CC BY
107
УДК 528.48:681.7 М.А. Скрипникова СГГ А, Новосибирск
ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ВЫСОКОТОЧНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ТАХЕОМЕТРОВ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ДЕФОРМАЦИЙ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Приведены результаты исследования электронного тахеометра TCRP 1201+ в лабораторных условиях. Даются рекомендации по методике выполнения измерений при определении деформаций стенок шлюзовых камер.
M.A. Skripnikova SSGA, Novosibirsk
POSSIBILITY OF HIGH-PRECISION TOTAL STATION APPLICATION FOR MEASURING ENGINEERING STRUCTURES DEFORMATIONS
The research results concerning total station TCRP 1201+ bench tests are given. The recommendations on the techniques to determine the lock-chamber walls deformations are given.
Одним из основных источников погрешностей при измерении горизонтальных и вертикальных углов является погрешности наведения на визирную цель. Известно, что эта погрешность в значительной степени зависит от внешних условий измерений, ошибок наблюдателя и конструктивных особенностей угломерных приборов.
В настоящее время, при высокоточных измерениях применяются электронные тахеометры с автоматическим наведением на отражатель. Имея некоторый опыт применения электронного тахеометра TCRP 1201+ [1], можно сделать вывод о высокой точности измерения горизонтальных направлений при автоматической наводке на отражатель. Кроме измерения горизонтальных направлений представляют большой интерес возможности, которые появляются при измерении зенитных расстояний с автоматическим наведением.
При выполнении исследований было поставлено несколько задач:
- Выбор типа отражателя, обеспечивающего наиболее точную наводку;
- Определение оптимального числа наведений на направления в приёме;
- Определение влияния вертикальной конвенции воздуха на измерения.
Для исследований были выбраны три типа отражателей фирмы Leica: стандартный, отражатель с мини-призмой и отражатель с возможностью отражения на 3600 . Прибор был установлен на расстоянии 25 метров от отражателя. Для каждого типа отражателя было выполнено по 15 отсчётов с автоматическим наведением на отражатель. Между отсчётами визирный луч
смещался с отражателя поворотом алидады. Результаты измерений приведены в табл. 1.
Анализ данных измерений показывает, что из трёх типов отражателей наилучшую стабильность показаний обеспечивает стандартный отражатель. Минимальная средняя квадратическая погрешность, вычисленная по уклонениям от среднего арифметического, получается для 10 отсчётов. Максимальная разность отсчётов для серий измерений из 5, 10 и 15 отсчётов не превышает 2,5”, поэтому влияние максимальной разности на среднее значение отсчёта не превысит, для серии из пяти отсчётов 0.5”, что вполне приемлемо для данного тахеометра, у которого паспортная точность измерения углов равна 1”. Паспортная точность автоматического наведения на отражатель равна 2”.
Таблица 1. Точность измерений для различных типов отражателей
Виды измерений Максимальная разность отсчетов Средняя квадратическая погрешность
Горизо нт. Круг ( " ) Вертик. Круг ( " ) Расстоя ние (мм) Горизо нт. Круг ( " ) Вертик. Круг ( " ) Расстояни е (мм)
При наведении на стандартный отражатель (15 наведений) 2,1 1,9 0,3 0,61 0,48 0,08
-//- (10 наведений) 1,8 1,0 0,3 0,61 0,32 0,09
-//- (5 наведений) 1,8 1,0 0,2 0,76 0,43 0,08
При наведении на отражатель с мини-призмой (15 наведений) 2,2 2,0 0,4 0,70 0,64 0,13
-//- (10 наведений) 2,0 1,7 0,3 0,61 0,64 0,14
-//- (5 наведений) 2,0 1,7 0,3 0,87 0,70 0,11
При наведении на отражатель с отражением на 360о (15 наведений) 2,3 1,6 0,3 0,69 0,47 0,11
-//- (10 наведений) 1,8 1,0 0,3 0,62 0,30 0,11
-//- (5 наведений) 1,8 1,0 0,2 0,71 0,39 0,09
При наведении на стандартный отражатель, частично закрытый по вертикали (15 наведений) 2,2 2,0 0,3 0,56 0,53 0,12
-//- (10 наведений) 1,6 1,6 0,3 0,45 0,47 0,09
-//- (5 наведений) 1,4 1,5 0,2 0,55 0,55 0,08
При наведении на стандартный отражатель, частично закрытый по вертикали и по горизонтали (15 наведений) 2,7 2,4 0,4 0,84 0,67 0,10
-//- (10 наведений) 2,2 2,4 0,2 0,62 0,82 0,06
-//- (5 наведений) 2,2 2,4 0,1 0,90 0,98 0,06
Таким образом, в приёме измерений, на каждое направление необходимо выполнять не менее 5 наведений на отражатель. Для учёта погрешностей работы сервомотора, необходимо между отсчётами смещать визирный луч с отражателя.
При определении влияния вертикальной конвенции воздуха на стабильность показаний прибора учитывались условия выполнения измерений при определении деформаций стенок глубоких шлюзов. Расстояния между прибором и отражателем 20-30 метров, расстояние от прибора и от отражателя до потока воздуха не более одного метра. В лаборатории прибор был установлен на штатив, на расстоянии 25 метров установлен отражатель. На расстоянии одного метра от отражателя и от прибора были установлены два вентилятора с возможностью регулировки скорости потока воздуха.
Таблица 2. Точность измерений при моделировании натурных измерений
Виды измерений Максимальная разность отсчетов Средняя квадратическая погрешность
Горизо нт. круг ( " ) Вертик. круг ( " ) Расстоя ние (мм) Горизон т. круг ( " ) Вертик круг ( " ) Расстояни е (мм)
При наведении на стандартный отражатель, вентилятор около прибора (15 наведений) 3,3 2,0 0,4 1,0 0,69 0,10
-//- (10 наведений) 3,3 1,2 0,3 1,11 0,47 0,09
-//- (5 наведений) 3,2 0,8 0,1 1,49 0,36 0,05
При наведении на стандартный отражатель, вентилятор около отражателя (15 наведений) 2,4 2,0 0,4 1,28 0,50 0,11
-//- (10 наведений) 2,4 1,6 0,3 0,90 0,49 0,10
-//- (5 наведений) 2,3 0,8 0,1 1,49 0,37 0,05
При наведении на стандартный отражатель, вентиляторы около отражателя и прибора (15 наведений) 2,2 2,6 0,3 0,55 0,72 0,11
-//- (10 наведений) 1,8 2,2 0,3 0,49 0,76 0,11
-//- (5 наведений) 1,3 2,2 0,3 0,51 0,88 0,14
Скорость потока воздуха была установлена близкая к критической, после которой на экране прибора появлялось сообщение о недопустимой скорости потока воздуха, причём изображение визирной цели было хорошее.
Измерения выполнялись при включённом вентиляторе, стоящем около прибора, затем при включённом вентиляторе около отражателя, и затем при включении обоих вентиляторов. Результаты измерений приведены в таблице 2. Анализ данных показывает, что средние квадратические погрешности
измерений при включённых вентиляторах увеличиваются по сравнению с измерениями без принудительной конвенции воздуха. Однако, «размах» величин измерений в сериях по прежнему не превышает 2,5”. Наименьшее влияние конвенция воздуха оказывает на измерения расстояний. Изменения показаний прибора в серии измерений при конвенции воздуха приведены на рисунке 1. По виду графика можно сделать вывод о случайном характере изменения показаний. Поэтому при выполнении высокоточных натурных измерений необходимо выполнять пробные измерения для определения «размаха» измерений, вычислять степень влияния его на результат измерений и подбирать оптимально количества наведений на наблюдаемые направления.
2.5
-15 -I-----------------------------------------------------
Условные обозначения:
-------- изменения отсчетов по вертикальному кругу
________ изменения отсчетов по горизонтальному кругу
Рис. 1. Изменения отсчетов по горизонтальному и вертикальному кругу при наличии вертикальной конвенции воздуха
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Скрипников, В.А. Применение высокоточных оптико-электронных приборов при измерении деформаций инженерных сооружений // ГЕО - Сибирь-2009.Т.1: Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия. Ч.1:сб. матер. V Междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2009»,20-24 апр. 2009 г., Новосибирск.- Новосибирск: СГГА, 2009.- С. 170172.
© М.А. Скрипникова, 2010
