Подготовка цифровых нивелиров к работе

Введение

К настоящему времени появились цифровые нивелиры, в основе которых лежит электронное считывающее устройство. Цифровые нивелиры обладают рядом технических преимуществ: улучшенная система автоматического считывания по рейке со специальным штрих-кодом, более точное измерение расстояний, оптико–электронный лимб горизонтального круга, карта памяти для хранения данных, компенсатор. По сравнению с оптическими нивелирами цифровые нивелиры имеют большую точность. Благодаря высокой точности, а так же компенсатору и автоматическому вводу инструментальных поправок в результаты измерений, цифровые нивелиры позволяют проводить работы по нивелированию I, II классов точности. Возможность измерения расстояний позволяет быстро выравнивать плечи в нивелирных ходах вперед и назад, обеспечивая высокую надежность результатов, и оптимизируя распределение влияния случайных ошибок. Также цифровые нивелиры используются для определения деформаций инженерных сооружений и оборудования.


1. Устройство цифровых нивелиров
В настоящее время наибольшая степень автоматизации геометрического нивелирования достигается при использовании цифровых нивелиров.
Цифровые нивелиры - новые геодезические приборы, позволяющие выполнять те же работы, что и обычные оптические нивелиры. Отличительной их особенностью является наличие электронного устройства, с высокой точностью снимающего отсчеты специальной штрих-кодовой рейке, что позволяет исключить личные ошибки наблюдателя. Эти приборы являются пассивными. При работе с цифровым нивелиром отсчет производится автоматически и вносится в память прибора.
На рис. 1 приведена принципиальная схема цифрового нивелира

Рисунок 1- Принципиальная схема цифрового нивелира
Оптическая схема по оси АВ практически полностью соответствует оптической схеме нивелира с компенсатором. Отличие от традиционной схемы составляет наличие светоделительной призмы, которая в данном случае никак не скажется на отклонении лучей от направления АВ. Оптический канал непосредственно в процессе нивелирования не используется, он позволяет выполнить большинство исследований и поверок нивелира по традиционным схемам, предусмотренным в нормативных документах и руководствах.
Специфическим элементом цифровой нивелира является электрический тракт. На первом участке, вплоть до светоделительной призмы, он совпадает с оптическим каналом. На светоделительной призме часть светового пучка поворачивается на 90° и попадает на приемник излучения (ПИ). Изображение кодовой рейки попадает на ПИ и преобразуется в последовательность двоичных кодов.
Например, автоматический цифровой нивелир DiNi 22 (рис. 2), выпускаемый фирмой Trimble (США), предназначен для выполнения большого спектра работ: от обычного нивелирования до высокоточных методик слежения за деформациями.

Рисунок 2- Цифровой нивелир DiNi 22
1- визир 2 - объектив, 3 - кремальера, 4 - окно круглого уровня, 5 - наводящие винты, 6 - подставка, 7 - интерфейсный порт, 8 - клавиатура, 9 - дисплей, 10 - крышка окуляра, 11 - окуляр, 12 - ручка

В нивелире DiNi 22 используется встроенная память. Измерения высот могут быть переданы в различные пакеты программ для геодезии.
Нивелир SDL 30 (рис. 3) фирмы Sokkia (Япония) имеет устройство с зарядовой связью для взятия отсчета по штриховому коду, который обрабатывается встроенным процессором.

Рисунок 3-Нивелир SDL 30
Цифровой дисплей нивелира снижает вероятность взятия неверного отсчета и исключает личные ошибки наблюдателя. В нивелире имеется порт для подключения электронного полевого журнала Sokkia SDR. Технические характеристики зарубежных цифровых нивелиров приведены в табл. 1.
Таблица 1.Технические характеристики зарубежных цифровых нивелиров

Технические характеристики Trimble, США Sokkia, Япония

DiNi 22 SDL 30
Средняя квадратическая ошибка на 1 км двойного хода, мм 1,3 L0
Диапазон измерений, м 1,5 - 100 1,6-100
Увеличение зрительной трубы 26 х 32х
Время измерения, сек 2
Диапазон работы компенсатора ±15' ±15'
Оцифровка горизонтального круга 1° 1°
Вес прибора, кг 3,8 2,4
Рабочая температура от -20° до + 50°

Основные типы реек для цифровых нивелиров DiNi показаны на рис. 45.

Рисунок 4-Рейки для цифрового нивелира DiNi: а – LD 23/24 – деревянные складные рейки с BAR-кодом, Е градуировка, 3 и 4 м.; б – LD 11/12/13 – инварные рейки с BAR-кодом, 1, 2 и 3 м
2. Подготовка прибора к измерениям
Нивелир извлекают из футляра, и закрепляют на головке штатива с помощью станового винта.
Прибор включают с помощью клавиши  . На дисплее отображается программа измерений, использованная в предыдущий раз. Если изображение на дисплее нечеткое, то следует включить подсветку  (что подтверждается мигающей звездочкой в правом верхнем углу экрана), либо подрегулировать контрастность с помощью кнопки  .
С помощью кнопки (INFO) следует проконтролировать состояние аккумулятора, которое отображается символом аккумулятора в правом верхнем углу дисплея

. Если аккумулятор садится, то на дисплее появляется сообщение «Change battery» (Замените аккумулятор). После этого сообщения необходимо быстро заменить аккумулятор, предварительно выключив прибор, чтобы предотвратить потерю информации.

Рисунок 5- Общий вид цифрового нивелира DiNi 12
Если карта памяти PCMCIA не находится в оттеске прибора, то сообщение об ошибке выдается на дисплей.
Перед измерениями нивелир устанавливают в рабочее положение, включающее горизонтирование прибора и подготовку зрительной трубы для наблюдений.
Горизонтирование нивелира выполняют с помощью подъемных винтов по круглому уровню.
Подготовка трубы для наблюдений состоит по установки трубы по глазу наблюдателя и по предмету (фокусирование трубы). Для установки трубы по глазу наводит зрительную трубу на светлую поверхность, и вращают окулярное кольцо до получения четкого изображения сетки нишей. Фокусирование трубы выполняют с помощью фокусировочного винта 2 (см. рис.43) до получения четкого изображения делений рейки.
После фокусирования трубы следует убедиться в отсутствии параллакса сетки нишей; при движении глаза наблюдателя перед окуляром изображения сетки нитей и делений рейки не должны смещаться относительно друг друга.
С учетом производства определенного вида работ выполняют установку параметров и постоянных прибора.
К основным параметрам прибора относятся:
– единицы измерения высот при электронном (и визуальном) считывании отсчетов по соответствующим рейкам – м (метры);
– дискретность отсчетов по рейке – 0,00001 м (0,001 м);
– автоматическое выключение прибора – через 10 минут; OFF (ВЫКЛ);
– звуковой сигнал – ON (ВКЛ); OFF (ВЫКЛ).
Постоянные прибора, которые обеспечивают автоматический контроль измерений и при их нарушении выдают предупреждения, включают показатели:
– максимальная длина плеча – от 10 до 100 м;
– минимальная высота визирования – от 0 до 1 м;
– максимальная разница превышений, полученных на станции – от 0 до 0,01 м;
– коэффициент рефракции – от –1 до +1;
– постоянная рейки – от 0 до 5 м (для реек сторонних производителей);
– дата;
– время.
Перед началом нивелирования создается файл с названием местоположения объекта нивелирных работ; далее в программу измерений вводят номер хода, номера задней и передней точек и информацию о методе нивелирования, отражающую порядок считывания отсчетов по задней и передней рейкам на нечетных/четных станциях.
Например:
– при обычном методе порядок визирования на нечетных/четных станциях не изменяется: ЗП-ПЗ/ЗП-ПЗ, ЗП-ЗП/ЗП-ЗП, ЗЗ-ПП/ЗЗ-ПП;
– при альтернативном методе: ЗП-ПЗ/ЗП-ПЗ, ЗП-ЗП/ПЗ-ПЗ, ЗЗ-ПП/ПП-ЗЗ.
Если после установки нивелира в рабочее положение наклон визирной оси выходит за пределы рабочего диапазона компенсатора («залипание» компенсатора), то на дисплее появится сообщение !!Comp!! При попытке выполнить измерение включается сигнал предупреждения. В этом случае следует заново отгоризонтировать прибор и при необходимости выполнить поверки. Если устранить неисправность не удалось, следует обратиться в сервисную службу.
3. Поверки нивелира
Перед началом полевого сезона у нивелира с компенсатором в лабораторных условиях исследуют диапазон действия компенсатора, точность самоустановки линии визирования в горизонтальное положение и ряд других технических характеристик.
Установка нивелира на станции в рабочее положение выполняют по круглому уровню, ось которого при транспортировке, сотрясениях и по другим причинам изменяет свое положение. Поэтому для исключения заметных систематических погрешностей требуется ежедневное приведений оси круглого уровня в положение, параллельное оси вращения нивелира.
Правила эксплуатации нивелира DiNi предусматривают периодическое выполнение двух основных поверок.
3.1 Поверка круглого уровня. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира.
С помощью подъемных винтов тщательно приводят пузырек круглого уровня в нуль-пункт. Поворачивают верхнюю часть прибора на 180° вокруг вертикальной оси. Если при этом пузырек смещается за пределы нуль-пункта, то необходимо выполнить юстировку уровня.
Для этого откручивают крепежный винт защитной крышки 15 (см. рис.5) и снимают ее. Действуя юстировочными винтами уровня, смещают пузырек по направлению к нуль-пункту на половину дуги отклонения. Затем подъемными винтами выводят пузырек уровня в нуль-пункт и повторяют процедуру поверки и юстировки до выполнения условия.
3.2 Поверка положения визирной оси. Визирная ось зрительной трубы должна быть горизонтальной.
Повышенные нагрузки на нивелир в экстремальных условиях измерений, после длительного хранения, при транспортировке и больших перепадах температур может привести к разъюстировке прибора и, как следствие, к ошибочным результатам измерений, особенно при большой разности нивелирных плеч.
Из рекомендованных для нивелира DiNi способов поверки главного геометрического условия рассмотрим способ Куккамяки, сущность которого состоит в следующем.
На местности в точках 1 и 2, расположенных на расстоянии d=20м друг от друга, закрепляют деревянные копья, в котором забивают гвозди со сферическими шляпками, или металлические костыли (рис.47).


Рисунок 5-Поверка положения визирной оси по методу Куккамяки
Нивелир устанавливают в рабочее положение в точке C1 , расположенной посередине между точками установки реек 1 и 2