Пристрій автоматизованого нівелювання

Реферат: Пристрій автоматизованого нівелювання містить оптико-електронний прилад з матричним фотоприймачем на підставці, електронні блоки керування, обробки, зберігання інформації, індикації. Пристрій виконаний мобільним, підставка містить основу - візок з двигуном і механізмом керування, оснащену ультразвуковим давачем перевищень основи над поверхнею, що нівелюється, вертикальну стійку з механізмом повороту оптико-електронного приладу; оптико-електронний прилад містить подвійну фотоприймальну матрицю і два об'єктиви, що утворюють дві оптичні труби з візирними осями у взаємно протилежних напрямках, два світловіддалемірних блоки з такими ж самими напрямками світлових зондуючих променів, нівелірні рейки, виконані у вигляді опорних візирних цілей з відбивачами, які закріплені на вертикальних стійках, що встановлені на поверхні землі. UA 112334 U (12) UA 112334 U UA 112334 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій автоматизованого нівелювання належить до галузі інженерної геодезії. Існуючий пристрій нівелювання оснований на кількох способах нівелювання: геометричному, тригонометричному, гідростатичному, барометричному, механічному, стереофотограметричному [1-4]. Відомий пристрій - нівелір для геометричного нівелювання зсередини горизонтальним променем по двох нівелірних рейках [1, 2]. Недоліком є висока трудомісткість нівелювання внаслідок великого об'єму ручних робіт і візуальних вимірювань [1,2]. Відомі нівеліри, що обладнані для оптико-електронних автоматизованих вимірювань перевищень на станції [2], які забезпечують досить високу точність нівелювання, при цьому недоліком залишається висока трудомісткість ручних робіт, пов'язаних з перенесенням і встановленням нівеліру і рейок. Пристрої тригонометричного нівелювання застосовуються для нівелювання похилим візирним променем, наприклад оптичною системою теодоліту. Часто такий вид нівелювання використовують при створенні висотного обґрунтування теодолітних ходів, при передачі висот через неприступні відстані, при великих ухилах місцевості, в гірських виробках, коли точки спостереження знаходяться в покрівлі виробки, а також у виробках, що мають значні ухили [3]. Недоліком пристрою тригонометричного нівелювання є висока складність ручних вимірювань. Відомий пристрій барометр для барометричного нівелювання базується на вимірюванні атмосферного тиску зі зміною висоти точки місцевості. Точність цього пристрою невелика - від 1 до 5 м, що є суттєвим недоліком цього способу [2, 4]. Відомий гідростатичний пристрій нівелювання, в якому використовується властивість рідин встановлюватися в сполучених посудинах на одному рівні. Гідростатичні нівеліри є частіше за все стаціонарними системами і складаються з декількох вимірювальних посудин, об'єднаних між собою гнучкими шлангами, що є суттєвим недоліком пристрою у сенсі відсутності мобільності засобів нівелювання і непридатності для нівелювання поверхні відкритих майданчиків [2, 4]. Як аналог, прийнятий за найближчий аналог, слід вибрати пристрій геометричного нівелювання з автоматизованим вимірюванням по кодових рейках [2]. Загальні ознаки даного пристрою із запропонованим: 1) схема візування по двох рейках із розміщенням оптико-електронного (ОЕ) приладу між рейками; 2) автоматизований відлік по рейках і обчислення перевищень. Задачею винаходу є створення пристрою, який дозволяє оперативно і з високою точністю і детальністю автоматично виконувати нівелювання поверхні майданчика за заданим напрямком. Поставлена задача вирішується за рахунок створення пристрою автоматизованого нівелювання, що містить оптико-електронний прилад з матричним фотоприймачем на підставці, електронні блоки керування, обробки, зберігання інформації, індикації, згідно з корисною моделлю, що пристрій виконаний мобільним, підставка містить основу - візок з двигуном і механізмом керування, оснащену ультразвуковим давачем перевищень основи над поверхнею, що нівелюється, вертикальну стійку з механізмом повороту оптико-електронного приладу; оптико-електронний прилад містить подвійну фотоприймальну матрицю і два об'єктиви, що утворюють дві оптичні труби з візирними осями у взаємно протилежних напрямках, два світловіддалемірних блоки з такими ж самими напрямками світлових зондуючих променів, нівелірні рейки, виконані у вигляді опорних візирних цілей з відбивачами, які закріплені на вертикальних стійках, що встановлені на поверхні землі. Технічним результатом є підвищення точності нівелювання в мобільному автоматизованому варіанті суцільного нівелювання поверхні горизонтального майданчика по лінії стулки візирних висотних марок. Запропонований пристрій зображено на фіг. 1, де позначено: 1. Підставка; 2. Ходова частина; 3. Вертикальна стійка; 4. Сидіння оператора; 5. Пульт управління; 6. Стійка пульта управління; 7. Нівелірний оптико-електронний прилад (НОЕП); 8. Механізм обертання блока 7; 9. Блок ультразвукової локації; 1 UA 112334 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 10. Візирні марки; 11. Стійки візирних марок; 12. Візирні промені; 13. Поверхня майданчика. Всі блоки і вузли пристрою змонтовані на єдиній підставці 1 і закріплені з ходовою частиною 2. НОЕП 7, розміщений на вертикальній стійці 3, і з'єднаний з нею через механізм 8 повороту блока 7, на 180° навколо вертикальної осі. На фіг. 2 показано схему побудови НОЕП 7: 14 - корпус НОЕП; 15 - об'єктиви НОЕП; 16 - подвійна ПЗЗ-матриця з мішенями, утвореними у взаємно-протилежних напрямках до світлових потоків 17, які формуються об'єктивами 15. Таким чином, елементи 15 і 16 утворюють дві цифрові камери, що складають НОЕП; 18 - вузол механізму 8 повороту осі приладу 7, керований з пульту управління 5; 19 - світловіддалемірний блок; 20 - світлолокаційні промені. Візирні марки 10 (фіг. 1) можуть бути встановлені на постійних або тимчасових (мобільних) вертикальних стовпах, рейках і містити візирні пункти із світловим контрастом, наприклад, у вигляді світлодіодних матриць. В нижній частині візирних марок (щитів) встановлені відбивачі для світловіддалемірних вимірювань за допомогою блоків 19. На фіг. 3 показано блок-схему пристрою з основними блоками, що приймають участь у вимірюваннях: 5 - пульт управління; 21 - електронний блок обробки інформації; 7-НОЕП; 9 - блок ультразвукової локації; 10 - висотні візирні марки; 19 - світловіддалемірний блок; 22 - відбивачі; 13 - поверхня майданчика. Візирні марки 10 можуть бути встановлені на постійних або тимчасових вертикальних стійках та мають у верхній частині візирні марки із світловим контрастом, наприклад, - у вигляді матриці, яка світиться, а також відбивачі для віддалемірних вимірювань. Описаний пристрій працює наступним чином. 1. Підготовка до нівелювання. 1.1. Встановлюють на ділянці нівелювання дві опорні візирні марки (ОВМ), які фіксують висоти відносно реперів, які на клас нівелювання вище, ніж клас нівелювання поверхні ділянки. Висоти ОВМ визначають з виразу M  R  M , де R - висота репера,  M - перевищення по стійці ОВМ (центру візирної марки) над репером. 1.2. На пульті 5 в блок пам'яті вводять дані: - значення висот візирних марок; - значення висоти  пристрою 7 відносно нижньої площини приймально-передавального ультразвукового блока; - значення координат візирних марок (в умовній системі координат, де X - створена лінія візирних марок). 1.3. Оператор виводить пристрій у створ візирних марок 10. Контроль створного положення і орієнтацію пристрою і візирних осей НОЕП 7 виконують по табло пульту 5, оцінюючи взаємне положення на екрані дисплею в процесі установки і при нівелюванні. 2. Нівелювання майданчику по лініях створу ОВМ. Встановлюють пристрій послідовно на точки на стулковій лінії центрів опорних візирних марок 1 і 2 та одночасно вимірюють кути γ1 і γ2, знімають відліки а1 і а2 по матрицях НОЕП пристрою в точках наведення під час зупинок або руху пристрою по стулковій лінії, також в кожній точці вимірюють перевищення  i - від поверхні майданчика до чутливої площини ультразвукового приймача 17, при цьому контролюють розташування пристрою на стулковій лінії за зображенням опорних візирних марок 1 та 2 на екрані пульту керування 5. Вимірюють відстані від НОЕП 7 до опорної візирної марки 1-S1 та до опорної візирної марки 2-S2. В кожній точці нівелювання вимірюють величини: - відстані S1 та S2, - відстань  ; 2 UA 112334 U 5 - відліки а1 та а2 (відліки кутів γ1 і γ2 відповідно). Ці дані надходять з блоків 7, 9 до пульта управління 5, який має блоки: обчислювальний, пам'яті та блок зберігання і запису інформації. Перевищення поверхні відносно двох реперів в крайніх точках стулки можна визначити, наприклад, за наступним виразом: i  де 10 15 20 25 S1  S2 bM1  bM2  1 S a  S a      , 1  b1   bM2   1 1 2 2 2 S1  S2  2f  bM1   R1   M1 ;   - відмітки висот центрів опорних візирних марок;  bM2   R2   M2  R1 i R2 - відмітки опорних реперів R1 i R2;  M1 i  M2 - довжини вертикальних стійок візирних марок (від реперів R1 і R2 до центрів марок bМ1 і bМ2); f - фокусні відстані цифрових камер нівелірного оптико-електронного приладу; S1 і S2 - горизонтальні відстані, що вимірюються від оптико-електронного приладу до центрів візирних марок відповідно; а1 і а2 - відліки в частках пікселів на мішенях подвійної матриці оптико-електронного приладу;  - довжина стійки оптико-електронного блока від приймально-передавальної площини ультразвукового датчика до центральної точки оптико-електронного блока;  - відстань від поверхні площини до приймально-передавальної площини ультразвукового віддалеміра. Таким чином, запропонований пристрій автоматизованого нівелювання дозволяє отримати точні значення висот точок нівелювання в автоматичному режимі по заданій стулковій лінії. Джерела інформації:: 1. Куштин И.Ф. Инженерная геодезия: учебник / И.Ф.Куштин, В.И.Куштин - Ростов-на-Дону: ФЕНИКС, 2002. - 416 с. 2. Войтенко СП. Інженерна геодезія / С.П. Войтенко - К.: Знання, 2009. - 557 с. 3. Левчук Г.П. Прикладная геодезия /Г.П. Левчук, В.Е. Новак, В.Г. Конусов - М: Недра, 1981. 440 с. 4. Зайцев А.К. Геодезические методы исследования деформаций сооружений / А.К. Зайцев, СВ. Марфенко, Д.Ш. Михелев - М.: Недра, 1991. - 272 с. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Пристрій автоматизованого нівелювання, що містить оптико-електронний прилад з матричним фотоприймачем на підставці, електронні блоки керування, обробки, зберігання інформації, індикації, який відрізняється тим, що пристрій виконаний мобільним, підставка містить основу візок з двигуном і механізмом керування, оснащену ультразвуковим давачем перевищень основи над поверхнею, що нівелюється, вертикальну стійку з механізмом повороту оптикоелектронного приладу; оптико-електронний прилад містить подвійну фотоприймальну матрицю і два об'єктиви, що утворюють дві оптичні труби з візирними осями у взаємно протилежних напрямках, два світловіддалемірних блоки з такими ж самими напрямками світлових зондуючих променів, нівелірні рейки, виконані у вигляді опорних візирних цілей з відбивачами, які закріплені на вертикальних стійках, що встановлені на поверхні землі. 3 UA 112334 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4