОЧНОГО ЦИФРОВОГО НИВЕЛИРА В УСЛОВИЯХ НЕДОСТАТОЧНОЙ ОСВЕЩЕНОСТИ
Денис Борисович Новоселов
ООО «Сибшахтостройпроект», 654027, Россия, г. Новокузнецк, пр. Курако, 19Б, главный специалист отдела инженерно-геодезических изысканий, тел. (3843)975-161(7), e-mail: moblic@mail.ru
Борис Антонович Новоселов
ООО «Сибшахтостройпроект», 654027, Россия, г. Новокузнецк, пр. Курако, 19Б, начальник отдела инженерно-геодезических изысканий, тел. (3843)975-161(7), e-mail: novoselov_ba@mail.ru
В статье приведены результаты исследования цифрового нивелира в условиях недостаточной освещенности. Исследования проводились в два этапа - в лабораторных условиях и на производстве. Выявлен предел освещенности рейки, при котором цифровой нивелир регистрирует измерения и зависимость освещенности от расстояния от нивелира до рейки. Построена трехмерная модель интерполяции освещенности в главном корпусе ОФ «Распадская».
Ключевые слова: наблюдение за деформациями; цифровой нивелир; предел
освещённости; цифровая модель интерполяции освещенности.
RESEARCH OF PRECISION DIGIATAL LEVELS IN LOW LIGHTING CONDITIONS
Denis B. Novoselov
LLC «Sibshahtostroyproekt», 654027, Russia, Novokuznetsk, av Kurako, 19b, the main specialist of the engineering-geodetic survey department, tel. (3843)975-161(7), e-mail: moblic@mail.ru
Boris A. Novoselov
LLC «Sibshahtostroyproekt», 654027, Russia, Novokuznetsk, av Kurako, 19b, The head of the engineering-geodetic survey department, tel. (3843)975-161(7), e-mail: novoselov_ba@mail.ru
The results of research a digital level in low light conditions. Research was conducted in two stages - in the lab and in production. Detected illumination limit of the rail, which registers the digital level measurement and dependence on the distance from the light to the leveling rods. Threedimensional model of illumination of interpolation in the main PA "Raspadskaya".
Key words: deformation observation; digital level; illumination limit; digital model of interpolation of illumination.
В статье [1] описана методика автоматизированного сбора и пространственно-временного анализа данных геодезического мониторинга главного корпуса обогатительной фабрики (ОФ) «Распадская». Полученные данные необходимы для повышения надежности оценки технического состояния рассматриваемого объекта и в дальнейшем будут служить для составления достоверного прогноза развития его осадок и деформаций в целях
предупреждения, своевременного выявления и прекращения их опасного
Дальнейшая работа заключена в исследовании работы цифрового нивелира Trimble DiNi 12 в условиях недостаточной освещенности. Исследования проводились в 2 этапа. Первый этап проводился в лабораторных условиях - в темном помещении в мае 2012 года. Второй этап проводился непосредственно в главном цеху ОФ «Распадская», при выполнении 18го цикла наблюдений в июне 2012 года. Для определения освещенности использовался люксметр цифровой testo 545 -
высокоточный, надежный прибор, предназначенный для измерения освещенности на рабочих местах (рис. 1). Он может быстро измерить и распечатать значения освещенности. Точность измерений 1 Люкс, предел допускаемой основной относительной погрешности 8%. Прибор сертифицирован и имеет свидетельство о поверке до 15 сентября 2012 года, выданное ФГУ Ростест-Москва.
Принцип работы цифрового нивелира заключается в следующем - световые волны от штрихкодового рисунка в узком пучке воздействуют на декодирующие датчики нивелира, ось пучка компенсатором прибора уже введена в плоскость горизонта. Декодирующее устройство расшифровывает превышение нивелира относительно рейки по соотношению поступивших в объектив световых воздействий от темных и светлых реечных полос. Процессор нивелира осуществляет счет измеренных превышений и их сумм с точностью порядка 0,01 мм, а также расстояние до реек и их неравенств на станции и по всему ходу. Электроникой прибора фиксируются с точностью порядка 10-3 расстояние до реек, процессор программно вводит поправки в высотные показания, устраняя кривизну уровенной поверхности, рефракцию, а главное - ошибки отклонения визирного луча от горизонта. При этом не нужен поиск равных плеч до реек [2].
Для выполнения измерения цифровому нивелиру Trimble DiNi требуется всего лишь 30-сантиметровый сегмент штрих-кодовой рейки - наименьшая величина по сравнению с другими производителями геодезических приборов. Малый участок измерения позволяет:
— сократить количество необходимых станций на 20%, поскольку закрывающая рейку растительность или сильно пересеченная местность оказывают меньшее влияние на нивелирование с Trimble DiNi;
развития.
Рис. 1. Цифровой люксметр testo 545 и инварная кодовая рейка
— выполнять нивелирование в условиях недостаточной освещенности, поскольку потребуется подсвечивать лишь небольшую часть рейки;
— обеспечить более высокую точность в результате снижения влияния земной рефракции.
На первом этапе прибор исследовался в темном помещении (рис. 2), освещенность в помещении колебалась от 2 до 5 люкс. Инварная кодовая рейка была жестко закреплена и всегда находилась в неподвижном состоянии. Цифровой нивелир Trimble DiNi 12 устанавливался в 5, 10, 15 и 20 метрах от рейки. При каждом положении прибора брались отчеты по рейке при трех значения освещённости 50, 25 и 15 люкс. Рейка подсвечивалась фонарем с двумя лампами дневного света. При каждом освещении производилось избыточное количество измерений и определялся предел освещённости. Предел освещенности - минимальное значение освещенности рейки искусственным источником света, при котором цифровой нивелир регистрирует измерения.
По результатам измерений вычислены средние квадратические погрешности измерения превышений. Значения средних квадратических погрешностей в мм, полученных при работе цифрового нивелира Trimble DiNi 12, приведены в табл. 1.
Таблица 1
СКП измерения превышений (мм)
Освещенность, люкс Расстояние от нивелира до рейки, м
5 10 15 20
50 0,04 0,02 0,03 0,06
25 0,08 0,02 0,04 0,09
15 0,12 0,04 0,05 0,19
Из таблицы видно, что с уменьшением освещённости растет СКП измерений. Расстояние незначительно влияет на СКП. По этим данным можно сделать вывод, что при нормальной работе цифрового нивелира в производственном цехе достаточна освещенность больше 20 люкс.
При определении порога освещенности работы цифрового нивелира была выявлена интересная тенденция. С увеличением расстояния между цифровым нивелиром и рейкой требуется меньше освещать рейку, чтобы прибор регистрировал отчет. Это обусловлено тем, что при большем расстоянии прибор считывает коды с большого участка на штрих-кодовой рейке. На рисунке №3 представлен график зависимости предела освещенности от расстояния.
При выполнении исследований в лабораторных условиях была замечена еще одна интересная особенность - чем выше освещенность цифрового нивелира, тем меньше значение порога освещенности. При выполнении исследований, представленных в табл. 1 и рис. 2, освещение прибора было постоянным.
Второй этап исследований проводился на производстве. Во время выполнения 18 цикла наблюдений за деформациями главного корпуса ОФ «Распадской» выполнялись измерения освещенности на каждой марке в месте, где цифровой нивелир берет отчет. Для определения освещенности также использовался цифровой люксметр testo 545. В темных местах главного корпуса ОФ «Распадская» определялись значения предела освещённости.
18
О --
5 10 15 20
Расстояние, м.
Рис. 2. Предел освещенности, при котором работает цифровой нивелир
при разных расстояниях
Рис. 3. Трехмерная модель интерполяции освещенности главного корпуса ОФ «Распадская»
С помощью основного метода геостатики - кригинга по результатам освещенности на каждой колонне была создана трехмерная модель интерполяции освещенности по всей площадке главного корпуса с шагом 1 метр (рис. 3). Основа кригинга заключается в определении закономерности изменения разброса значений освещенности между марками в пространстве с учетом существенных различий в значениях данных. Для визуального представления эта модель была импортирована в программный комплекс Credo Визуализация (компания «Кредо-Диалог» г. Минск). Программа Credo Визуализация - мощный инструмент для визуализации исходных и проектных данных в 3D для оценки их корректности. Модель интерполяции освещенности была окрашена с использованием градиентной заливки по значениям. Синим цветом показаны места, где недостаточно освещенности для работы цифрового нивелира, и в этих местах нужно обязательно пользоваться искусственным источником света. Желтым - места с предельной освещенностью, при которой прибор берет отчеты и СКП не превышает допустимое значение. Коричневым -места, где цифровой нивелир уверенно работает и нет необходимости использовать дополнительное освещение.
Данные трехмерной модели интерполяции освещенности позволят увеличить скорость и точность наблюдений при последующих циклах. С помощью этих данных можно запроектировать ход с наименьшими трудозатратами и значительно уменьшить время выполнения полевых работ. При производстве полевых работ человек, который работает с цифровым нивелиром, уже знает в каких местах нужно подсвечивать рейку, а в каких нет, экономя при этом время.
При выполнении исследования в главном корпусе ОФ «Распадская» подтвердились результаты лабораторных исследований, так например, порог освещенности при работе с цифровым нивелиром приблизительно такой же как и в лабораторных условиях и тоже зависит от расстояния от рейки до прибора.
Выводы:
1. Значение предельной освещенности рейки, при котором цифровой нивелир регистрирует измерения уменьшается с увеличением расстояния до рейки.
2. Предельно допустимая освещенность рейки равна 20 люкс, при которой СКП минимальны.
3. Полученная трехмерная модель интерполяции освещенности позволяет увеличить скорость и точность дальнейших наблюдений в главном корпусе ОФ «Распадская».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Новоселов Д.Б. Геодезический контроль строительства и эксплуатации главного корпуса обогатительной фабрики «Распадская» [Текст] / Б.А. Новоселов, Д.Б. Новоселов // Сборник материалов VIII междунар. науч. конгр. «Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012» 10-20
апреля 2012г.: Междунар. Науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография,
маркшейдерия»: сб. материалов в 3 т. Том 1- Новосибирск: СГГА, 2012. - С. 66-71.
2. Инженерная геодезия и геоинформатика: Учебник для вузов / Под ред. С.И. Матвеева. - М.: Академический Проект; Фонд «Мир», 2012. - 484 с.
© Д.Б. Новоселов, Б.А. Новоселов, 2013
