Основные рабочие инструменты маркшейдера - измерительные приборы, к которым относятся, в первую очередь, нивелир, теодолит и тахеометр.
Все эти приборы предназначены для измерения углов и расстояний, иногда - для измерения азимута (угла между плоскостью меридиана Земли и направлением).
Функциональные и конструктивные особенности этих приборов могут отличаться - научно-технический прогресс наложил отпечаток и на совершенствование измерительной техники самого высокого уровня, однако принципы их работы и назначение изменились мало за прошедшие десятилетия и даже столетия.

Следует отметить, что по функциональным возможностям наиболее простым прибором является нивелир - он предназначен, в основном, для измерения вертикальных углов.
Следующим по сложности измерительным прибором геодезии и маркшейдерского дела является теодолит. Его функционал дополнен возможностью измерения и горизонтальных, и вертикальных углов.
Наиболее универсальным и функциональным прибором, вобравшим все возможности нивелира, теодолита и дальномера, является тахеометр. С помощью современных тахеометров можно измерять не только угловые, но и линейные величины, т. е. расстояние до объектов, что значительно упрощает съемки и расчеты. Если же тахеометр оборудован системой GPS и встроенным компьютером для обработки и хранения данных, то такой прибор является настоящей мечтой маркшейдера.

Нивелиры

Нивелир - прибор для геометрического определения разницы высот между опорными точками, которую называют превышением . Французское слово "niveau" буквально означает "уровень".

Нивелиры бывают оптико-механические и электронные (цифровые, лазерные).
Оптико-механический нивелир представляет собой прибор, состоящий из зрительной трубы, механизма поворота трубы и чувствительного уровня. Прибор, как правило, устанавливается на штатив. В конструкцию входит рейка и нитяной дальномер для определения расстояния по рейке.
Рейка нивелира представляет собой деревянную или металлическую линейку со шкалой, по которой считывается разность уровней опорных точек при помощи нивелира.
В современных оптико-механических нивелирах присутствует автоматический компенсатор для упрощения установки оси зрительной трубы в горизонтальное положение.

Цифровые нивелиры имеют встроенный процессор для автоматизации вычислений результатов измерений их запоминания, и оснащены специальной рейкой.

Лазерные нивелиры используют для измерений углов и уровней плоский лазерный луч, а также специальную измерительную рейку. При производстве мелкомасштабной съемки они применяются редко, поскольку приборы с оптикой дают более точные результаты.

По степени точности измерений нивелиры подразделяются на высокоточные, точные и технические. В высокоточных нивелирах отсчеты берутся по штриховой инварной рейке, в нивелирах меньшей степени точности - по шашечной рейке.

Теодолиты

Теодолит - измерительный прибор, основное назначение которого - определение направлений и измерение углов между направлениями с высокой степенью точности. Область применения теодолитов: топографические, геодезические, маркшейдерские съемки, строительство зданий, сооружений, дорог и т.д.

Основным измерительным элементами теодолитов являются лимбы - горизонтальные и вертикальные круглые шкалы. Наблюдение ведется через оптическую зрительную трубу, которая наводится на опорную точку при помощи наводящих и закрепительных винтов. Оптическая труба бывает прямого (наблюдатель видит изображение в нормальном положении) и обратного (наблюдатель видит перевернутое изображение) наблюдения.
Составляющие элементы конструкции оптического теодолита - цилиндрический уровень, отвес (механический или оптический - для точной установки прибора над или под опорной точкой). Для снятия отсчетов служит отсчётный микроскоп (микрометр). Кроме этого, некоторые теодолиты оснащены компенсаторами для облегчения горизонтального позиционирования.

Теодолиты подразделяются по степени точности (высокоточные, точные, технические), по назначению (полевые, горные), а также по принципу действия - оптические, фото -, кино -, гиротеодолиты и электронные теодолиты.

Горные теодолиты отличаются от обыкновенных полевых приборов более высокими требованиями к прочности и мобильности, а также защите от загрязнений и влаги, поскольку предназначены для использования в тяжелых условиях подземных выработок. Принципиально они устроены так же, как и аналогичные приборы для наружной съемки поверхности.

Фото- и кинотеодолиты объединяют в своей конструкции фото или кинокамеру с теодолитными измерительными элементами.
По сути это - высокоточная фото- или киносъемка объектов и местности. По степени точности эти теодолиты значительно уступают обычным оптическим приборам.

Гиротеодолит служит для ориентирования, измерения углов и определения направлений. Его принцип действия аналогичен принципу работы гирокомпасов, применяемых в современном мореходстве.
Основу гиротеодолита составляет угломерное устройство для считывания отсчетов положения чувствительного элемента гироскопа и определения азимута требуемого направления. Ось чувствительного элемента гироскопа совершает колебания строго по плоскости меридиана Земли, поэтому угол между направлением и меридианом (азимутом) можно определить с достаточно высокой степенью точности.
Гиротеодолиты нередко применяют в маркшейдерских съемках, при этом для перехода к дирекционному углу вводят поправки для сближения меридианов в проекции Гаусса-Крюгера.

Электронные теодолиты оснащены компьютером, позволяющим автоматизировать вычисления и запоминать результаты.

Тахеометры

Тахеометр - геодезический измерительный прибор для определения расстояний до объектов, а также для измерения горизонтальных и вертикальных углов. Тахеометры применяются для определения координат и высот точек местности при топографической, геодезической и маркшейдерской съемке, при разбивочных работах и составлениях планов высот и координат опорных точек.
По сути, тахеометр - усовершенствованный теодолит, имеющий большую функциональность.

Тахеометры классифицируются по назначению (строительные, полевые), по принципу действия, а также по конструкции.
По принципу действия тахеометры подразделяют на оптические и электронные, которые в последние годы получают все более широкое распространение из-за обеспечения высокой точности и производительности измерительных работ.
Электронные тахеометры работают по принципу радара - они считывают разницу в фазах испускаемого и отраженного от опорной точки луча (фазовый метод), либо разницу по времени прохождения луча до отражателя и обратно (импульсный метод). Фазовый метод используется для измерения углов, а импульсный - расстояний.

По конструктивному исполнению тахеометры подразделяют на модульные, интегрированные и автоматизированные.
Модульные тахеометры состоят из отдельных модулей-элементов - определитель углов, дальномер, органы управления и обработки информации (клавиатура, процессор). Благодаря модульности, можно выбирать элементы тахеометра для решения конкретных задач, исключая излишнюю функциональность всего прибора в целом, что заметно сказывается на стоимости и мобильности тахеометра.

Интегрированные тахеометры отличаются от модульных тем, что все перечисленные выше модули объединены в одном приборе. Такие приборы применяются в том случае, когда необходимо полностью использовать функциональные возможности тахеометра.

Автоматизированные тахеометры несут элементы усовершенствования эксплуатации - сервопривод, системы распознавания, захвата, слежения и т.д. Такие тахеометры значительно облегчают работу, при проведении большого количества измерений на небольшом участке или секторе, а также при мониторинге сдвига или деформации (функция слежения).

Тахеометры, изготавливаемые в Росси - Та2, Та5, Та20 (цифра в модели соответствует величине погрешности прибора в угловых секундах)

Точность измерений, полученных при использовании современных теодолитов, нивелиров и тахеометров очень высока. Так, при использовании прибора на расстоянии до опорной точки 1000 м, получаемая погрешность угловых измерений составляет до полсекунды, линейных - до 1 мм (при импульсных лазерных измерениях).

В последние годы приборы для съемок поверхности Земли стали оснащать глобальными системами позиционирования GPS (спутниковой системой навигации), позволяющей определить местоположение объекта съемки в трехмерных координатах с достаточной степенью точности.
Система GPS при геодезических и маркшейдерских съемках используется лишь для удобства проведения грубых прикидок и ориентирования, поскольку на современном уровне развития не может обеспечить требуемой точности. Однако, последние разработки в этом направлении направлены на то, чтобы обеспечить геодезистов инструментом достаточно высокого уровня точности.
Примечательно, что не только специалисты-землемеры могут сполна оценить преимущества современных технологий - портативные GPS-навигаторы для путешественников, туристов, охотников и других любителей побывать в лесу или в незнакомых местах, способны показать своему владельцу его местоположение (в географических координатах) с точностью до 2-3 метров. Вполне возможно, что пройдет еще несколько лет, и человечество забудет слово "заблудиться".

Нивелирование (или горизонтирование) теодолита заключается в приведении оси вращения прибора в отвесное положение. Его выполняют в следующей последовательности:

устанавливают цилиндрический уровень алидады горизонтального круга параллельно двум подъёмным винтам подставки, поворачивая верхнюю часть теодолита. Вращая винты в разные стороны, приводят пузырёк уровня на середину;

поворачивают верхнюю часть теодолита на 90 0 и, вращая третий подъёмный винт, приводят пузырёк уровня на середину.

Указанные действия повторяют до тех пор, пока в любом положении алидады пузырёк уровня не будет отклоняться от середины более, чем на одно деление.

Примечание. Если не удаётся отгоризонтировать теодолит, необходимо выполнить поверку и юстировку цилиндрического уровня. Методика этой поверки и юстировки приводится ниже.

Задание 3. Забить в землю колышек, отметить карандашом на его верхнем торце точку, отцентрировать и отгоризонтировать теодолит. Изучить и законспектировать в тетради для лабораторных работ правила установки теодолита в рабочее положение.

1.4 Поверки теодолита

До начала работы с теодолитом внешним осмотром проверяют его устойчивость на штативе, плавность хода подъемных и наводящих винтов, а также прочность фиксации вращающихся частей закрепительными винтами. Чтобы обеспечить ожидаемую точность измерения углов, перед началом работы необходимо убедиться в исправности теодолита. Для чего выполняются его поверки и юстировка. В процессе поверок устанавливается соответствие взаимного расположения осей и плоскостей прибора с его геометрической схемой.

Юстировка (исправление) имеет целью исправить взаимное расположение деталей прибора после его поверки с помощью исправительных винтов в полевых условиях. В ряде случаев неисправность прибора устраняется только в заводских условиях.

Схема расположения осей теодолита показана на рисунке 1.5, где ZZ " - ось вращения прибора (основная ось); НН" - ось вращения зрительной трубы; UU  - ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга; WW  - визирная ось.

При работе с теодолитом измерения выполняют при двух положениях вертикального круга относительно окуляра зрительной трубы: круг право – КП и круг лево – КЛ. На рисунке 1.5 теодолит показан в положении круг лево (КЛ). Для контроля соб­людения геометрических условий систематически выполняются по­верки теодолита.

1.4.1 Поверка цилиндрического уровня алидады горизонтального круга

Условие. Ось цилиндрического уровня алидады UU  должна быть перпендикулярна оси ZZ " вращения прибора (рис. 1.5).

Выполнение. Вращением алидады устанавливают уровень параллельно двум подъемным винтам и, вращая винты в противоположные стороны, приводят пузырек уровня в нуль-пункт. Затем поворачивают алидаду на 180°.

Допуск. Если пузырек уровня отклонится от нульпункта не более чем на половину деления, то условие вы­полнено.

Исправление. При невыполнении условия необходимо с помощью исправительных винтов уровня переместить пузырек по направлению к нуль-пункту на половину отклонения. Установку пу­зырька на середину ампулы осуществляют затем вращением подъемных вин­тов.

После исправления поверку необходимо повторить.

Нивелир, теодолит, тахеометр относятся к главным измерительным устройствам, которые должны быть в арсенале работы маркшейдера. Их основное назначение связано с измерением углов и различных расстояний. Нивелир отличает простота функциональных характеристик, работа его связана с вычислением вертикальных углов. Теодолит уже специализируется на измерении не только вертикальных, но и горизонтальных углов. Тахеометр - наиболее универсальная разновидность измерительного прибора, благодаря которому появляется возможность вычислений и расстояний до цели (объекта, например). Такая функциональная особенность позволяет производить расчеты и обработку данных за короткое время. Существуют такие модели тахеометров, которые имеют в своем составе даже компьютер для запоминания и воспроизводства данных.

Тахеометр рассматривают как одну из разновидностей теодолитов - само название с древнегреческого языка переводится как быстрый. Итак, разберемся, чем отличается теодолит от тахеометра. Главная отличительная особенность состоит в наличии у последнего дальномера, благодаря которому и возможно производить измерения не только углов, но и расстояний. Для выполнения геодезических работ электронный тахеометр незаменим, его надежность, многофункциональность позволяют решать множество поставленных задач на высокопрофессиональном уровне.

Существуют тахеометры двух видов:

• отражательные;
• безотражательные.

Безотражательные разновидности рассчитаны на измерение расстояний до любой плоскости, а тахеометры с дальномером могут вычислять расстояния на ту цель, на которую направлена труба устройства.

Как выбрать измерительный прибор высокого качества - основные рекомендации

В специализированных интернет-магазинах можно приобрести теодолит, тахеометр, цена на которые может отличаться. Факторы, которые влияют на выбор прибора:

• составные части (комплектующие);
• страна-производитель;
• технические функциональные особенности.

Так, при покупке таких устройств, как теодолит, тахеометр нужно, в первую очередь, ознакомиться с составными частями этих приборов, а также уделить внимание их техническим возможностям. Необходимо посмотреть, есть ли в наличии компенсаторы, флэш-карта, аккумуляторы, а кроме того, оценить степень точности и дальность работы. При покупке даже такого прибора, как теодолит б/у , не нужно забывать о стране-изготовителе и отдавать предпочтение лишь популярным и проверенным брендам.

Безусловно, непосредственно перед покупкой измерительного прибора Вы должны определиться с целью такого приобретения и условиями, в которых он будет использоваться. Например, если круг работ сводится лишь к выполнению геодезических исследований, то достаточно приобрести и обычный тахеометр отражательного типа. В таком случае тахеометр, цена на который будет значительно ниже стоимости профессиональных лазерных моделей, решит поставленные перед Вами задачи.

В любом случае стоимость на электронные тахеометры будет значительно выше, чем на теодолиты. Это объясняется тем, что вычисление и получение результатов производятся с применением электронной системы.

16

Отличий теодолита от нивелира не так мало, как может показаться. При их некотором внешнем сходстве, это совершенно разные инструменты. Разница теодолита и нивелира, в первую очередь, состоит в их назначении: геодезические оптические теодолиты применяют для измерения углов, а нивелиры – для определения величины вертикальных превышений геометрическим методом. Соответственно, эти приборы имеют различное устройство, принцип работы и функциональные возможности.

Функционал теодолитов и нивелиров, конструкционные особенности

Ответ на вопрос, чем отличается теодолит от нивелира, даёт сама конструкция обоих приборов.

И теодолит, и оптический нивелир оснащаются зрительной системой с сеткой нитей, с помощью которой осуществляется наведение прибора на нужную точку. Однако зрительная труба теодолита имеет две степени свободы - она может вращаться как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, а визирная линия зрительной системы нивелира может поворачиваться только по горизонтали, не изменяя своего высотного положения.

Принцип проведения измерений также является важным отличием теодолита от нивелира. По сути, теодолит – это угломерный прибор, а нивелир – геодезический высотомер, используемый для определения превышений между пунктами по горизонтальной линии визирования. Теодолиты имеют отсчётные круги и оснащаются оптической или электронной системой считывания.

Примерами оптических теодолитов могут служить:

• УОМЗ 2Т30П
• RGK TO-05
• Электронными теодолитами являются:
• RGK T-02
• Topcon DT-209
• Spectra Precision DET-2

Нивелиры же встроенной шкалы не имеют и предназначены для измерения превышений по шкале нивелирной рейки, которая устанавливается на измеряемых точках. Сам нивелир, без нивелирной рейки, не может выполнять измерения, он только обеспечивает задание горизонтального луча.

Возможность работать в одиночку - ещё одно отличие теодолита от нивелира. Для теодолита достаточно хорошей видимости точек визирования, тогда как измерения с помощью нивелира требуют помощника, устанавливающего и удерживающего в вертикальном положении нивелирную рейку.

Может ли заменять теодолит нивелир, и нивелир – теодолит?

Довольно часто оптические нивелиры оснащаются градуированным горизонтальным кругом открытого (как у модели RGK С-20) или закрытого типа. С помощью таких нивелиров, как и при использовании теодолитов, вы можете производить измерение горизонтальных углов и откладывание их на местности. Однако между теодолитом и нивелиром разница в точности весьма значительна: нивелир обеспечит достоверность порядка 30 угловых минут, тогда как теодолиты измеряют углы с точностью до секунды. Нивелиры больше всего подходят для оценочных измерений, или, например, для проведения разбивки в ходе строительства частного дома или дачи.

В свою очередь, закрепив зрительную трубу теодолита в строго горизонтальном положении, вы можете с его помощью производить нивелирование по нивелирной рейке. Однако при этом достигается только техническая точность, соответствующая точности теодолита при измерении вертикальных углов.

16

Современная геодезия решает все вопросы, связанные с измерением и планировкой земельных участков. Только по результатам геодезической съемки устанавливаются все точные границы наделов и высоты рельефа, на основании которых выдается соответствующая документация и проводятся дальнейшие строительные работы. Основными инструментами геодезии являются теодолит и нивелир.

Информация о приборе

Теодолит - что это такое? Прибор геодезического назначения, оснащенный оптикой и сконструированный для вычисления на местности углов в горизонтальной и вертикальной плоскости, получил название теодолита.

Теодолит оптический используют следующим образом. В вершину горизонтального угла, который должен быть измерен, помещают теодолит таким образом, чтобы круг угломерный (лимб) был как раз своим центром в этой точке. Дальше используют вращаемую линейку (алидаду). Вначале ее совмещают с одной стороной угла и фиксируют показания по кругу. Затем перемещают ее к другой стороне угла, отмечая полученное значение. Разница двух данных и будет реальным значением искомого. По такому же принципу измеряется величина вертикальных углов.

Существует определенная классификация описываемых устройств. Основные части теодолита могут отличаться у разных по классу приборов в смысле точности измерительных элементов. Поэтому теодолиты бывают:

• Технического назначения.
• Точного измерения.
• Высокоточные.

По сложности конструкции теодолит - что это такое? Он бывает простого и повторительного типа. У первых алидада привязана к цилиндрической вертикальной оси. У вторых лимб с алидадой могут вращаться как раздельно, так и совместно. В этом случае, кроме традиционного способа, для измерения углов можно применять метод повторений.

В теодолитах может быть установлена различная оптика - от фото- до видеокамеры, соответственно, это будет фото- либо кинотеодолит. Гиротеодолитом можно измерить азимут в любом направлении.

Современная геодезическая техника - это теодолит электронный. Он значительно превосходит теодолит оптический по показаниям точности измерений. Снабжен такой прибор электронным дисплеем и памятью, что во многом упрощает работу с ним.

Из чего состоит теодолит

Теодолит - что это такое? Это довольно сложное измерительное устройство, которое состоит из:

• Лимба. Он представляет собой плоский диск, который изготовлен из стекла с нанесенной поверх него угловой шкалой от нуля до 360 градусов.
• Алидады. Похожий диск, изготовленный также из стекла и имеющий отсчетную насечку либо шкалу. Алидада расположена соосно с лимбом и свободно вращается вокруг своей оси. В универсальных приборах лимб и алидада есть как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.
• Оптического прибора. В него входит объектив и линза фокусирующего назначения, а также сетка нитей. Последняя имеет стеклянное исполнение с нанесенными на нее насечками. Последние служат для ориентации при наведении на наблюдаемый объект. Также имеются линии дальномерного измерения.
• Система уровней. Необходима для установки прибора в вертикальном положении.
• Подъемных винтов. Служат для регулирования теодолита при наведении его на объект.

Все перечисленные основные части теодолита заключены в корпус, который устанавливают при помощи подставки на штатив треножного типа.

Что такое нивелир

Нивелиром называется технический прибор, с помощью которого производят замеры высотных точек на рельефе либо в построенных сооружениях. Нивелир, так же как и теодолит, снабжен оптической трубой, установленной на подставку, и уровнями для выставления прибора на плоскости.

Работа нивелиром заключается в следующем. Устройство устанавливают в обзорной точке отсчета и из нее производят наблюдение за всеми остальными точками на плоскости. Для этого в наблюдаемой точке помещают инварную рейку, на которой имеется шкала. Если рельеф местности неровный, то в каждой отдельной точке показания по рейке будут свои. По разнице измерений между положением исходной и изучаемой точки определяется высота ее нахождения на плоскости.

Бывают лазерные и оптические нивелиры. Лазерные удобны в помещении, например для отделочных работ. Они отбивают на поверхности световые линии, по которым происходит ориентировка.

Теодолит и нивелир: разница

И нивелир, и теодолит, и тахеометр - все это приборы геодезиста. Вот только функции, выполняемые этими приборами, немного отличаются. Если быть точнее, нивелир - это самое простое устройство, позволяющее измерять лишь вертикальные углы. Теодолит - что это такое? Просто более сложный аппарат, дополненный функцией измерения горизонтальных углов, что позволяет отобразить участок на чертеже. Самым универсальным является тахеометр. Включая возможности двух вышеописанных приборов, он позволяет измерять расстояние от выбранной точки до любого объекта.

Как работать теодолитом

Что такое теодолит? Это прежде всего оптика. Работа при помощи него называется теодолитной съемкой. Она включает в себя комплекс мероприятий в полевых условиях, результатом которых является построение плана местности в контурном виде. Проще говоря, на равнинных участках теодолит используют, чтобы проводить корректировку планов землеустройства.

Съемка при помощи теодолита проходит два этапа:

• Создание рабочего геодезического обоснования. На этом этапе осуществляется прокладывание теодолитных ходов по замкнутому контуру полигона (периметру участка). Результатом проделанной работы является получение размеров всех линий участка и точных углов между ними.
• Измерение внутренней ситуации. Суть этапа заключается в измерении диагоналей внутри полигона.

Профессиональная теодолитная съемка осуществляется в следующей последовательности:

1. Определение и фиксирование опорных точек, выбор которых зависит от рельефа местности и особенностей территории. Допустимо между точками иметь расстояние не менее 100 метров и до 400 метров, не более.
2. Установка на плоскости съемочных точек обоснования. При этом могут быть восстановлены межевые знаки.
3. Подготовка ходов к промерам. На этом этапе проводят очищение линий от поросли и других препятствующих факторов.
4. Измерение теодолитом углов и линий.
5. Съемка диагоналей (ситуации).

Заключение

Наиболее эффективными геодезическими приборами являются электронные приборы, снабженные GPS-системой. Что такое теодолит с навигацией? Он позволяет быстро и с высокой точностью прокладывать маршруты между измеряемыми точками. И привязывать их к реально существующим топографическим картам местности.