1.3.7 Фотограмметрический метод
При фотограмметрическом методе определения деформаций в каждом цикле с помощью специальных камер (фототеодолитов) фотографируют марки, установленные на сооружении, и из измерений по фотоснимкам на специальных приборах получают координаты этих марок.
Деформации могут быть получены двумя способами:
Фотографированием объекта с одной точки. Такой способ определения деформации называют фотограмметрическим.
Фотографированием объекта с базиса. Такой способ определения деформации называют стереофотограмметрическим.
Первый способ дает возможность получить деформации только вдоль осей, параллельных плоскости снимка.
Стереофотограмметрический способ позволяет определить деформации вдоль трех координатных осей, и поэтому более универсален. Фотографирование объекта выполняют с точек базиса (расстояние между ними равно 0.25 – 0.1 расстояния до объекта). При большей длине сооружения вдоль него может быть оборудовано несколько базисов.
Для решения вопроса о применении фотограмметрического метода на объекте следует вычислить ожидаемые погрешности определения координат точек сооружения и сравнить их с заданными.
Формулы для вычисления погрешностей следующие:
При фотограмметрическом методе
Mx = (Y/f)*mx;
Mz = =(Y/f)*mz. (1.5)
При стереофотограмметрическом методе
MY = (Y²/bf)*mp;
Mx = (x1/f)*MY;
Mz= (z1/f)* MY. (1.6)
Где mx, mz - погрешности определения координат по снимку; mp – погрешность определения продольного параллакса; Mx, MY, Mz – погрешности определения координат точек сооружения; Y – расстояние от теодолита до сооружения; b – длина базиса; f – фокусное расстояние фототеодолита, x, z – координаты точек на снимке.
Для расчетов достаточно принять mx = mz = 0.01 мм, mp = 0.003 – 0.005 мм. Можно несколько повысить точность определения координат и смещений, если с точки стояния снимать участки несколько раз и все фотопластинки включать в камеральную обработку.
Достоинства способа:
1. Сразу получают смещение точек по трем осям;
2. За короткий срок фиксируют положение большого числа точек (сокращение полевых работ), в том числе расположенных в труднодоступных или опасных местах.
Недостатки способа:
1. Более низкая по сравнению с геодезическими методами точность определения деформаций;
2. Значительные затраты на обработку снимков;
3. Высокая стоимость приборов, поэтому метод рентабелен и эффективен при большом числе определяемых точек.
На гидроузлах фотограмметрический метод находит применение при определении смещений оползней, а также плотин из местных материалов.
1.4 Применение цифровых нивелиров при наблюдениях за осадками и деформациями гидротехнических сооружений и их оснований
Основным методом определения осадок гидротехнических сооружений и их оснований является метод геометрического нивелирования, так как определение вертикальных перемещений должно удовлетворять требованиям высокоточного нивелирования.
В настоящее время большинство геодезистов применяют цифровые нивелиры при определении осадок и различных деформаций, а так же при развитии нивелирных ходов I и II классов точности, но, несмотря на это, эти приборы могут активно применяться как при разбивках в строительстве, так и при общих топографо-геодезических работах.
Цифровые нивелиры - это последнее достижение в области нивелировки.
Наличие электронной памяти в цифровых нивелирах позволяет запоминать отметки огромного числа измеренных точек, а удобная клавиатура и жидкокристаллический дисплей делают работу с этими приборами быстрой и удобной.
Наиболее известными компаниями, производящими цифровые нивелиры, в настоящее время являются: Sokkia, Topcon, Trimble, Leica Geosystems.
Рассмотрим несколько примеров наиболее распространенных моделей цифровых нивелиров.
Фирма Sokkia Co., Ltd (Япония), ведущий мировой производитель высокоточных геодезических приборов и инструментов, аксессуаров и программного обеспечения к ним, известна под торговой маркой Sokkia. С 1920 года продукция компании занимает лидирующие позиции на мировом рынке и ценится за свое высокое качество. Фирма выпускает цифровые нивелиры Sokkia SDL30, Sokkia SDL50. [4]
Цифровые нивелиры фирмы Sokkia SDL30, Sokkia SDL50 сочетают удобство и простоту эксплуатации и легкость в освоении.
Рисунок 1.3 – Цифровые нивелиры Sokkia SDL30, SDL50
В цифровых нивелирах SDL30, SDL50 используется устройство с зарядовой связью (CCD) для взятия отсчета по специальному штриховому коду. Такие измерения исключают возможность взятия неверного отсчета и личных ошибок наблюдателя. Для работы с нивелирами используются прочные фибергласовые и инварные рейки со специальным штриховым RAB-кодом (BGS40, BGS50, ND 345124, BIS20, BIS30). Нивелиры позволяют выполнять измерения не только по штрих-кодовой рейке, но и по обычной нивелирной рейке, что значительно расширяет возможности использования приборов [5].
Память нивелиров может сохранить до 2000 точек. Используя программное обеспечение "SDL TOOL", данные импортируются в формате CSV (запятая в качестве разделителя значений) для последующей обработки в вашей программе.
Фирма Topcon Positioning Systems, (TPS, Inc.) (США) представляет на рынке геодезического оборудования цифровые нивелиры Topcon DL-101C и Topcon DL-102C.
Рисунок 1.4 – Цифровые нивелиры Topcon DL-101C, DL-102C
DL-101C/102C с погрешностями нивелирования 0,4 мм/1,0 мм увеличивают скорость, точность и производительность полевых работ. Они могут сохранять данные измерений во внутреннюю память или на карты памяти через стандартный разъём PCMCIA. Внутренняя память рассчитана на хранение измерений 8000 точек.
При использовании нивелиров DL-101C/102C в комплекте со штрих-кодовыми рейками можно автоматически определять расстояния и превышения сразу в цифровом виде.
Компания Trimble (Калифорния) выпускает цифровые нивелиры Trimble DiNi 12, Trimble DiNi 0.7. Они предназначены для простой и производительной работы, особенно при использовании для создания обоснования или в инженерных приложениях. От обычного нивелирования до высокоточных методов слежения за деформациями – нивелиры Trimble DiNi предоставляют возможность осуществлять и записывать точные измерения высот за минимальное время. Возможность измерения расстояний предоставляет быстрый способ выравнивания плеч вперед и назад в нивелирных ходах, гарантируя, что максимальная длина не будет превышена, обеспечивая более высокую надежность результатов и оптимизируя распределение ошибок. Цифровые нивелиры Trimble DiNi отлично дополняют другую продукцию Trimble из набора Integrated Surveying. Его интерфейс организован по принципу современных полевых контроллеров Trimble. Используемая в Trimble DiNi от «Carl Zeiss» гарантирует получение результатов высочайшей точности и качества [6].
Рисунок 1.5 – Цифровые нивелиры Trimble DiNi 12, DiNi 0.7
Швейцарская фирма Leica Geosystems выпускает цифровые нивелиры SPRINTER 100М, DNA03.
SPRINTER – это новый цифровой нивелир компании Leica Geosystems. Нивелир создавался с использованием высокотехнологичных конструктивных решений, отточенных при производстве высокоточных цифровых нивелиров Leica DNA [7].
Рисунок 1.6 – Цифровой нивелир SPRINTER 100М
По своим параметрам нивелир относится к приборам для производства нивелировочных работ третьего класса точности. SPRINTER 100 выпускается в двух модификациях: 100, 100М.
Обмен данными происходит через порт RS232 в формате GSI.
Цифровой нивелир SPRINTER оснащен компенсатором, информативным дисплеем и кнопкой быстрого измерения. Этот прибор разработан для применения в сложных условиях стройплощадки. Нивелир работает при низкой освещенности, в тоннелях, внутри зданий и даже ночью с помощью вспышки. «Электронный глаз» исключает ошибки отсчетов и записи при нивелировании на стройплощадке [8].
Любому профессионалу, вышеприведенные характеристики, позволяют дать высокую оценку этому нивелиру и поставить его в ряд профессиональных инструментов.
Цифровые нивелиры DNA компании Leica Geosystems являются высокоточными приборами для проведения нивелирных работ. Цифровые нивелиры DNA одинаково хорошо подходят для наблюдений за деформациями зданий и сооружений, для развития нивелирных сетей I и II классов (используются рейки с BAR-кодом GPCL), для кадастровых работ и для работ по выносу отметок в натуру.
Нивелир работает по методике сравнения результатов измерений с задаваемыми пользователем допусками. Стабильные результаты достигаются с помощью автоматической компенсации измерений за влияние температуры [8].
Рисунок 1.7 – Цифровой нивелир DNA03
Нивелир DNA03 имеет следующий набор встроенных программ: отсчет по рейке и определение расстояний; отвязка-привязка нивелирного хода; проложение хода с набором промежуточных пикетов и выполнением разбивочных работ; автоматическое вычисление высот; тестирование и поверки; возможность кодирования; обмен данными [9].
Технические характеристики некоторых из рассмотренных цифровых нивелиров приведены в таблице 1.3.