КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

СОДЕРЖАНИЕ

Лекция 1 Введение. Классификация автоматизированных

средств измерений. Анализ основных инженерно-геодезических работ

на предмет применения современных измерительных систем.

Основные преимущества автоматизированных средств по сравнению

с традиционными…………………………………………………………….3

Лекция 2 Электронные тахеометры……………………………..….. 11

Лекция 3 Преимущества и недостатки спутниковых технологий

в геодезии………………………………………………...………………….21

Лекция 4 Современные нивелиры, виды, преимущества

и назначение. Методика выполнения нивелирования…………………...33

Лекция 5 Применение технологии лазерного сканирования

в архитектуре, промышленности, топографии…………………………...37

Лекция 6 Трассоискатели…………………………………………….42

Лекция 7 Виды программ обработки инженерно-

геодезических измерений………………………………………….....47

Лекция 1

Введение. Классификация автоматизированных средств измерений. Анализ основных инженерно-геодезических работ на предмет применения современных измерительных систем. Основные преимущества автоматизированных средств по сравнению с традиционными.

Традиционные методы геодезических измерений и графического отображения полученной информации на бумажных носителях остались в прошлом. Современное геодезическое обеспечение инженерно-строительных изысканий, проектирования и строительства различных объектов, а также инвентаризации, кадастра и оценки объектов недвижимости базируется на использовании принципиально новых геодезических приборов и технологий, геодезических информационных систем пространственных баз данных. Все полевые измерения и съёмки выполняются сейчас электронными приборами с автоматической регистрацией результатов, автоматизированы и все последующие процессы геодезического производства.

Замена традиционных средств измерений на электронные привела к появлению новых методов и технологий геодезических работ. Так, применение спутниковых радионавигационных систем и геодезических приемников принципиально изменило методику построения опорных геодезических сетей, а также создания на их основе опорных межевых, маркшейдерских и разбивочных построений. При этом отпала необходимость обеспечивать видимость между пунктами построения, строить высокие сигналы, проводить громоздкие измерения. Резко сократились сроки выполнения геодезических работ, снизилось влияние многих погрешностей, в том: числе зависящих от исполнителя.

Спутниковые методы позицирования в комплексе с тахеометрами и другими электронными приборами получили широкое распространение и в геодезическом обеспечении инженерно-строительных изысканий и проектирования. А применение электронных тахеометров, цифровых и лазерных нивелиров, безотражательных дальномеров на строительной площадке меняет технологию геодезического обеспечения строительства на всех его этапах. При этом изменилась методика разбивочных работ, построения плоскостей и линий, передачи осей и отметок на монтажные горизонты, определения пространственного положения конструкций, проведения исполнительных съемок.

Современные технологии геодезических работ сформировались и развиваются на базе автоматизации всех; процессов геодезического производства: полевых измерений и топографических съемок, математической обработки результатов измерений и составления планов и карт, создания баз данных геоинформационных систем (ГИС) и получения прикладной геодезической информации.

Современный уровень автоматизации геодезических работ характеризуется широким распространением электронных тахеометров и спутниковых приемников, цифровых аэросъемочных комплексов, полевых портативных компьютеров, многофункциональных пакетов программного обеспечения. Разрабатываются новые типы электронных геодезических приборов. Так, появление лазерных безотражательных дальномеров обусловило разработку, серийные выпуски и применение в съемочных работах: геодезических лазерных сканирующих систем, а при производстве высокоточных прикладных измерений - универсальных измерительных систем: MON MOS.

Процессы автоматизации геодезических работ стали: непрерывными. Результаты измерений электронными приборами автоматически регистрируются, их файлы передаются на ГТК, обрабатываются с использованием соответствующих программных комплексов и экспортируются в информационные системы, например, в ГИС, по ним формируются цифровые модели объектов, электронные топографические планы и карты.

Переход с бумажных планов и карт на электронные полностью заменил традиционные в геодезии камеральные работы на автоматизированные технологии векторизации и цифрования топографических данных. На основе электронных планов формируются слои кадастровой, градостроительной и другой информации. Разработан: мощный арсенал программных средств, который постоянно расширяется и модернизируется. Он обеспечивает автоматизацию всех видов камеральных работ.

Многие приборостроительные компании в настоящее время выпускают геодезические системы, включающие электронные геодезические приборы и универсальные пакеты программ, позволяющие оперативно проводить практически на любом объекте все виды геодезических работ в одной системе. Такие системы характеризуются унификацией автоматизированных средств измерений, обработки и формирования информационных баз данных.

Однако основным импульсом к достижению современного состояния геодезических автоматизированных технологий стало повсеместное применение в нашей стране электронных тахеометров, геодезических спутниковых приемников, лазерных сканирующих систем. Среди них наибольшее распространение в геодезических работах получила продукция Уральского оптико-механического завода (ФГУП ПО «УОМЗ»), компаний Trimble, Sokkia, Leica, Thales, Nikon, Pentax и других. Высокая точность, надежность, простота эксплуатации электронных геодезических средств способствуют дальнейшему быстрому развитию современных геодезических технологий.

Практически все виды геодезических работ проводятся сейчас электронными приборами. С их появлением работа геодезиста перешла на уровень информационного обеспечения пространственными данными инженерной деятельности разных направлений: кадастра и оценки объектов недвижимости, изысканий, проектирования, строительства, эксплуатации застроенных территорий и других. При этом геодезические спутниковые приемники вытеснили традиционные методы (триангуляции, трилатерации, полигонометрии) построения опорных геодезических, маркшейдерских и межевых сетей. Электронные тахеометры заменили собой традиционные средства линейных измерений, а также оптические теодолиты и нивелиры, обогатив при этом методы и технологии ведения полевых работ.

Для автоматизации геодезических полевых измерений и съемок применяются, в основном, следующие геодезические приборы:

- спутниковые геодезические приемники систем ГЛОНАСС /GPS;

- электронные тахеометры;

- лазерные сканирующие системы;

- цифровые аэрофотосъемочные комплексы;

- электронные теодолиты;

- лазерные дальномеры, в том числе безотражательные;

- электронные (цифровые) нивелиры;

- приборы поиска и съемки подземных коммуникаций.

Спутниковые геодезические приемники предназначены для определения координат точек местности по принятым от навигационных спутников радионавигационным сообщениям. С их появлением полностью автоматизирован комплекс полевых геодезических работ при построении новых и сгущении существующих опорных геодезических сетей (ОГС).

Электронные тахеометры применяются для сгущения ОГС, построения сетей съемочного обоснования, тахеометрической съемки, межевания земель, инвентаризации строений, а также в прикладных геодезических работах.

Лазерные сканирующие системы автоматизировали процессы съемки больших массивов точек и используются для детального отображения сложных фасадов зданий, памятников архитектуры и археологии, положения строительных конструкций.

Цифровые аэрофотосъемочные комплексы применяются для цифровой съемки местности с летательных аппаратов. При этом исключаются фотохимические процессы и использование фотоматериалов. Снимаемая информация регистрируется и через высокоскоростные интерфейсы переносится на автоматизированные рабочие места для последующей обработки и хранения. Возможны одновременные панхроматическая, многоспектральная съемки. На основе снятой информации в автоматизированных системах получают электронные топографические и тематические планы и карты различных территорий и объектов.

В электронных теодолитах автоматизированы считывание с ГК и ВК и регистрация результатов угловых измерений. Применяются они взамен оптических теодолитов. В лазерных дальномерах автоматизированы линейные измерения. При этом на больших расстояниях используются системы отражателей, а на малых расстояниях измерения возможны в безотражательном режиме.

Электронные (цифровые) нивелиры позволяют применять цифровые технологии при измерении превышений. Они автоматически считывают отсчеты со специальных реек, имеющих RAB-код, регистрируют их в памяти, проводят полевую обработку. Выпускаются высокоточные, точные и технические цифровые нивелиры, инварные, фиберглассовые, деревянные и алюминиевые кодовые рейки. Кроме того, широкое распространение в строительных и монтажных работах получили лазерные нивелиры, обеспечивающие построение видимыми лучами горизонтальных, вертикальных и наклонных плоскостей и направлений.

Приборы поиска и съемки подземных коммуникаций позволяют обнаружить электромагнитное поле, которое задается специальным трассопоисковым генератором в трубопроводах, или имеющееся вокруг силовых кабелей. Комплект таких приборов включает генератор, антенну, приемник. Положение подземной трассы определяется достаточно точно и однозначно. На экране приемника отображаются глубина залегания и сила электромагнитного поля, идущего от коммуникации.

Благодаря автоматизации геодезические полевые измерения электронными приборами проводятся за секунды и их доли. Так, в тахеометрах Sokkia применены технологии автоматизации линейных измерений RED-tech, системы датчиков угловых измерений и RAB-коды, обеспечивающие практически мгновенную (менее 0,5 с) выдачу результатов на дисплей. Даже с учетом времени на установку прибора, его центрирования, наведения на точку работа на станции выполняется в течение нескольких минут.

Управление работой электронных приборов сведено до минимума операций. Они просты в эксплуатации, имеют функциональные и операционные клавиши, жидкокристаллические графические дисплеи, закрепительные и наводящие винты, аналогичные теодолиту. В тахеометрах измерения углов и расстояний осуществляется автоматически, а в геодезических спутниковых приемниках автоматически принимается радионавигационное сообщение. Управление приборами можно проводить дистанционно с внешней беспроводной клавиатуры, что позволяет вести качественные измерения в опасных и стесненных условиях.

Геодезические электронные приборы имеют встроенное программное обеспечение, с использованием которого выполняется начальная обработка информации, полученной прибором при автоматическом считывании с лимбов, нивелирных реек, а также с радионавигационных сообщений от спутников. Кроме того, встроенное ПО позволяет быстро решать целый ряд задач непосредственно на станции в режиме реального времени. В результате традиционное назначение геодезических приборов существенно обогатилось новыми функциями и режимами работы.

Результаты измерений регистрируются и записываются в рабочие файлы. Геодезические приборы имеют внутреннюю и внешнюю память, объем которой достаточен для проведения большего числа измерений (до 10000 точек и более). Полевой журнал встроен в прибор и стал электронным. Кроме памяти прибора может использоваться память контроллера. Контроллер является дополнительным к прибору электронным полевым журналом и портативным компьютером.

Результаты измерений, записанные в файлы прибора или контроллера, передаются на компьютер для дальнейшей обработки. При наличии программного обеспечения автоматизация процессов геодезических измерений и обработки стала, как уже отмечалось, непрерывной.

С электронными приборами измерения может проводить один оператор, особенно с применением безотражательных дальномеров и спутниковых геодезических приемников. Появилась возможность проведения точных дистанционных измерений на ранее недоступные и опасные участки объектов, дистанционно выполнять обмеры строений, съемку пространственного положения конструкций, их деформаций.

Непрерывный процесс автоматизации измерений и обработки исключает грубые ошибки, так как в приборах считывание с лимбов или реек проходит без участия оператора, а запись результатов измерений в память и передача файлов на ПК исключает ошибки ручной записи в журналы, набора данных с клавиатуры, вычислений. Кроме того, в электронных приборах автоматически учитывается ряд систематических поправок, повышающих точность самих результатов измерений.

В последние годы появились новые электронные геодезические приборы - лазерные сканирующие системы, которые при съемках сложных объектов становятся наиболее перспективными. Они устанавливаются на штатив аналогично тахеометру или на летательных аппаратах аналогично фотокамере. Геодезические сканирующие системы применяют для точной съемки строений, архитектурных памятников, фасадов зданий, пространственного положения строительных конструкций, узлов машин и оборудования.

В лазерных сканерах используются безотражательный лазерный дальномер импульсного типа и сканирующая матрица. Измерения проводятся в трехмерном пространстве с высокой скоростью (от 1000 до 10000 измерений в секунду). Импульсы дальномера проходят через систему двух подвижных зеркал, обеспечивающих вертикальное и горизонтальное движение сканирующего луча. Перемещение и вращение зеркал осуществляется традиционными сервомоторами, которые преобразуют в соответствии с поступившим сигналом управления энергию от источников питания в механическую движения зеркал. При этом разворот зеркал и измеренное безотражательным дальномером расстояние на точку сканирования фиксируются, и по ним вычисляются координаты X, У, Z. Точность определения координат составляет ± 6 мм на расстояниях до 50 м (сканер Leica HDS 3000). Управление работой геодезического сканера осуществляется портативным компьютером. С каждой станции прибора сканирование может проводиться в горизонтальной плоскости на 360", а в вертикальной — на 270°. В результате съемки определяются пространственные координаты всех отсканированных точек объекта, совокупность которых образует облако точек.

Для «сшивки» результатов сканирования с нескольких станций проводят определение геодезическими методами координат станций и опорных мишеней, установленных на объекте и сканированных со всех станций. Это позволяет провести совместную обработку результатов всех станций, получить единое изображение облаков точек в одной геодезической системе координат.

Облако точек с координатами содержит не только изображение объекта, но и его пространственные данные: превышения, расстояния между точками, прогибы, наклоны, дефекты конструкций, разрушения элементов архитектуры. По сканированным поверхностям можно построить различные сечения.

Лекция 2

Электронные тахеометры.

Тахеометры - предназначены для тахеометрической съемки с целью получения плана с изображением ситуации и рельефа. Электронные тахеометры - это совершенные приборы для выполнения широкого круга геодезических работ: позволяют определять расстояния, высоту недоступного объекта, осуществлять измерения относительно базовой линии, определять координаты, выполнять обратную засечку, а также ещё множество различных видов геодезических работ. На сегодняшний день это пожалуй наиболее интеллектуальные приборы, оснащенные большой внутренней памятью, позволяющей надежно хранить данные съемки. На некоторых моделях электронных тахеометров возможна загрузка координат из персонального компьютера для последующего выноса в натуру. Наличие экранов и буквенно-цифровых клавиатур электронных тахеометров облегчает управление прибором.

Все электронные тахеометры разных фирм идентичны, отличаются лишь некоторыми нюансами. Дальнейшее развитие электронных тахеометров предполагает их дальнейшую миниатюризацию. Меньший расход материалов и применение дешевых композитных составляющих уменьшит стоимости приборов. Реальная картина развития геодезического производства не исключает, что на смену традиционным геодезическим бригадам придут тахеометры, управляемые всего лишь одним квалифицированным исполнителем. В ряде стран эти системы уже внедряются в производство, подтверждая тенденцию к компьютеризации и роботизации электронных тахеометров. Несмотря на компактный размер электронного тахеометра, в некоторых моделях нашлось место и для микродвигателей. Это дало возможность выполнять съемку только одному специалисту. Исполнитель устанавливает на точках съемки отражатель, а тахеометр автоматически отслеживает передвижение призмы отражателя, производит измерения и записывает их результаты во внутреннюю память. Управление тахеометром, осуществляется исполнителем по радиоканалу. При этом прибор автоматически наводится точно на центр призмы. Высокая точность наведения на отражатель и возможность выполнения всех видов измерений одним специалистом - это значительный шаг в эволюции электронных тахеометров.

С появлением технологии GPS традиционные оптические приборы стали все реже использоваться в работах, по создание и сгущению обоснования, реконструкции геодезических сетей, разбивке и съемке протяженных линейных объектов. Однако, при съемке небольших локальных участков, инженерных изысканиях в строительстве выгодно пока использовать электронные тахеометры. Таким образом, электронные тахеометры представляют собой автоматизированную систему сбора и передачи геодезической информации, которая может быть использована при инвентаризации земель и создания геоинформационных систем. Современные электронные тахеометры имеют широкую область применения: от высокоточных измерений в сетях сгущения и инженерно-геодезических построениях до кадастровых, топографических и простей­ших измерений в строительстве. За счет полностью автоматизированного процесса записи данных наблюдений и встроенного программного обеспечения в современных электронных тахеометрах, производительность работ повышается как минимум на 100%.

В современных условиях важно, чтобы исполнитель работал не с прибором, а с компьютерной электронной системой. Применение электронных тахеометров для сбора аналитической информации об инженерных сооружениях и объектах недвижимости позволяет полностью автоматизировать процессы сбора, передачи и обработки информации в дальнейшем на ПЭВМ с применением современных программных средств. Одним из наземных методов сбора информации является сбор данных с применением электронных тахеометров. Точность измерения углов различными типами электронных тахеометров лежит в пределах от 0.5" до 10", что дает возможность использовать их как для создания высокоточных опорных геодезических сетей, так и для решения различных инженерных, кадастровых задач, проведения теодолитных и тахеометрических съемок любых масштабов. Причем взятие отсчетов по угломерным кругам производится автоматически с помощью специальных электронных датчиков, что исключает ошибку исполнителя при взятии отсчета и положительно сказывается на точности и скорости измерений.

Во всех современных электронных тахеометрах используется электронный датчик наклона прибора (компенсатор), который автоматически вносит поправки в измерения при отклонении оси вращения прибора от вертикали, причем некоторые тахеометры имеют двухосевые компенсаторы, вносящие поправки, как в вертикальные, так и в горизонтальные углы. Определенные при исследовании основные инструментальные погрешности запоминаются во внутренней памяти прибора и учитываются при измерениях. С появлением этой возможности отпала необходимость механического устранения инструментальных погрешностей, что значительно увеличило срок службы инструмента и его надежность. Внутренние программы обеспечивают не только полную настройку прибора, проведение измерений, сохранение результатов в памяти, но и их математическую обработку: от расчета площадей до уравнивания ходов. В процессе полевых работ производится оценка точности измерений, а продуманные алгоритмы программ помогают получить быстрый и качественный результат.

Современный тахеометр обладает удобной клавиатурой, состоящей из небольших, преимущественно резиновых, клавиш и большим жидкокристаллическим экраном, способным нести большой объем информации. Управление прибором и выполнение измерений осуществляется с помощью внутренних программ, путем выбора необходимых пунктов меню. Система наведения зрительной трубы на цель не претерпела серьезных изменений. Следует лишь отметить, что во многих точных тахеометрах стали использоваться двухскоростные наводящие винты, обеспечивающие быстрое и качественное наведение.

Отдельно следует упомянуть о тахеометрах нового типа, способных измерять расстояния до объектов без использования традиционных призменных отражателей. В качестве отражателя в данном случае используется поверхность наблюдаемой цели. Точность измерения расстояний (до 1000 м) несколько ниже, чем с использованием призмы, и пока составляет порядка 1-20 см.

В настоящее время на рынке России представлено множество фирм выпускающих различную продукцию электронных тахеометров: Sokkia, Уральский оптико-механический завод, Leica, Spectra Precision, Topcon, Nicon, Karl Zeiss, Trimble, Pentax, (таблица 1).

Таблица 1 - Фирмы выпускающие электронные тахеометры

Лидером по производству электронных тахеометров является фирма LEICA. Продукция этой фирмы ориентирована на самый широкий круг пользователей: от простых электронных тахеометров, предназначенных для работы на строительных площадках, и до высокоточных профессиональных станций предназначенных для слежением за деформациями инженерных сооружений (рисунок 3).

Рисунок 3 – Общий вид тахеометра Leica TPS-1200

Отличительными особенностями электронных тахеометров SOKKIA являются: привлекательный и функциональный дизайн, компактные и энергоемкие источники питания имеют все необходимые качества, которые так ценятся в современном строительном деле и являются незаменимыми помощниками в полевых условиях или на строительной площадке круглый год и на протяжении многих лет (рисунок 4).

Рисунок 4 – Общий вид тахеометра Sokkia SRX-1

Электронные тахеометры фирмы TOPCON – это высокое качество сборки, точность измерений, функциональные возможности, удобство использования, долговечность и надежность. Продукция имеет русифицированный интерфейс, а также допускают использование кодов описания точек на русском языке. Фирма выпускает безотражательные приборы, а так же электронные тахеометры с сервомоторами. Прибор Topcon GTS 3005 является северным вариантом, его рабочий диапазон температуры до -30ºС , оснащён подогревом дисплея (рисунок 5).

Рисунок 5 – Общий вид тахеометра Topcon GTS 3005

Компания Spectra Precision образованна в сентябре 1997 г., из объединения четырех компании: Geotronics AB (Швеция), Spectra Physics Laserplane Inc. (США), Plus 3 Software Inc. (США), Quadriga GmbH (Германия), а с 2005 года Spectra Precision является частью Японской корпорации Trimble, в результате чего некоторые модели выпускаются разными странами производителями. Фирма SPECTRA PRECISION (старое название GEOTRONICS) первая в мире наладила выпуск тахеометров-роботов. Лучшими тахеометрами-роботами считаются приборы этой фирмы. Эти системы позволяют пользователю в автоматическом режиме эффективно и без ошибок выполнять самые сложные съёмочные и разбивочные работы с любой требуемой точностью без привлечения помощников. Приборы могут расширяться за счет подключения к ним дополнительных модулей. Так же приборы имеют возможность свободного обмена данными между электронным тахеометром и GPS системами в рамках концепции. Перечисленные возможности делают эти приборы уникальными (рисунок 6).

Рисунок 6 – Общий вид тахеометра Spectra Precision Focus-8

Фирма TRIMBLE отвечает своей продукцией всем специфическим требованиям строительного процесса и геодезических. Последние разработки в области оптических приборов, новейшие механические решения и материалы. Можно сказать, что тахеометр Trimble, его точность, прочность, надежность и производительность – являются эталонными величинами на рынке геодезического оборудования (рисунок 7).

Рисунок 7 – Общий вид тахеометра Trimble S-8

Фирма SOUTH представляет на мировом рынке тахеометров китайскую геодезическую промышленность. Тахеометры SOUTH являются лучшими по цене тахеометрами на сегодняшний день, при этом качество и надежность не во многом проигрывают куда более дорогим альтернативам. Производит тахеометры SOUTH компания SOUTH SURVEYING & MAPPING INSTRUMENT – ведущий производитель и экспортер геодезического оборудования в Китае с 1989 года (рисунок 8).

Рисунок 8 – Общий вид тахеометра SOUTH NTS-360R

Инновационные технологий и самые современные технические решения олицетворяет собой электронный тахеометр Nicon. Высококачественные и максимально удобные при работе тахеометры Nicon доступны в различных модификациях, которые отвечают всем современным требованиям строителей и геодезистов [13]. Оптимальный вес, повышенная прочность, высокая скорость и производительность, продуманная эргономика – все это сочетается в каждом тахеометре (рисунок 9).

Рисунок 9 – Общий вид тахеометра N icon Nivo1С

Электронный тахеометр PENTAX W-825N с большим цветным двухсторонним LCD дисплеем, встроенным Windows CE и полным набором всех функций (рисунок 10).

Рисунок 10 - Общий вид тахеометра Pentax W-825N

Электронные тахеометры Уральского оптико-механического заводазначительно уступают по своим функциональным возмож­ностям зарубежным системам. Тахеометр оснащен двухосевым компенсатором наклона инструмента сдиапазоном работы ± 5’, автоматическим аттенюатором, четырехстрочным жидкокристалическим экраном с подсветкой и 12 клавишной клавиатурой, при помощи которой производится управление всеми режимами измерений, вычислений, записи и передачи данных. Результатаы измерений могут сохраняться на PCMCIA карте памяти и переданы в компьютер. Программный комплекс CREDO может автоматически производить соединение с тахеометром и получать данный без предварительного сохранения файла на диске компьютера (рисунок 11).

Рисунок 11 – Общий вид тахеометра 3А5С

Лекция 3

Преимущества и недостатки спутниковых технологий в геодезии.

Интенсивное внедрение СРНС в геодезию обусловлено рядом прогрес­сивных возможностей. Основные из них следующие.

1. Широкий диапазон точностей - от единиц метров до субсантиметров практически на любых расстояниях. Наблюдение высоких целей ослабляет влияние атмосферы. Выигрыш в точности от этого достигает 1-2 порядка.

2. При построении геодезических сетей отпадает необходимость в пря­мой видимости между пунктами. Поэтому не нужно строить высокие знаки-сигналы, выбирая места на возвышенностях. Строительство знаков занима­ло в геодезии до 80% от стоимости работ. Новые пункты закладывают в местах, удобных для подъезда.

3. Повышение производительности спутниковых технологий, по срав­нению с обычными технологиями, в 10-15 раз.

4. Выполнение кинематических измерений, то есть измерений в движе­нии. Особенно ценно применение таких методов в морской геодезии, аэрофо­тосъемке. При этом отпадает необходимость создавать наземное обоснова­ние, производить привязку опознаков.

5. Обеспечение непрерывных наблюдений, например, для мониторинга деформаций в режиме реального времени.

6. Одновременно могут определяться три координаты. Деление класси­ческих геодезических сетей на плановые и высотные привело к тому, что на пунктах триангуляции оказываются грубые высотные отметки, а на реперах отсутствуют плановые координаты.

7. Благодаря высокому уровню автоматизации, обеспечиваются быст­рота обработки, уменьшение субъективных ошибок.

8. Почти полная независимость от погоды

Принципиальное различие между классическими и спутниковыми ме­тодами геодезии состоит в том, что в классической геодезии измерения про­изводятся относительно отвесной линии (или поверхности геоида), то есть в основе измерений лежит физический принцип измерений. В результате, геоде­зические сети, построенные классическими методами, делятся на плановые и высотные сети. В основе спутниковых методов лежит геометрический прин­цип измерений, когда измеряются расстояния, являющиеся инвариантными величинами относительно систем координат и не дающие связь с геоидом. Поэтому одна из принципиально важных проблем, связанных со спутнико­выми методами, - это преобразования полученных координат в государст­венную систему координат и высот.

По этой причине нельзя говорить о том, что спутниковые методы уни­версальны. Отметим следующие недостатки методов ГНСС:

1. Проблема преобразования высот и координат в локальную геодези­ческую систему, а высот - дополнительно в систему нормальных (или орто-метрических) высот.

2. Зависимость от препятствий и радиопомех. Спутниковые методы не­возможно применять под землей.

3. Точность определения высот в 2-5 раз уступает точности определе­ния плановых координат.

4. Высокая стоимость оборудования, сложное программное обеспечение.

Спутниковые радионавигационные системы. Три сегмента системы.

GPS. Для геодезических определений координат точек местно­сти и различных объектов применяются СРНС. Геодезические приёмники работают в основном в системе GPS (Global Positioning System), которая создана и находится под управлением и контролем служб США. Система, являясь глобальной, обес­печивает возможность определения точных координат 24 часа в сутки, она постоянно развивается и модернизируется. GPS имеет в текущий момент на орбите 29 спутников, и их количество будет доведено до 48.

ГЛОНАСС. В нашей стране создана СРНС ГЛОНАСС (глобальная на­вигационная спутниковая система), которая находится под управлением и контролем служб РФ. Она создавалась в инте­ресах Министерства обороны, однако в 1999 году ей офици­ально придан статус военного и гражданского назначения. Ра­боты по созданию этой СРНС были начаты в середине 60-х годов, а с 1982 года проводились её испытания. Поскольку после вывода на орбиту новых спутников в 2007 г., их общее число в созвездии составит только десять, то определение координат точки только с помощью ГЛОНАСС не представляется возможным. Использование же совместной технологии GPS/ГЛОНАСС делает определение координат более надежным, вследствие увеличения числа видимых спутников. ГЛОНАСС имеет в текущий момент на орбите 24 спутника.

Вместе с тем при разработке ГЛОНАСС использован высокий фунда­ментальный уровень отечественной науки, благодаря качеству заложенных в ней идей и проектов система обладает потенциа­лом, превосходящим по ряду параметров GPS. Ряд приборос­троительных компаний выпускают геодезические приёмники, работающие в двух системах - GPS и ГЛОНАСС. Опыт их использования показал, что даже в неполной комплектации ГЛОНАСС они превосходят по эксплуатационным показате­лям односистемные. Наличие даже одного спутника ГЛОНАСС в рабочем созвездии спутников существенно повышает точность в режиме RTK. Восстановление ГЛОНАСС ускорилось в 2007 году, появились новые спутники «Глонасс-М», разрабатываются «Глонасс-К». В последнее время появились разработки отече­ственного геодезического приёмника ГЛОНАСС/GPS ГЕО-161 Российским институтом радионавигации и времени. Кроме использования в качестве самостоятельной навигацион­ной системы ГЛОНАСС дополняет GPS. Что увеличивает чис­ло одновременно наблюдаемых спутников, улучшает геомет­рические факторы используемых созвездий спутников, а в конечном итоге повышается точность геодезических определений.

GALILEO. Европейская навигационная система GALILEO является еще одной ГНСС.GALILEO – это многоцелевая система. В частности, она призвана повысить точность позиционирования по сравнению с современными возможностями GPS/ГЛОНАСС. Одной из ее особенностей будет доступность навигационных решений в высоких широтах, также GALILEO должна стать независимой навигационной основой для стран Европы (на случай возникновения международных конфликтов). Текущий план предполагает вывод в эксплуатацию системы GALILEO к 2012/14 г. – что на три-четыре года позже, чем ранее предполагалось. В систему GALILEO войдет созвездие из 30 спутников (27 основных и 3 резервных), а также сеть наземных станций. Спутники GALILEO будут перемещаться по орбитам, чья высота несколько больше, чем высота орбит спутников GPS, однако принцип определения координат точек местности остается тем же. Появление ещё од­ной навигационной спутниковой системы расширит возмож­ности технологий спутниковых геодезических определений.

СРНС включает в себя три сегмента:

- космический с орбитальной группировкой навигацион­ных спутников;

- наземный комплекс управления и контроля;

- сегмент потребителя.

Космический сегмент GPS- часть ГНСС состоящая из созвездия навигационных спутников. Он состоит из 24 основных и не­скольких резервных спутников, расположенных на шести орбитах, близких к круговым. В плоскости каждой орбиты спутники равномерно разнесены по долготе через 60 градусов, это по­зволяет одновременно наблюдать четыре и более спутников с любой точки планеты. Период обращения спутников по орбитам 12 часов, высота над поверхностью Земли около 20000 ки­лометров.

Полная орбитальная группировка ГЛОНАСС также вклю­чает 24 спутника, но в трёх орбитальных плоскостях по 8 спутни­ков в каждой. Период обращения 11 часов 15 минут 44 секунды, высота орбиты над поверхностью Земли 19100 км. Время активной работы спутника на орбите составляет в среднем 3,5 года. Внешний вид навигационного спутника ГЛОНАСС представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Спутник ГЛОНАСС и созвездие спутников

Наземный комплекс управления и контроля - часть ГНСС, состоящая из расположенной на земле сети наземных станций, выполняющих непрерывные наблюдения всех спутников созвездия, передающая им обновленную информацию и управляющая их полетом. Этот комплексв GPS состоит из сети станций слежения, расположенных по всему миру. Имеется главная станция, контрольные станции слежения за спутниками и станции закладки данных на борт спутника. Станции слежения оснащены высокоточной аппаратурой и регистрируют сигналы, поступающие от всех спутников системы, передают результаты на главную станцию, где они обрабатываются. По ним рассчитываются параметры орбит, поправки бортовой шкалы времени, уточняются параметры модели тропосферы и ионосферы. Вычисленные необходимые поправки передаются на борт спутников. Проводится непрерывный мониторинг работы спутников.

Благодаря надёжному комплексу контроля и управления обеспечивается постоянная бесперебойная работоспособность системы, периодически обновляется содержание радионави­гационных сообщений всех спутников, уточняются их эфе­мериды и параметры синхронизации. Служба мониторинга включает спутники GPS и ГЛОНАСС.

Сегмент потребителей состоит из приёмников, пакетов программного обеспечения, наземных постоянно действующих базовых станций (сетей), сообщества пользователей. Всю аппаратуру, принимающую радионавигационные сигналы спутников, по назначению определяемым величинам и точностным характеристикам можно подразделить на геодезическую, навигационную и туристско-бытовую. Геодезические приёмники могут рабо­тать в одной системе (например, GPS или ГЛОНАСС), в двух системах: GPS + ГЛОНАСС. А в дальнейшем предпо­лагается использование трёх систем: GPS, ГЛОНАСС, GALILEO. Производятся измерения на одной частоте L1 или на двух частотах L1 и L2, определения выполняются по кодовой или фазовой информации полученного сигнала.

Наибольшую точность обеспечивают геодезические двухчастотные приёмники, работающие одновременно по фазе и кодам. Навигационные приёмники наряду с координата­ми определяют дополнительные навигационные параметры движущегося объекта, их точность ниже геодезических и оценивается величинами от долей до десятков метров. Туристско-бытовые приёмники обеспечивают более низкую точность (Garmin, автомобильный навигатор, телефоны со встроенным GPS приемником, карманные ПК).

ГНСС приемники

С точки зрения новейших технологий производства топографических съемок предпочтение отдается автоматизированным средствам измерений. На сегодняшний день пользуются широким спутниковая аппаратура, специально разработанная для решения геодезических задач с применением систем ГЛОНАСС. Любой приемник, является высокоточным электронным инструментом. Полный комплекс состоит из полевой (ГНСС-приемник с принадлежностями) и камеральной (сопутствующий программный пакет, зарядное устройство и тому подобное) частей. В полевой комплект одночастотного оборудования обычно входят ГНСС-приемник, специализированная антенна, источники питания (аккумуляторы), портативный контроллер и набор соединительных кабелей. В разных моделях эти части могут быть объединены между собой.

Самое современное спутниковое оборудование для навигации может использовать сервисы, предоставляемые системами ГЛОНАСС и Galileo. Современные строительные, изыскательские и геодезические работы выполняются с применением самых современных и передовых технологий сбора и обработки информации, для чего и служит спутниковое оборудование. Геодезическая аппаратура активно применяются на начальных этапах строительства, межевания, привязки контрольных точек разбивки теодолитных и тахеометрических ходов, с помощью данного оборудования полевые геодезические работы выполняются в рекордно сжатые сроки позволяя не только собирать координатные данные, но и одновременно со сбором производить их обработку в реальном времени.

В зависимости от сигналов, по которым ГНСС-приемники могут проводить измерения, их условно делят на кодовые (выполняющие измерения только по коду) и фазовые (выполняющие измерения еще и по фазе несущих частот).

Точность кодовых приемников при определении автономных (абсолютных) координат очень низкая. Для ее повышения используется дифференциальный режим измерений, что позволяет определять координаты объектов с точностью от 20-30 сантиметров до 5 метров в зависимости от качества прибора и методики полевых наблюдений.

Фазовые ГНСС-приемники при относительных измерениях обеспечивают сантиметровую точность определения координат пунктов. Именно такая точность и необходима при решении большей части современных геодезических задач в России. Фазовые приемники также делятся по типу проводимых измерений на одночастотные (работающие только на частоте L1) и двухчастотные (на L1 и L2). Хотя двухчастотные приемники имеют ряд серьезных технологических преимуществ (по точности, длине определяемых векторов, скорости измерений и так далее), не менее широкое распространение в нашей стране получили одночастотные приборы, поскольку они в 2-5 раз дешевле двухчастотных, имеют меньшие размеры, массу, энергопотребление и, как правило, проще в управлении.

Рисунок 12 - Спутниковая система EPOCH 10 L1

Рисунок 13 – ГНСС приемник Sokkia GSR2700 ISX, ровер GPS -GLONASS L1/L2

Рисунок 14 – ГНСС- приемник Trimble 5700

Рисунок 15 – ГНСС приемник Leica GPS 1200

Рисунок 16 – ГНСС- приемник Topcon Hiper

Новинка отечественных конструкторов - спутниковая двухчастотная навигационная аппаратура «ИЗЫСКАНИЕ». Обеспечивает определение координат точек земной поверхности: в режиме реального времени с использованием корректирующей информации, переданной по радиоканалу стандарта GSM от ГККС; в режиме постобработки измерений с использованием информации, полученной с ГККС или других геодезических приемников. 36 каналов приема сигналов ГЛОНАСС стандартной точности.

Рисунок 17 – спутниковая двухчастотная навигационная аппаратура «ИЗЫСКАНИЕ»

Также отдельно можно приобрести полевые контроллеры, к описанному выше оборудованию, например к двухчастотному ГНСС приемнику Trimble 5700 подходит полевой контроллер TRIMBLE TSC2 (рисунок 18). Он выполнен в пластмассовом, а по краям прорезиненном водонепроницаемом корпусе, имеет современную операционную систему Windows Mobile 6.0,процессор: 520 MHz Intel, 128 MB SDRAM, 512 MB внутренней памяти, встроенный динамик и микрофон, сенсорный цветной экран 320x240, Bluetooth, USB, 2 слота CompactFlash.

Рисунок 18 – полевой контроллер TRIMBLE TSC2

Основные характеристики спутниковой аппаратуры, их роль для геодезических съемок. Обзор аппаратуры ведущих фирм-производителей.

Как говорилось выше, анализ структур­ных схем аппаратуры различных потребителей показывает почти полную их идентичность, поэтому приведем основные характеристики спутниковых приемников:

- уровень точности определения координат, например, для Trimble 5700, 5+0,5мм/1 км; - двухчастотный/одночастотный приемник; -одно системный / двух системный приемник; - наличие инициализации на лету; - наличие USB порта; - карта памяти; - встроенное устройство для подзарядки аккумуляторов; - наличие Bluetooth; - наличие радио/GSM модемов; - рабочая температура приемника и т.п.

От наличия характеристик спутниковой аппаратуры, зависит точность, скорость, легкость выполнения геодезических измерений, например, двухчастотный приемник наиболее точный, требует меньше времени на измерение. Наличие у приемника Bluetooth связи между приемником и контроллером позволяет, например, в дождь управлять приемником из машины с помощью контроллера и т.п.

Среди фирм производителей приемников (а их почти 70), геодезическую аппаратуру выпускают 10 фирм, в их числе Leica Geosystems, Trimble Navigation, Topcon, NovAtel и др. Это не полный список, в нем, например, отсутствуют российские и китайские фирмы, а с другой стороны, мир индустрии геодезических приемников живет динамичной жизнью: фирмы появляются, исчезают, поглощаются одни другими, продаются, покупаются и т.д.

Лекция 4

Современные нивелиры, виды, преимущества и назначение. Методика выполения нивелирования.

Нивелирование является самым распространенным видом геодезических работ и проводиться с целью измерения (определения) разности высот точек.

Существуют различные способы нивелирования: геометрическое, тригонометрическое, барометрическое, гидростатическое. Наиболее распространен способ геометрического нивелирования, т.е. нивелирования горизонтальным лучом. Данный вид работ выполняется комплектом оборудования, состоящим из нивелира, установленного на штативе, и пары реек. Безусловно, основной частью комплекта является нивелир.

История классического оптического нивелира насчитывает не одно столетие. Конструкция прибора постоянно изменяется и совершенствуется. В настоящее время самыми распространенными являются автоматические оптические нивелиры – приборы, имеющие специальный конструктивный узел, который называется компенсатор. Компенсатор служит для автоматического поддержания оптической оси нивелира в горизонтальном (рабочем) положении. Такой подход значительно повышает надежность получаемых результатов, облегчает труд исполнителей и экономит рабочее время. Развитие современных технологий привело к созданию новых видов приборов: электронных (цифровых) и лазерных нивелиров.

Цифровые нивелиры используются со специальными штрихкодовыми рейками, используя которые можно измерять не только превышение, но и расстояние между точками, а также горизонтальные углы. Наблюдателю достаточно навести прибор на рейку, сфокусировать изображение, нажать на кнопку и прибор автоматически возьмет отсчет, высветив его на экране. Цифровые нивелиры не только повышают точность и скорость работы, но и исключают одну из основных ошибок нивелирования – ошибку наблюдателя. Прибор в отличие от человека не ошибается, поэтому использование в работе нивелира позволяет максимально качественно и быстро произвести измерения.

Оптические и цифровые нивелиры, как правило, предназначены для использования специально подготовленными исполнителями, представляющими суть процесса и имеющими определенные профессиональные навыки. Лазерные нивелиры, напротив, созданы для того, чтобы ими мог пользоваться любой человек для решения самых различных задач. Уровень автоматизации и наглядность работы лазерных нивелиров, таковы, что их использование в большинстве случаев не требует специальной подготовки. Существует большое количество различных моделей лазерных нивелиров, отличающихся по конструкции, по назначению и точности работы. Наибольшее распространение лазерные нивелиры приобрели в строительстве при монтажных и отделочных работах, заменив привычные уровни, бечевки и т.п.

Цифровой нивелир Trimble Dini.

В нивелирах серии Trimble DiNi представленного на рисунке 8, учтены требования к приборам для современного топографо–геодезического производства: экономическая эффективность при высокой точности, удобство в работе, надежность и цифровой вид предоставления данных. Нивелиры серии DiNi обладают рядом технических новшеств: улучшенная система автоматического считывания по рейке со специальным штрих-кодом, точное измерение расстояний, оптико–электронный лимб горизонтального круга, карта памяти для хранения данных, бесконечный винт тонкой наводки и компенсатор. Нивелиры Trimble DiNi могут быть использованы как для работ на строительной площадке, так и при высокоточных работах, например, слежении за деформации объектов.

Рисунок 8 – Цифровой высокоточный нивелир Trimble DiNi

Благодаря высокой точности, а так же компенсатору и автоматическому вводу атмосферных и инструментальных поправок в результаты измерений, данный нивелир позволяют проводить работы по нивелированию 1 и 2 классов точности. Возможность измерения расстояний позволяет быстро выравнивать плечи в нивелирных ходах вперед и назад, обеспечивая высокую надежность результатов, и оптимизируя распределение ошибок.

Простой технологический процесс и удобный интерфейс меню, позволят вам быстро освоить работу с прибором и эффективно его использовать. Работая с нивелирами DiNi, Вы можете сэкономить до 50 процентов временных и материальных затрат, благодаря тому, что использование цифровых нивелиров исключает личные ошибки человека (ошибки при считывании, ошибки записи, ошибки расчетов); все измерения и вычисления производятся автоматически и быстро. Программное обеспечение нивелиров серии Trimble DiNi имеет различные функции измерений: передача высот, разбивочные работы, нивелирование пикетов, контроль при проложении нивелирных ходов. Цифровые нивелиры (в зависимости от модели) для сохранения данных используют карту памяти PCMCIA или внутреннюю память, а для обмена данными с компьютером – RS232С порт.

Для уравнивания отдельных ходов и нивелирных сетей данные могут быть загружены в специальное программного обеспечение: Trimble Geomatics Office, CREDO. Также прибор может быть укомплектован программным пакетом Terramodel Field Data, который позволяет производить импорт и экспорт данных, делать вычисления, строить поверхности и планы, проектировать дороги, вычислять объемы и создавать модели местности в виде цифрового видео-фильма для работ по ландшафтному проектированию.

Лекция 5

Применение технологии лазерного сканирования в архитектуре, промышленности, топографии.

Тенденции автоматизации всех сфер производственной деятельности человека обусловлены, прежде всего, бурным развитием микропроцессорной техники и цифровых технологий. Разработка компьютерных систем принятия решений позволила в значительной степени сократить влияние человеческого фактора на объемы и качество выпускаемой продукции. В данной ситуации микропроцессорная техника сыграла роль интегрирующего звена между отдельными этапами и технологиями производственных процессов.

В частности, интеграция цифровой техники сбора данных, геодезических и фотограмметрических технологий привела к появлению принципиально новых приборов для сбора пространственной информации о местности – систем наземной лазерной локации (наземных лазерных сканеров).

Сущность наземного лазерного сканирования заключается в измерении с высокой скоростью расстояний от сканера до точек объекта и регистрации соответствующих направлений (вертикальных и горизонтальных углов), следовательно, измеряемые величины при наземном лазерном сканировании являются аналогичными, как и при работе с электронными тахеометрами.

Однако принцип тотальной съемки объекта, а не его отдельных точек, характеризует НЛС как съемочную систему, результатом работы которой является трехмерное изображение, так называемый скан.

Изображения, получаемые НЛС, обычно несут чрезвычайно большой объем информации, являющийся в ряде случаев избыточным. Во-первых, такая информация обладает статистической избыточностью, заключающейся в том, что соседние элементы изображения друг друга повторяют. Если применить теорему Котельникова – Шинона [7], согласно которой «произвольный сигнал, спектр которого не содержит частот выше fВ, может быть полностью восстановлен, если известны отсчетные значения этого сигнала, взятые через равные промежутки времени 1/(2fB)», то следует, что наземное лазерное сканирование является непрерывным способом получения информации об объекте съемки, так как обычно пространственное разрешение сканирования выше, а угловой шаг сканирования меньше ошибки определения координат отдельных точек наземным сканером. Во-вторых, изображения обладают психовизуальной избыточностью, т. е. часть информации на получаемых сканах может быть исключена без последствий для восприятия их человеком. Другой тип избыточности сканов определяется их «семантической» природой, позволяющей при обработке изображения учитывать особенности организации реального мира.

Именно свойства избыточности позволяют говорить о полной автоматизации процесса сбора информации об объекте. Помимо высокой степени автоматизации, наземное лазерное сканирование обладает также следующими достоинствами по отношению к другим способам получения пространственной информации:

а) возможность определения пространственных координат точек объекта в

полевых условиях (в момент сканирования измеряются дальность,

Наземные лазерные сканеры – это совершенно новое геодезическое оборудование. Лазерный сканер по средствам высокоскоростного сканирования переносит совокупность характеристик реальной поверхности в цифровой вид и представляет результат в пространственной системе координат. Если рассмотреть техническую сторону лазерных сканеров, можно сказать, что лазерный сканер – это прибор, оснащенный высокоскоростным безотражательным лазерным дальномером и системой изменения направления луча лазера – специальное поворотное зеркало. Задав область сканирования – сектор поворота зеркала, в котором будет с большой скоростью до 50 000 точек в минуту распространяться лазерный луч дальномера, можно получить сплошную съемку интересующего объекта. Причем плотность точек лазерного сканирования может быть от 0,25мм до 1м и более. В результате получается массив точек, каждая из которых имеет 3 пространственные координаты X Y Z и информацию о псевдоцвете. Лазерный сканер может выполнять съемку объектов находящихся в любом месте сферы – полный круг по горизонтали (360°) и 270° по вертикали. Такое широкое поле зрения лазерного 3D сканера позволяет минимизировать количество станций сканирования. Точность безотражательного дальномера наземного лазерного сканера в среднем 4 мм. При этом точность положения каждой измеренной точки по трем осям (X, Y, Z) - не ниже 6 мм при расстоянии до объекта 50 метров и менее.

Преимущества наземного лазерного сканирования:

а) трехмерная модель объекта получается мгновенно;

б) точность измерений очень высока, чертежи сечений и другие чертежи;

в) сбор данных осуществляется очень быстро – существенная экономия времени при работе в поле;

г) дефекты и недочеты выявляются просто – достаточно лишь сравнить полученную конструкцию с проектной 3- мерной моделью;

д) безопасность съемки опасных и труднодоступных объектов;

е) топографические планы получают с помощью виртуальной съемки;

ё) расчет величины деформаций путем сравнения с ранее полученными результатами съемок [11].

По прежнему рынок современного оборудования переполнен моделями зарубежных фирм производителей (приложение Д).

Лазерный сканер Leica HDS6100

Высокоскоростной - 500 000 точек в секунду, производительный и компактный лазерный сканер с дальностью сканирования до 79 метров и Wi-Fi связью с ПК (рисунок 21).

Рисунок 21 - Лазерный сканер Leica HDS6100

Лазерный сканер Topcon GLS-1000

Точность угловая: 6"

Дальность: до 330м

Скорость сканирования: 3000 точек/сек

Удобный и простой в работе лазерный сканер для выполнения множества различных прикладных работ (рисунок 22).

Рисунок 22 - Лазерный сканер Topcon GLS-1000

Лазерный сканер RIEGL LMS-Z620

Дальность: от 2 до 2000м.

Рисунок 23 - Лазерный сканер RIEGL LMS-Z620

Лекция 6

Трассоискатели.

Не всегда можно определить месторасположение трубопровода. Для этих целей используются приборы поиска подземных коммуникаций. Среди большого разнообразия оборудования для локализации можно выделить основные типы аппаратуры, реализующие следующие физические методы:

- магнитные;

- радиоволновые;

- электромагнитные.

Для выбора конкретного типа и даже марки аппаратуры необходимо учитывать условия ее будущего применения. При проведении работ в городских условиях или на крупных промышленных объектах с большим скоплением подземных коммуникаций решающая роль при выборе оборудования играют помехоустойчивость и пространственная избирательность аппаратуры. На практике часто возникают сложные ситуации, приводящие к неоднозначной интерпретации полученных результатов. Для уменьшения вероятности ложного определения положения подземной коммуникации используют многочастотную аппаратуру или сочетание приборов, реализующих различные физические методы.

Магнитометры – это приборы, реализующие магнитный метод поиска, основанный на регистрации искажения магнитных силовых линий Земли подземными коммуникациями. Принцип действия прибора определяет его главное ограничение, возможен поиск только стальных (ферромагнитных) подземных коммуникаций.

На практике чаще используют приборы, типа градиентометров (другое название, часто встречающееся в зарубежной литературе, – магнитолокатор), которые регистрируют локальные изменения поля Земли. Эти приборы имеют небольшую массу, просты в эксплуатации и, как правило, представляют собой чувствительный элемент в виде трубки, внутри которого размещены датчики магнитного поля и электронный блок. Известные типы градиентометров позволяют обнаруживать крупные объекты (труба диаметром 1440 мм) на глубине 4 – 6 м, а объекты типа крышки люка колодца – на глубине около 1 м.

Другой класс поискового оборудования, использующий отражение электромагнитной волны от неоднородностей в грунте – это радиоволновые приборы. Грунтовой радар (Ground Penetration Radar - GPR) представляет собой электронный блок с регистратором и набором антенн. Он предназначен, в основном, для поиска пустот в грунте, обнаружения крупных объектов (размером с железную бочку) и фундаментом зданий на глубине 7 – 9 м. Перед началом поиска с использованием радара проводится тщательная настройка на конкретный грунт. Расшифровка полученных данных довольно сложная и требует высокой квалификации специалиста. Поэтому в США такие приборы обычно берутся на прокат вместе с оператором. Приборы такого класса стоят от 25000 до 80000 дол.

Металлоискатель использует создаваемое поисковым элементом электромагнитное поле, которое распространяется в окружающей среде, образуя коническую зону, в которой происходит обнаружение металла. На поверхности металлов, попавших в зону действия поисковой катушки, под воздействием электромагнитного поля возникают вихревые токи. Эти токи создают собственное встречное электромагнитное поле, которое компенсирует и искажает конфигурацию основного поля поискового элемента.

По признаку взаимного расположения приемника и излучателя электромагнитного поля можно различать приборы с совмещением и с раздельным расположением приемника и излучателя. Очень часто приборы с раздельным расположением приемника и излучателя выполняют разборными, что дает возможность использования прибора в качестве трассоискателя. Совмещенные и раздельные металлоискатели обладают различным набором потребительских свойств, которые определяют основные области применения приборов.

Совмещенные металлоискатели чаще всего применяются для поиска неглубоко залегающих мелких объектов (кладов, реликвий). Максимальная глубина обнаружения для мелких предметов (монеты) составляет не более 0,5 м, для крупных предметов (крышка колодца) – не превышает 1,2. Эти приборы можно использовать для поиска засыпанных люков перед дальнейшим подключением трассоискатели. Наиболее передовые из выпускаемых на сегодняшний день металлоискателей имеют возможность косвенного определения типа металлического объекта и специальные функции поиска объектов заданного типа.

Глубинные (дипольные) металлоискатели – это приборы с разнесенными: приемником и излучателем.

Отличительной особенностью этих приборов является то, что они не реагируют на близко расположенные мелкие предметы. Приборы используются для поиска глубоко расположенных крупных предметов (предельная глубина обнаружения 6 – 8 м), а также для трассирования подземных коммуникаций вне города. Несмотря на достаточно высокую чувствительность, бывает затруднено разделение двух рядом расположенных ниток трубопровода. Минерализация грунта (наличие солончаков и т.д.) также сильно осложняет поиск, делая его в некоторых случаях невозможным.

Последнюю группу приборов, непосредственно предназначенных для поиска подземных коммуникаций, составляют собственно трассоискатели. Трассоискатели предназначены для определения местоположения подземных коммуникаций (трубы, кабели, различного рода металлические предметы). Трассоискатель состоит из двух частей приемник и генератор. Приемник предназначен для определения положения определяемого объекта его глубины и для некоторых трассоискателей силы тока. Генератор для наведения тока ультразвуковой частоты. Современные трассоискатели позволяют регистрировать электромагнитные поля различной частоты и природы возникновения. Многочастотный трассоискатель представляет собой универсальный прибор, позволяющий резко снизить вероятность ложного определения положения, сохраняя высокую скорость обследования. Можно выделить два основных направления трассоискания: это активные и пассивные методы. К активным относятся методы трассоискания с применением приборов, использующих отдельно (из состава комплекта) генератор. При пассивных методах применяются трассопоисковые приемники, использующие излучения подземных коммуникаций на сетевой частоте или диапазоне 17 – 25 Кгц (наводки от дальних радиостанций, телефонных линий и т.п.). Для обследования в активном режиме необходим комплект поискового оборудования, состоящий из генератора и приемника. Источник испытательного тока – трассопоисковый генератор, подключенный к одному или двум концам интересующей инженерной коммуникации. Местоположение и глубина залегания инженерных коммуникаций определяются оператором с поверхности земли. Максимальная напряженность магнитного поля, измеренного приемником по п