Определитель координат на местности прибор

Приборы для определения точных координат места

Сегодня изобретено много устройств для поиска объектов в пространстве. Большая часть представляет собой высокотехнологичные приборы, задействующие сигналы с орбиты.

Техническое оборудование для определения координат

Для установления местоположения объектов в пространстве была принята система координат. Земной шар условно разделяют на горизонтальные и вертикальные секторы. В записи используют две координаты:

  1. Широта – угол между зенитом и плоскостью экватора. Отсчитывается в Северном и Южном полушарии. Самые высокие точки широт – Южный и Северный полюса – находятся под углом в 90º по отношению к плоскости экватора.
  2. Долгота – угол между плоскостью нулевого меридиана и меридиана, проходящего через точку нахождения объекта. Отсчитывается в Восточном и Западном полушарии, максимальное значение – 180º. Точкой отсчета считают меридиан, проходящий рядом с Гринвичской обсерваторией.

При обозначении географических координат обычно не упоминается высота расположения объекта. Тем не менее это важный параметр, особенно при отслеживании воздушных судов. Как правило, высота отсчитывается от усредненного уровня моря.

На заметку. Не каждый прибор для определения координат на местности предоставляет информацию сразу по трем параметрам. Многие из инструментов нужно использовать в комплексе друг с другом, чтобы получить наиболее полную информацию.

Геодезические приборы

Такие аппараты используются для изучения форм и размеров Земли. Среди устройств можно выделить несколько групп.

GPS/GNSS-приемник

Многие приборы для определения координаты точки в пространстве задействуют работу орбитальных группировок. Буквы в аббревиатуре GNSS можно перевести на русский язык как ГНСС – глобальные навигационные спутниковые системы.

По теме:  Что делать если айфон при обновлении повис на шнурке

Повсеместно используются только две группировки: GPS и ГЛОНАСС. Остальные (Galileo, BeiDou, IRNSS) применяются локально, в пределах стран их создания.

GNSS приемник PrinCe i90

Работа любой орбитальной группировки выглядит следующим образом:

  1. Спутник отправляет сигнал на наземные станции, чтобы по их координатам высчитать свое положение в пространстве.
  2. Космический аппарат направляет сообщение с информацией о собственном местонахождении на Землю.
  3. Приемники получают сигналы и используют спутники как ориентиры для расчета своих координат.

Таким образом, каждый космический аппарат «рисует» вокруг себя сферу, радиус которой равен расстоянию до ресивера. Чтобы получить точные данные о положении объекта по трем параметрам – долгота, широта, высота над уровнем моря – надо, чтобы пересеклись четыре таких сферы. Следовательно, нужен сигнал с четырех спутников.

Приемники устанавливаются в любой инструмент для определения координат: планшет, смартфон, компьютер и навигатор.

Лазерный дальномер

Существует два основных вида дальномеров. Их особенности описаны в таблице.

Название показателя Фазовый метод Импульсный метод
Принцип работы Прибор излучает сигнал заданной частоты. Когда он отражается от препятствия, фаза (траектория излучаемой волны) сдвигается. По размеру сдвига рассчитывается расстояние. Устройство отправляет излучение и фиксирует его возвращение. Так как скорость импульса заведомо известна, и время его отраженного возвращения замерено, то аппарат может высчитать расстояние до объекта.
Погрешность измерения Около 0,5 мм До 5 метров
Особенности Мощность излучения невелика, поэтому фазовые лазерные дальномеры можно использовать только на небольших расстояниях – до 1 км Мощность и длительность импульса изменяемы, из-за чего дальномер можно использовать на дальних расстояниях
Применение Топографические цели, лазерные рулетки Обсерватории, военные прицелы

Такое техническое средство для определения координат, как лазерный дальномер, применяется во многих сферах жизни человека. С его помощью можно определить расстояние до объекта по горизонтали или вертикали.

Электронный тахеометр

Прибор служит для топографической съемки местности, измерения углов, координат и расстояния. В своей работе инструмент задействует те же принципы, что и лазерный дальномер, то есть фазовый и импульсный метод.

Электронные устройства удобны в обращении – они сохраняют во внутреннюю память данные измерений.

Электронный тахеометр

Морские навигационные приборы

Мореплаватели всегда искали новые способы ориентации в пространстве. Неудивительно, ведь в открытом море нет привычных ориентиров – только звезды, луна и солнце. В качестве устройств для определения координат веками использовались компас, секстант и астролябия. Чтобы узнать глубину моря, использовали лаглинь, а для замера скорости – лотлинь. В обоих случаях это была веревка с привязанной дощечкой или грузом.

Сейчас корабли используют сложные технические средства для навигации в море:

  1. Эхолот. Применяется как для замера глубины, так и для поиска возможных препятствий на дне. Прибор отправляет звуковые волны и фиксирует время их возврата. Исходя из полученной информации можно судить, как далеко находится объект.
  2. Системы радиолокационных данных, например, ARPA или ATA. Позволяют проложить маршрут по воде и рассчитать ближайшую точку сближения объекта – расстояние, на которое судно может безопасно приблизиться к другому судну или другой крупной преграде. Установки используются для предотвращения столкновений судов друг с другом и прочими крупными объектами.
  3. Пеленгатор или морской компас. Применяются для определения направления движения.
  4. Оптический дальномер. Позволяет установить расстояние до объекта (например, до земли).

Авиационные приборы для навигации

Летательные аппараты появились относительно недавно. Первые пилоты были вынуждены использовать морские наработки для навигации в пространстве. Сегодня бортовая система совмещает несколько устройств:

  1. Высотометр. Представляет собой барометр. Определяет высоту над уровнем моря по показателю давления.
  2. Вариометр. Измеряет постоянную скорость подъема либо снижения. Все расчеты проводятся на основании статического давления.
  3. Электронные навигационные системы. Используются для слепой посадки самолета на трассу. Система считывает информацию с радиомаяков, радиус действия которых достигает 150 км.
  4. Указатель воздушной скорости. Измеряет разность между динамическим и статическим давлением в трубке, закрепленной на крыле.
  5. Указатель пространственного положения. Это экран, на котором показано положение самолета относительно горизонта.

Высотометр

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА)

Автономные летательные приборы используются для определения точных координат места. Устройство может патрулировать земельный или водный участок, а потом указать на видеозаписи точные показатели местности. Такие аппараты используются в различных целях:

  • раскрытие преступлений;
  • предупреждение пожаров;
  • наблюдение за обширной территорией;
  • проверка расположения объектов на определенных местах;
  • видео- и фотосъемка.

На заметку. Приспособления даже планируется использовать для доставки еды и небольших грузов – об этом не раз сообщали фирмы Amazon и Яндекс.

О применении дронов в жизни рассказывает видео в конце статьи.

Навигация устройства проводится как вручную, человеком, так и при помощи заранее запрограммированного маршрута.

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА)

Где приобрести прибор

Единственные устройства из списка, которые покупают люди в личных целях – GPS-приемник и беспилотные аппараты. Первые часто встроены в технику по умолчанию, вторые повсеместно используются для фото- и видеосъемки. Стоимость приемников (например, на сайте Garmin) начинается от 500 рублей, БПЛА – от 7 000 рублей.

Остальные же устройства относятся к узкоспециальной технике, что подразумевает следующие особенности:

  • приборы не используются в повседневной жизни большинства людей;
  • купить аппараты можно только в специализированных магазинах;
  • цена устройств довольно высока.

Например, средняя стоимость тахеометра составляет порядка 200 000 рублей, авиационного навигатора от фирмы Гармин – 150 000 рублей, эхолота – около 15 000 рублей.

Человечество шагнуло в эру цифровой навигации, оставив в прошлом карты звездного неба и компасы. Тем не менее разработки прошлого помогли людям прийти к прогрессу.

Источник

Приборы, используемые в геодезии

Когда люди проходят мимо геодезистов, работающих на улицах, стройках, на садовых участках, многие задаются вопросом- а что это за «тренога» такая, куда посмотреть в прибор, а что я там увижу? Как называется этот прибор, и зачем он здесь стоит? Часто-это праздное любопытство. Иногда просто пытаются вникнуть и понять, как это действует и что меряет. Некоторые просто работают в смежных отраслях и хотят расширить свой кругозор.

Существуют очень сложные системы и сверхточные приборы, которые редко используются, и в обычной жизни инженера Вы с ними не встретитесь. Попробуем вкратце рассказать про приборы, которые, в основном, используют геодезисты в прикладной геодезии. Про те штативы и «палочки», с которыми ходят геодезисты.

Известный российский профессор-геодезист, который жил и работал на рубеже XIX и XX столетий, генерал-лейтенант Василий Васильевич Витковский свою специальность называл одной из самых полезных областей знания. По его мнению, изучать форму и поверхность Земли человечеству необходимо настолько же, насколько каждому из нас — в подробностях узнать собственный дом.

Неудивительно, что геодезия всё время развивается и уже давно нацелилась не только на нашу отдельную планету, а и на всю Солнечную систему и даже галактику в перспективе. Вместе с развитием цивилизации эта наука очень усложнилась, разделилась на несколько дисциплин — и, естественно, начала ставить перед собой и решать всё более сложные задачи. Причём как теоретические по причине роста количества и масштабов исследований, так и практические — из-за увеличения числа уникальных инженерных конструкций и сооружений. Это не могло не привести, с одной стороны к повышению требований к точности измерений, а с другой — к усложнению оборудования. Особенно сильно это стало заметно в последние 10-20 лет в связи со стремительным развитием электроники и началом широкого применения лазеров.

Подробнее про зарождение геодезии, как науки, можно узнать в специальной статье, посвященной этой познавательной теме.

Что измеряют геодезические приборы:

Перед тем, как начнем- небольной опрос:

  • Измерение расстояний

Самая простая геодезическая задача — это измерение длины линии. Ленты и рулетки, длинномеры и геометрического типа дальномеры — это приборы, с помощью которых измеряют короткие линии со сравнительно невысокой точностью. А вот если речь идёт об измерениях высокоточных или базисных, а также о значительных расстояниях, понадобится уже дальномер — световой, электромагнитный, радиоволновый или лазерный. Особенно распространены такие приборы в космической и морской геодезии.

  • Измерение превышений

Для измерения высот и их разницы используются нивелиры и профилографы. Нивелиры используют вместе со специальными нивелирными рейками. Существуют оптические, цифровые и лазерные нивелиры. Причём последние нельзя путать с просто лазерными уровнями, которые отличаются не только конструктивно, но и по обеспечению точности.

  • Измерение углов

Измерение углов очень долго обеспечивалось с помощью довольно простых инструментов — транспортиров, экеров и эклиметров. Более сложным прибором является буссоль — подвид компаса, которым можно измерить магнитный азимут, то есть угол, на который линия отклоняется от направления на север магнитного меридиана. Основной современный прибор для измерения углов — это теодолит, довольно сложный оптический прибор, позволяющий добиваться очень высокой точности измерений.

  • Определение местоположения

В стародавние времена определение местоположения больше всего волновало моряков — спросить не у кого, да и сухопутных ориентиров практически нет. Было создано много специфических приборов для навигации и определения широты своего местоположения -астролябия, секстант, квадрант и другие раритеты. В настоящее время никого не удивишь «навигаторами» на различных электронных устройствах. Это стало возможно с появлением специальных навигационных спутников, которые дают возможность определения непосредственно местоположения объекта на местности.

Давно не секрет — прогресс не стоит на месте. Время, когда измеряли все эти величины по отдельности, да еще и «дедовскими» приборами, ушло безвозвратно в прошлое. В рамках этой статьи не будем рассматривать буссоли, кипрегели и стальные рулетки- только актуальное и наиболее распространенное геодезическое оборудование.

Каждая уважающая себя геодезическая бригада, чтобы справиться практически с любыми инженерно-геодезическими изысканиями, должна иметь следующие приборы

Тахеометр

Понятное дело, измерять углы, длины и высоты разными приборами — не слишком удобно и довольно долго к тому же. Поэтому для тех случаев, когда нужно проводить несколько типов измерений, существуют приборы комбинированные, такие как тахеометр. Это наиболее современный электронно-оптический прибор, который позволяет измерять любые длины, разницы высот и горизонтальные углы.

В большинстве случаев этого прибора достаточно для фиксации всех необходимых измерений на объекте, при условии, что точность прибора соответствует виду работ. Именно подобные приборы, в большинстве своем, Вы можете видеть на стройплощадках, на участках соседей и вдоль дорог нашей страны. Тахеометры на данном этапе развития технологий являются наиболее востребованными и универсальными приборами для проведения геодезических измерений. Топографические съемки, межевание и разбивка осей , например без тахеометра невозможна.

Нивелир

Во многих случаях нет необходимости в более громоздких и намного более дорогих и сложных в использовании тахеометрах. В строительстве зданий, дорог и других сооружений после планового определения местоположения объекта нужно лишь контролировать высоту, уровень и вертикальность поверхностей. С этими функциями легко справляется нивелир. Его основная задача — измерять превышения между объектами. Бывают нивелиры электронные, оптические, лазерные, с автоустановкой и прочие. Во многих случаях нивелиры использовать удобнее и целесообразнее —например, при наблюдении за осадками зданий и сооружений используются высокоточные нивелиры с автоустановкой, нежели тахеометры- опять же из-за дороговизны последних. Подводя некую черту по использованию нивелиров, можно сказать, что чаще всего они используются непосредственно в процессе строительства из- за простоты использования и относительной дешевизны.

GPS оборудование

GPS модули или приемники сопутствуют нам в повседневной жизни в наших телефонах, навигаторах, планшетах и т.д. Они призваны помочь нам сориентироваться на местности и не потеряться в городских джунглях. Однако они имеют мало общего с геодезическим GPS оборудованием.

Геодезистам эти приборы нужны не для ориентирования на местности, а для точного определения местоположения «тарелки» (обычно такой формы придерживаются производители GPS приемников). Погрешность обычно составляет 0,5-2 сантиметра относительно ближайшего пункта Государственной Геодезической Сети (ГГС). В то время, как обычные навигаторы дают ошибку местоположения около 10-20 метров, что в работе геодезиста недопустимо. Но есть множество факторов, которые весьма часто негативно влияют на величину погрешности геодезических измерений при помощи GPS оборудования. Поэтому недостаточно просто приобрести дорогостоящую «тарелку», и начать определять местоположение соседних заборов, например, как обычным навигатором. Без должной калибровки и последующей обработки измерений ничего не выйдет.

В общем, если увидите геодезиста с «тарелкой» на вешке, знайте- он определяет точное местоположение точки, над которой стоит приемник. В последнее время вынос границ участка на местность производится практически только GPS методом. Это гораздо быстрее и удобнее.

Штатив

Очень простой инструмент геодезиста. Многие сталкивались со штативами при съемках фотографий или фильмов с использованием профессионального оборудования. Геодезисты также пользуются специальным оборудованием, которое без штативов обойтись не может. От остальных геодезические отличаются в основном простотой конструкции, неприхотливостью в использовании и «неубиваемостью». Ведь работать приходится совсем не в идеальных условиях. Основная задача геодезического штатива- неподвижно зафиксировать прибор, который на него устанавливается. На штатив сначала ставится трегер- специальное устройство для центрирования над определенной точкой при необходимости и горизонтирования прибора. Потом уже ставится прибор-тахеометр, нивелир и т.д. Различают деревянные, металлические и штативы из композитных материалов. В последнее время самыми «продвинутыми» являются штативы из фибергласса. Они очень легкие, прочные..но пока что неоправданно дорогие.

Вешка

Тоже достаточно простой геодезический инструмент. Выглядит как круглая палка высотой около 1.8м. Однако многие вешки раздвигаются и могут иметь высоту до 6 метров. Наверху может находиться как отражатель, так и GPS приемник. Отражатель может быть разной формы и конструкции. Главная его задача- отражать сигнал, посланный дальномером. Его особенностью является то, что луч/сигнал, приходящий с прибора-измерителя отражается точно обратно.

В конечном итоге-там где находится отражатель или приемник на геодезической вешке происходит определение местоположения измеряемой точки.

Лазерная рулетка

Появилась относительно недавно в геодезических бригадах, так как раньше была довольно дорога и сложна в использовании. И по сей день не является единственным прибором для измерения непосредственно расстояний на объекте. Удобно использовать на коротких расстояниях и в помещениях. В уличных условиях применяется не часто, так как необходимо иметь поверхность, на которую можно навести лазерный луч. Также минус многих моделей без оптического визира- плохая видимость лазерной точки на ярко освещенных поверхностях.

Ввиду этого, сейчас все еще достаточно часто приходится использовать стальные рулетки длиной до 50м. Большей длины не выпускают, поэтому расстояния более 50 метров являются источниками ошибок из-за нескольких этапов измерений. Измерения нужно проводить вдвоем, да и провис ленты доставляет некоторую ошибку в измерения.

В итоге лазерные рулетки используются повсеместно кадастровыми инженерами и геодезистами в тех случаях, когда это целесообразно и возможно. Практически все измерения помещений для экспертиз помещений или технических планов без нее не обходятся. В остальных случаях выручает старая-добрая стальная рулетка.

Трубо-кабелеискатель

Прибор, сопутствующий инженерно-геодезическим изысканиям для нанесения подземных коммуникаций на план. Часто в комплект входит генератор, который устанавливается на коммуникацию в ее видимой части. Он генерирует вибрации, которые фиксирует приемник. После обнаружения поворотных точек коммуникации- их наносят на геоподоснову или топографический план. Кабелеискатель также может измерить глубину залегания коммуникации с точностью до 0.01 м.

Мы рассказали Вам вкратце о геодезических приборах и инструментах, необходимых в прикладной геодезии. Надеемся, что помогли разобраться в тонкостях штативов и «палочек» с которыми работают люди , именующие себя геодезистами.

Источник

ТОПоГИС