CC BY
195
УДК 528.53 Ашраф А.А. Бешр СГГ А, Новосибирск
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УГЛА НАКЛОНА И ЦВЕТА ОТРАЖАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ БЕЗОТРАЖАТЕЛЬНЫМ ТАХЕОМЕТРОМ
Ashraf A.A. Beshr SSGA, Novosibirsk
STUDYING THE INFLUENCE OF INCLINED ANGLE AND REFLECTING SURFACE COLOR ON THE ACCURACY OF REFLECTORLESS TOTAL STATION OBSERVATIONS
The effect of reflecting surface inclined angle, its colors and types on the accuracy of reflectorless total station measurements, which have a great influence on deformational monitoring of cylindrical and domical structures is discussed in this paper. Short distances are verified for tests to avoid other systematic errors which may affect on the accuracy of measurements. The results of practical measurements, calculations and analysis of the interesting tests using least squares theory and computer programs are presented.
Появление безотражательных тахеометров, позволяющих работать без специальных отражателей, произвело революцию в геодезии. Теперь стало возможным проводить измерения без долгих и утомительных поисков лестниц для подъема отражателя под крышу сооружения, подставок для установки призмы над полом в помещении с высокими потолками, достаточно просто навестись на необходимую точку. Принцип работы безотражательного тахеометра тот же, что и у простого тахеометра, - измерение расстояния до объекта, а также двух углов, что в конечном итоге дает возможность вычислить координаты. Пучок лазера исходит от излучателя, отражается от поверхности объекта и возвращается в приемник.
Мониторинг деформации цилиндрических и купольных сооружений при помощи безотражательного тахеометра требует проведения измерений наклонных поверхностей, сделанных из разных материалов и окрашенных в разные цвета. Угол наклонной поверхности, тип и цвет материала будут существенно влиять на энергию обратного отраженного лазерного луча.
В данной статье предлагается исследование электронного тахеометра с целью проверки и оценки пригодности его для выполнения безотражательных измерений при различных углах наклона на поверхности окрашенные в различные цвета и изготовленные из различных материалов. Для достижения поставленной цели были выполнены несколько серий измерений.
При выполнении исследований нами был использован электронный тахеометр Leica TCR 405 Power, который имеет следующие основные технические характеристики: точность измерения расстояний равна
2мм+2мм/км и точность измерения вертикального и горизонтального угла равна 5,0"
Первый эксперимент был проведен с целью исследования влияния цвета материала на точность измерения наклонного расстояния от тахеометра до этой цели. Для имитации поверхностей сооружений разных цветов, были выбраны шесть прямоугольных целей - белого, красного, черного, синего, зеленого и желтого цвета.
Для сбора полевых данных был разработан следующий порядок измерений. Цветные цели устанавливались по очереди на разном расстоянии, с шагом примерно 10 метров. Угол наклона целей был равен нуль градусов. Для каждого цвета было взято по двадцать отсчетов на всех расстановках.
На основе полученных результатов был построен график, на котором по оси абсцисс показаны расстояния, измеренные электронным тахеометром, а по оси ординат - СКО измерений расстояний до целей каждого цвета (рис. 1).
Расстояние, мм
♦ Красные марки----------Белые марки — м— Синие марки
х Зелёные марки —Ж— Жёлтые марки • Чёрные марки
Рис. 1. Зависимость СКО измерений расстояний безотражательного тахеометра от цвета целей, расположенных на разных расстояниях
Как видно из рис. 1, увеличение расстояния между тахеометром и целью приводит к повышению ошибки измерения расстояния для всех цветов. Полученная точность измерений для белой поверхности выше, чем для поверхности любого другого цвета. Следовательно, эта поверхность имеет более сильную отражающую способность, чем любая другая. Поверхность черного цвета обладает очень слабой отражающей способностью, т.к. поглощает больше энергии.
Для исследования влияния угла наклона поверхности сооружения на точность измерения расстояний был проведен второй эксперимент. В ходе этого
эксперимента использовалась прямоугольная белая цель. Для имитации наклонна поверхности сооружений данная цель была зафиксирована на трубе теодолита. Установка вертикального угла показана на рис. 2. На каждой расстановке труба теодолита поворачивалась на 50 от О0 до 450, при каждом угле наклона безотражательный тахеометр повторно наводился на цель, и наклонное расстояние до тахеометра измерялось двадцать раз.
Белая наклонная цель
I -4--- Исходная позиция
Рис. 2. Схема установки вертикального угла при помощи теодолита
На основе полученных результатов измерений был построен график, на котором по оси абсцисс показаны углы наклона поверхности, а по оси ординат -СКО измерений расстояний (рис. 3).
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Угол наклона отражающих поверхностей, градус
ошибки определения расстоянии при расстоянии 8,23 м от тахеометра
----ошибки определения расстоянии при расстоянии 18,97 м от тахеометра
----ошибки определения расстоянии при расстоянии 27,45 м от тахеометра
Рис. 3. Зависимость СКО измерений расстояний безотражательного тахеометра
при различных углах наклона
Известно, что отраженный и падающий лучи лежат в плоскости с перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения.
Для исследования влияния угла падения луча безотражательного тахеометра на точность измерений, с целью использования тахеометра для выполнения безотражательных измерений реального сооружения, был проведен следующий эксперимент. Было измерено пять секций помещения на различных расстояниях - 4,89 м, 15,07 м, 24,94 м, 35,11 м и 43,18 м от тахеометра. Каждая секция включает в себя восемь точек наблюдений, которые были распределены, как показано на рис. 4 (одна - на потолке, две - на стенах, одна - на крыше и четыре - в углах). Было выполнено десять измерений наклонного расстояния до каждой точки.
Позиция тахеометра
Рис. 4. Схема расположения точек наблюдения
Величины средней квадратической ошибки для каждой отдельной точки в различных секциях приведены в табл. 1.
Таблица 1. Изменения СКО измерений расстояний в зависимости от угла
падения между тахеометром и точками
Сечение Расст. от тах., м Точка наблюдения
1 2 3 4 5 6 7 8
СКО, мм 8 2 и * СКО, мм СКО, мм 8 2 й * СКО, мм СКО, мм СКО, мм
1 4,89 0,11 0,15 0,10 0,14 0,16 0,14 0,11 0,15
2 15,07 0,28 0,29 0,28 0,28 0,43 0,29 0,26 0,30
3 24,94 0,74 0,84 0,78 0,80 0,71 0,77 0,74 0,77
4 35,11 1,72 1,65 1,91 1,78 1,77 1,82 1,97 1,87
5 43,18 Измерения не возможны
Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:
1. Тахеометр Leica TCR 405 Power может выполнять безотражательные измерения наклонного расстояния на различных поверхностях. Точность измерений расстояний и наклонных углов меньше указанной ценности точности.
2. Точность измерений безотражательного тахеометра зависит в основном от мощности сигнала, который отражается от поверхности сооружения. Интенсивность возвращающего сигнала зависит главным образом от расстояния до тахеометра, угла наклонна поверхности, угла падения луча, отражающей способности поверхностей различного цвета и отражающей способности поверхностей, сделанных из различных типов материалов.
3. Поверхности белого цвета обладают более сильной отражающей способностью, чем поверхности черного цвета.
4. Чем больше угол падения луча безотражательного тахеометра и больше угол отражения наклонной поверхности, тем слабее отраженный луч и, следовательно, тем меньше точность.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Alba, M. Investigations about the accuracy of target measurement for deformation monitoring [Текст] / M. Alba, F. Roncoroni and M. Scaioni// The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B5. Beijing 2008. - PP. 1053-1060.
2. Gairns, C. Development of semi-automated system for structural deformation monitoring using a reflectorless total station [текст] / C. Gairns // Department of Geodesy and Geomatics Engineering -University of New Brunswick.- 2008.- MSc. thesis -118 c.
© Ашраф А.А. Бешр, 2009
