Отличия между штативами или треногами для нивелиров и теодолитов. Теодолит - характеристики

Строительные работы в настоящее время не проходят без использования специальных геодезических приборов. Эти инструменты называются теодолит и нивелир: разница между ними велика, хотя и схожих черт достаточно много. Поэтому часто возникают вопросы о том, чем же отличаются эти два прибора, каковы особенности использования каждого из них.

С помощью нивелира можно установить точное местоположение объекта в пространстве, а с помощью теодолита измерить горизонтальные и вертикальные углы.

Применение геодезического теодолита

Теодолит — это прибор, позволяющий измерять углы, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Он позволят узнать величину угла между различными точками с наиболее высокой точностью.

Необходимость привязывать здание к некоторой точке объясняется важностью определения угла между ними. Получение точных результатов позволяет высчитать профиль дороги, контур сооружения и т. д..

Оптические системы теодолитов, в зависимости от точности результатов, разделяют на 3 группы:

Технические. Погрешность результата может составлять до 1 минуты.
Прецезионные. Погрешность — до 1 минуты. Позволяют отслеживать деформацию сооружений, неизбежно возникающую в процессе эксплуатации из-за воздействия внешней среды и веса самого объекта.
Точные теодолиты пользуются наибольшим распространением при проведении строительных работ. Они обеспечивают погрешность в 2-3 секунд.

Кроме определения углов, теодолит применяют и в других сферах: например в метрологии, а также для расчета траектории ракеты.

Теодолиты применяют не только в строительных работах, но и в лесотехнике или мелиорации, во всех тех сферах, где необходимо провести высокоточное измерение.

Особенности устройства конструкции прибора

Старые разновидности приспособлений представляли собой линейку на длинном конце иглы, помещенной в центр окружности. Движение походило на перемещение стрелки компаса.

На линейке делали вырезы, через них протягивали нить — получался отчетный индекс. После этого одну сторону совмещали с линейкой. Она поворачивалась, получался отчет 1. Вторая сторона совмещалась с линейкой, получался отчет 2. Затем находили разность между показателями. Получившийся показатель принимали за угловое значение.

В такой конструкции линейка называлась алидадой, а круг для получения углового значения — лимбом.

В современных инструментах принцип работы остался таким же, названия тоже не изменились. Алидада соединяется со сторонами угла с помощью зрительной спецтрубы, способной перемещаться и по азимуту, и по высоте.

Проводить отсчет позволяет специальное устройство по шкале лимба. Для приведения элементов в движение применяется система осей. Для защиты элементов теодолита используется кожух из твердого металла.

Движения элементов — алидады и лимба — настраивается при помощи винтов. Для проведения разметки теодолит устанавливается на ровной поверхности с помощью штатива. Центр лимба наводится на отвесную линию. Для этого используется отдельный элемент — центрир, который иначе еще называют нитяной овес. Стороны угла при проведении измерения проектируются на плоскости круга при помощи коллимационной плоскости. Они образуется при движении визирной оси трубы. Визирование проводят, используя две нити (вертикальную и горизонтальную), расположенные по диаметру. Если такие нити находятся на одинаковом расстоянии от горизонтальной нити простого креста, тогда они называются дальномерными.

Особенности устройства нивелира

Нивелир — это прибор, необходимый для нивелирования, то есть определения превышения высоты горизонтали в нескольких точках.

Этот инструмент применяется в строительстве, например для укладки пола, заливки фундамента, укладки плитки и даже поклейки обоев. Получить ровные поверхности позволяет построение с помощью нивелира направляющих по горизонтали и вертикали. В состав наиболее простого по конструкции — оптического приспособления — входят несколько конструктивных элементов, позволяющих производить необходимые измерения при помощи этого прибора.

Нивелир состоит из зрительной трубы с окуляром. Труба закрепляется на подставке целой системой винтов, с помощью которых также осуществляется вращение инструмента по горизонтали. Внутри трубы демпфирующими деталями закреплено зеркало.

Рабочее положение нивелиру придают с помощью винта. Если нужно взять точку отсчета, движение прибора по горизонтали осуществляет элевационный винт.

Горизонтальную визирную ось удерживает компенсатор, работающий автоматически. Он позволяет увеличивать точность замеров.

Использование нивелира позволяет получать максимально точные результаты замеров. Программное обеспечение позволяет оперативно обрабатывать полученные данные, а запоминающее устройство — фиксировать замеры.

На данный момент существует 3 основных вида нивелиров, применяющихся для разных видов работы:

лазерные;
электронные (цифровые);
оптические.

Каждый из типов этого прибора имеет свои конструктивные особенности, влияющие на популярность устройств.

Устройство лазерного нивелира

Сейчас в строительстве распространены лазерные нивелиры, так как данные инструменты наиболее просты в эксплуатации. Особенность конструкции такого прибора — наличие лазерного излучателя. С его помощью через оптическую призму подается лазерный луч в пространство.

Лучи лазера образовывают в пространстве 2 пересекающиеся перпендикулярные плоскости. Ориентируясь на них, можно легко выровнять поверхность.

Лазерные приборы могут быть ротационными. Их отличие состоит в том, что такой прибор имеет электродвигатель, что позволяет ему работать быстрее и поворачивать излучатель на 360º.

В лазерных устройствах вместо призмы используют линзу, которая создает в пространстве видимую невооруженным взглядом точку. Эта точка превращается в ровную линию, на которую можно ориентироваться во время ремонта или поклейки обоев.

Различия в конструкции инструментов

Несмотря на множество сходных черт в конструкции и принципе работы, нивелир и теодолит отличия имеют значительные. Одни из существенных преимуществ теодолита вне зависимости от конструкции — его высокая практичность и большая универсальность в использовании. Этот прибор дает возможность сделать большее число разноплановых измерений и может применяться в разных видах работ, связанных со строительством и ремонтом. Нивелир отличает узкая специализация, что существенно ограничивает спектр возможностей его использования.

Оба устройства обладают схожим строением, но есть несколько кардинальных различий. Основные компоненты нивелира — это уровень, зрительная труба и уровень в форме цилиндра. Теодолит состоит из большего количества элементов: лимбов, алидад и лимбов в виде вертикального круга.

Еще одно важное различие — система отсчета. Для измерения с помощью нивелира используется специальная рейка с нанесенными метками. Система осуществления отсчета теодолита — двухканальная, предполагающая использование микроскопа с некоторой ценой деления. При помощи штрихов замеры с использованием нивелира можно делать в разных единицах.

Система отсчета теодолита является на сегодняшний день более совершенной. Современные модели имеют компенсатор, позволяющий устанавливать дополнительный потенциал визирования. Нивелир способен использоваться только на горизонтальной плоскости, тогда как теодолит применяется и на вертикальной. Конструктивные различия приводят к тому, что теодолит и нивелир применяются в разных сферах и существуют различия в их применении:

Чтобы рассчитать расстояние до определенной точки, нивелиру требуется дополнительный инструмент — нивелирующая рейка.
Оба инструмента могут быть электронными или лазерными. Оба позволяют получить обратное изображение.
Теодолит — более самодостаточный прибор. Угол направления рассчитывается по лимбу, углы наклона — по кругу на вертикальной оси.
Теодолит используют на 2 плоскостях, вертикальной и горизонтальной, а нивелир — только на горизонтальной.

Оба прибора давно закрепились на рынке товаров как основные приспособления для осуществления расчетов. Учитывая конструктивные особенности инструментов, во время проведения ремонтных или строительных работ стоит использовать оба прибора.

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.

Теодолит и нивелир – современные геодезические приборы, созданные для выполнения важных измерительных операций в пространстве. Это требуется во многих сферах, к примеру в строительной. Каковы особенности каждого инструмента? И чем отличается теодолит от нивелира? Рассмотрим это.

Определение

Теодолит – прибор, специфика которого заключается в возможности проведения угловых замеров.

Теодолит

Нивелир – прибор, позволяющий выяснить, как соотносятся между собой по высоте различные точки пространства, или задать направление при определенных видах работ.

Нивелир

Сравнение

Прежде всего, следует подробней рассмотреть функциональные возможности двух измерительных устройств. Отличие теодолита от нивелира заключается в том, что первый из названных приборов более универсален. С помощью теодолита можно производить линейные и угловые замеры, причем в обеих плоскостях: горизонтальной и вертикальной.

К примеру, именно теодолит будет незаменим в случае, когда требуется определить, насколько стена здания отклонилась от вертикали. Специализация нивелира более узкая. С применением этого приспособления можно вычислять разность уровней или строить направляющие, которые помогают получать идеально ровные поверхности. Нивелир будет полезен, скажем, при укладке кирпича или заливке фундамента.

Возможности инструментов обусловлены особенностями их устройства. Все подробности оснащения зависят от конкретной модели теодолита или нивелира, а также от того, к какому типу относится прибор: является он оптическим, лазерным или цифровым. Но в целом теодолит устроен сложней. Он обладает добавочной осью измерений, которой нет у нивелира.

Для отсчета величин в теодолите предусмотрены два круга с разметкой (лимбы): по горизонтальному определяют угол направления, по вертикальному – угол наклона. Для наведения на исследуемые объекты в обоих приспособлениях используется оптическая труба. При работе с нивелиром также применяется отдельная рейка с делениями.

Следует добавить несколько слов о том, в чем разница между теодолитом и нивелиром относительно сферы их использования. Поскольку теодолит обладает более богатым функционалом, то спектр областей, где он необходим, шире. Это не только строительство, но и мелиорация, астрономия, а также иные направления деятельности, в которых важны точные расчеты. У нивелира, соответственно, сфера применения ограничена.

После того, как человек начал строить, требования, предъявляемые к качеству построек со временем все увеличивались, и для их удовлетворения строителям приходилось и приходится до сих пор производить множество различных измерений. Эти измерения позволяют определить, где в проведенных работах были допущены неточности, и какие работы следует продвигать дальше. В наше время для проведения этих замеров используют геодезические приборы. Это довольно большая группа измерительных инструментов, каждый из которых создан для одного из типов измерений. Но существуют и многопрофильные приборы, имеющие более широкий спектр возможностей. Так, если сравнить нивелир и теодолит, то прибором с узкой специализацией будет нивелир, а теодолит будет являться более универсальным.

На строительных площадках используется для определения разницы в высоте нескольких точек, то есть для горизонтальной нивелировки. Он является просто незаменимым при большом количестве производимых работ. Без нивелира не обходится заливка фундамента и планировка строительной площади, кладка стен из блоков и кирпича, и других работ, требующих определения горизонтали. Наиболее современные, лазерные нивелиры, применяются и для проведения замеров внутри помещений, при отделочных работах, и имеют более широкий набор функций, которые могут облегчить проведение измерений и обработку полученных данных.

Отличаясь от нивелира, теодолит является более универсальным прибором. Так же, как и нивелир, он может проводить горизонтальную нивелировку, но, в дополнение, с помощью теодолита можно произвести замеры и вертикальных углов, что нивелир сделать не может. Эта отличительная черта делает теодолит очень удобным при работах, требующих проведения перпендикуляра к горизонту. Без теодолита не могут проводиться такие работы, как устройство колонн, монтаж металлоконструкций, создание кровель и многие другие. Теодолит наиболее предпочтителен при начале больших разноплановых строек, где приходится делать множество замеров в различных направлениях.

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".