Работа в безотражательном режиме тахеометра

Безотражательный режим представляет собой технологию в современной геодезии, которая позволяет выполнять измерения расстояний при помощи электронного тахеометра без необходимости установки отражающей призмы на целевом объекте. Этот функционал стал ключевым преимуществом электронных приборов нового поколения, значительно расширив их возможности, особенно в строительстве и при работе в сложных условиях.

Безотражательный режим тахеометра — это специальная функция дальномера, которая позволяет направить лазерный луч непосредственно на поверхность измеряемых конструкций или естественных объектов, а затем зафиксировать отраженный сигнал для расчета дистанции.

Основное отличие от классических методов геодезических измерений заключается в отсутствии необходимости задействовать призмы. Традиционная съемка требует, чтобы помощник (реечник) установил веху с отражателем, например RGK CLS25-SL с призмой RGK Optima, точно над целевой точкой, что увеличивает время работы и требует привлечения дополнительного персонала. В безотражательном режиме геодезист может работать в одиночку, используя только тахеометр с поддержкой такой функции (пример — FOIF RTS010), который, благодаря мощному дальномеру, обеспечивает высокую точность углов и расстояний на больших дистанциях.

Работа безотражательных дальномеров основана на двух основных методах измерения расстояний и, соответственно, двух видах дальномеров (EDM):

1. Импульсный метод (время прохождения). Прибор излучает короткий лазерный импульс и измеряет время, за которое он доходит до объекта и возвращается обратно. Этот метод позволяет достичь большой дальности, иногда до 1500–2000 метров до белой цели. Однако он обычно характеризуется более широким лучом.
2. Фазовый метод. В этом случае измеряется сдвиг фазы отраженного сигнала по сравнению с выпущенным. Этот метод, как правило, обеспечивает более высокую точность и формирует более узкий луч, но при этом имеет меньший диапазон измерений.

Суть работы заключается в том, что высокомощный лазерный луч направляется на поверхность и рассеивается от нее (диффузное отражение). Часть этой рассеянной энергии возвращается обратно в приемник тахеометра. На основе анализа времени или фазового сдвига вернувшегося сигнала электронный прибор вычисляет наклонное расстояние. Полученные данные затем используются для тригонометрических расчетов координат.

Для работы в безотражательном режиме тахеометра требуется мощный лазерный дальномер, способный обнаруживать отраженную энергию от обычной поверхности, а не от специализированной призмы. Производители постоянно совершенствуют конструкцию дальномеров, чтобы минимизировать отклонения и обеспечить надежные измерения в сложных условиях.

Один из ключевых факторов, ограничивающих точность безотражательных измерений, — это расходимость пучка лазерного луча. По мере увеличения расстояний между тахеометром и объектом размер луча увеличивается. Например, если на расстоянии 100 метров ширина луча может составлять 40 мм, то при наведении на небольшой объект (например, головку болта) с большой дальности сигнал будет отражен не только от цели, но и от окружающего фона, что приводит к погрешности.

Идеальные измерения выполняются, когда луч падает на поверхность перпендикулярно (угол падения равен нулю). Однако на практике это почти невозможно. Когда угол падения увеличивается (то есть поверхность находится под острым углом к линии визирования), точность резко снижается. Это происходит потому, что увеличивается площадь лазерного пятна на поверхности, и возникает разница в расстояний между краями и центром луча, что приводит к искажению отраженного сигнала.

При испытаниях было установлено, что при углах падения, превышающих 30 градусов от перпендикуляра, точность измерений становится ненадежной и может выйти за пределы, заявленные производителем оборудования.

Точность безотражательных измерений — это многофакторная величина, которая зависит не только от класса прибора. Так, например, менее точный прибор Leica TS07 R500 (5") может в зависимости от внешних условий и материалов отражающих поверхностей давать схожий результат с FOIF RTS362 (R1000, 2") — тахеометром с меньшей погрешностью.

Материалы строительных конструкций по-разному взаимодействуют с лазерным лучом.

Бетон и кирпич обычно дают стабильный результат. Испытания показывают, что измерения бетонных поверхностей могут оставаться в пределах допустимой точности даже при углах до 80 градусов, хотя это может зависеть от конкретного прибора. Оцинкованная или полированная сталь с высокой отражающей способностью могут быть проблематичными, особенно при съемке с близкого расстояния В этом случае прибор получает слишком большой объем данных, что может привести к отклонений и неточным измерениям. Стекло и другие прозрачные поверхности могут затруднять измерения или приводить к ложным отражениям.

Цвет объекта напрямую влияет на дальность работы. Светлые поверхности (например, белая окрашенная стена) отражают луч лучше, что позволяет увеличить максимальное расстояние. Темные поверхности поглощают больше энергии, сокращая доступную дальность и снижая достоверность замеров.

Хотя время суток не является критическим ограничивающим фактором (многие приборы оснащены подсветкой для работы в темное время), сильное прямое солнечное освещение или недостаток освещения могут влиять на качество и стабильность результатов.

Изогнутые поверхности (например, резервуары) представляют особую сложность. Из-за конструкции объекта и его кривизны луч почти никогда не падает строго перпендикулярно, что приводит к погрешностям, схожим с теми, что возникают при большом угле падения.

Главный плюс — это возможность снимать точки без необходимости установки призм или марок, отражающих луч. Это позволяет геодезисту быстро замерять точки на конструкциях, к которым невозможно или небезопасно получить доступ.

Безотражательный режим позволяет одному специалисту проводить измерения и сбор данных, поскольку не требуется помощник для установки вехи. Это существенно снижает трудозатраты (по оценкам, на 20–40%) и сокращает общее время геодезических работ в 1,5–2 раза.

Благодаря исключению этапа установки и центрирования отражателя, процесс съемки, особенно при массовом сборе точек, становится значительно быстрее. Современные приборы, такие как FOIF RTS102N (R1000, 2"), имеют боковую кнопку для быстрых замеров и записи точек, что повышает скорость работы.

На строительной площадке или промышленных объектах часто существуют зоны повышенной опасности, где нахождение персонала нежелательно или запрещено. Безотражательный режим обеспечивает возможность съемки опор, фасадов зданий, мостовых конструкций или карьерных откосов с безопасного расстояния, минимизируя риски травматизма.

Функция также незаменима при работе с труднодоступными объектами. Она позволяет выполнить исследования сложных элементов конструкции, таких как внутренние углы, фланцы, карнизы, или для контроля монтажного оборудования.

Максимальная дальность измерений в режимах тахеометра без призм всегда ниже, чем при работе с отражателями. Например, FOIF RTS010 (R1000, 1") в безотражалке ограничен 1000 метров, тогда как с отражателем его диапазон составляет до 5000 метров.

Точность и надежность измерений зависят от способности поверхности отражать луч. Темные, мокрые, или пористые материалы (например, рыхлый грунт) снижают интенсивность отраженного сигнала, что может привести к погрешностям.

Высокоотражающие поверхности (полированный металл, стекло) могут приводить к ложным или множественным отражениям, затрудняя работу. В случае работы с объектами из оцинкованной стали испытания показали, что при близком расстоянии (менее 30 метров) точность может быть недостаточно.

Сложности при больших углах падения — это одно из наиболее серьезных ограничений. Как только угол падения луча отходит от перпендикуляра более чем на 30 градусов, надежность резко снижается из-за эффекта расходимости пучка луча и увеличения пятна лазерного излучения на поверхности.

Природные осадки (дождь, снег), а также высокая влажность или туман могут рассеивать лазерный луч, вызывая отклонения. Хотя работать можно, точность будет понижена.

Безотражательная технология незаменима, когда физический доступ к измеряемых точкам ограничен. Это могут быть обрывы, насыпи, резервуары (РВС), где работы с использованием вехи невозможны.

На объектах с повышенной опасностью (например, в карьерах, на активных промышленных площадках, вблизи работающей строительной техники) измерения проводятся с безопасной дистанции. Это ключевой фактор для обеспечения безопасности персонала.

Для съемки фасадов зданий, карнизов, мостов, или элементов ЛЭП безотражательный режим позволяет быстро и безопасно зафиксировать точки без необходимости использования строительных лесов или автовышек.

При необходимости быстрой инвентаризации или сбора большого объема данных о конструкции (например, для обмерных работ в строительстве) безотражательный режим дает значительное преимущество в скорости. Кроме того, он значительно упростил контроль вертикальности и плоскостности несущих строительных конструкций (колонн, стен, пилонов).

При обмерных работах для определения полной геометрии здания безотражательный режим позволяет быстро собрать данные о поверхностях стен и полов, чтобы затем вычислить отклонения от проектных значений. Если не требуется миллиметровая точность, то это более экономичный вариант, чем дорогостоящее лазерное сканирование.

Примеры объектов

1. Фасады зданий, балконы, карнизы. Измерения фасадов для контроля отклонений или подготовки к отделочным работам.
2. Трубы и изогнутые поверхности. Съемка цилиндрических резервуаров или трубопроводов большого диаметра, где доступ к поверхностям затруднен.
3. ЛЭП, мачты, промышленные конструкции. Исследование элементов, находящихся высоко над землей или в опасных зонах.

Для повышения стабильности работы с тяжелым оборудованием и обеспечения максимальной точности углов необходимо использовать надежный штатив типа RGK SJW60, который имеет усиленную площадку и устойчив к внешним воздействиям.

Для получения достоверных данных необходимо следовать ряду практических рекомендаций, чтобы минимизировать отклонения и ошибки, связанные с физическими ограничениями технологи.

Шаг 1. Проверка условий и поверхности. Оцените материал и состояние поверхности. Избегайте мокрых, блестящих или прозрачных объектов. Убедитесь, что выбранная точка является стабильной и не находится в движении (например, растительность или движущаяся техника).

Шаг 2. Настройка EDM. В зависимости от требуемой точности и расстояния, выберите соответствующий режим EDM. Некоторые приборы позволяют настроить луч (например, узкий луч для прецизионных измерений малых объектов или широкий для больших дальностей).

Шаг 3. Корректная наводка. Крайне важно точно навести перекрестие на целевую точку. Учитывая расходимость пучка, особенно при измерениях углов или небольших объектов, старайтесь выбирать максимально близкую позицию для прибора, чтобы уменьшить размер лазерного пятна. Используйте лазерный целеуказатель для визуального контроля луча.

Шаг 4. Проверка отраженного сигнала. Будьте внимательны к показаниям прибора. Если сигнал слабый или нестабильный, это может указывать на ложное отражение или плохую поверхность.

Шаг 5. Контроль повторяемости. Для повышения надежности выполняйте измерения в двух полуприемах (круг лево и круг право). Усреднение углов и расстояний, полученных из этих двух положений, позволяет устранить некоторые систематические ошибки прибора и повысить надежность.

Шаг 6. Сравнение с призменными измерениями. Если возможно, обязательно проводите контрольные измерения по известным точкам с использованием отражающей призмы или марки, чтобы проверить фактическую точность безотражательного режима на данной дальности и поверхности.

Ошибки при работе в безотражательном режиме могут быть грубыми (промахи), систематическими (связанными с плохим знанием прибора или методикой) или случайными.

Съемка по остеклению или другим прозрачным материалам может привести к ошибке, так как луч может пройти сквозь поверхность или отразиться непредсказуемо. Избегайте таких объектов или используйте призму, если доступен задний фон.

При измерениях внутренних или наружных углов здания существует риск, что луч из-за своей расходимости отразится не от вершины угла, а от прилегающей поверхности. При съемке внутренних углов не рекомендуется работать с расстояний более 30 метров, а наружных углов — более 60 метров.

Как только угол падения приближается к 70 градусам, точность перестает соответствовать заявленным спецификациям прибора. В таких случаях лучше найти другое место установки или использовать альтернативные методики измерений углов (например, обратную засечку).

Использование импульсного режима (широкий луч) для измерения мелких объектов приведет к тому, что луч покроет и фон, вызывая отклонения от истинного расстояния.

Слабый отраженный сигнал — это предупреждение о том, что измерения могут быть ненадежными. Слабый сигнал может быть результатом неподходящего материала поверхности или чрезмерного расстояния.

Выбор оборудования для геодезических работ в безотражательном режиме должен основываться на требованиях к точности, дальности и типу объектов, с которыми предстоит работать.

Ключевые параметры:

1. Дальность без отражателя: Определяет максимальное расстояние, на котором вы можете работать без призм.
2. Угловая точность: Для инженерных работ с жесткими допусками рекомендуется оборудование высокой точности 2" и выше.
3. Мощность EDM/Расходимость пучка: Чем меньше расходимость луча, тем точнее измерения малых объектов и углов.

Для общих строительных и кадастровых работ подходят электронные приборы среднего класса, такие как Leica TS07 R500 (5"), который предлагает точность 2 мм на расстояний до 500 м.

Для сложных инженерных изысканий и контроля предпочтительны модели с расширенным функционалом:

• FOIF RTS362 (R1000, 2"): Инженерный прибор с угловой точностью 2" и мощным дальномером 1000 м, оснащенный профессиональным ПО FieldGenius для работы с поверхностями и чертежами DXF.
• FOIF RTS362N (R1000, 2") с ОС Android: Инновационный прибор на платформе Android 11.0. Эта технология позволяет легко интегрировать геодезические данные с внешним ПО, импортировать/экспортировать чертежи (DXF, DWG) и проводить измерения без контрольных точек, что особенно удобно при обмерных работах зданий.

Геодезия требует ответственного подхода. Помимо технических характеристик оборудования, важно учитывать такие аксессуары, как штатив, который обеспечивает стабильность установки, что критически важно для точности определения углов и расстояний, особенно в сложных полевых условиях.

1. Почему в безотражательном режиме дальность меньше?

Для измерений без призм требуется мощный лазерный импульс, который должен отражаться от обычной поверхности (диффузное отражение). Поскольку только малая часть энергии возвращается, дальность ограничена мощностью луча и чувствительностью приемника. Призмы же возвращают практически всю энергию, обеспечивая гораздо большие расстояния.

2. Можно ли измерять по стеклу?

Измерять по стеклу сложно, так как оно либо пропускает, либо сильно отражает луч, что приводит к нестабильным или ложным измерениям.

3. Почему точность падает при большом угле падения?

Снижение точности вызвано расходимостью пучка луча. При большом угле падения площадь лазерного пятна на поверхности сильно увеличивается, создавая разброс расстояний между центром и краями пятна, что мешает прибору определить единое истинное расстояние до точки.

4. Какие поверхности дают лучшие результаты?

Лучшие результаты дают плоские, матовые, светлые поверхности, расположенные перпендикулярно лучу.

5. Как повысить точность?

Чтобы повысить точность, следует сокращать расстояние до объекта, минимизировать угол падения (стараться визировать перпендикулярно), и проводить изыскания в двух полуприемах.

6. Чем отличается фазовый и импульсный дальномер?

Фазовый дальномер измеряет сдвиг фазы отраженной волны, дает узкий луч и высокую точность, но ограниченную дальность. Импульсный дальномер измеряет время прохождения импульса, имеет больший диапазон расстояний, но более широкий луч и, как правило, меньшую точность.

7. Когда лучше использовать отражатель?

Отражатель (например, RGK Optima) лучше использовать, когда требуется максимальная точность (например, миллиметровый допуск), когда расстояния превышают 1000 метров (где безотражательный режим уже не работает надежно) или когда доступ к точке не затруднен.

Электронный тахеометр — мощный, но не всемогущий прибор, и ответственность за качество работы лежит на геодезисте. Безотражательный режим — это мощный инструмент для геодезических измерений, который обеспечивает скорость и безопасность, особенно в строительстве. Однако геодезисту необходимо четко понимать его ограничения.

Когда использовать безотражательный режим:

• Съемка труднодоступных или опасных объектов (например, ЛЭП, фасады, карьерные откосы).
• Быстрая инвентаризация и обмер конструкций (например, в строительстве зданий).
• Выполнение работ в одиночку.

Используйте режим с призмой, когда точность является критической (до миллиметра), или когда требуется максимальный диапазон расстояний. Для съемки точек на фасадах и других объектах без прямого доступа, выбирайте безотражательный режим.

Мини-чек-лист для полевых работ

• Убедиться, что прибор установлен на стабильный штатив.
• Проверить угол падения луча на поверхность.
• Выполнить измерения в двух полуприемах (КЛ/КП) для контроля точности углов и расстояний.
• Сравнить безотражательные измерения с точками, снятыми по отражателю (при наличии).