В чем разница между нивелиром и теодолитом. Нивелир и теодолит

Страница 1 из 2

В полевой археологической практике применяются нивелир и теодолит — инструменты со зрительными трубами, дающими обратное изображение. В окуляре зрительной трубы видна сетка нитей, иногда очень сложная. Горизонтальная и вертикальная нити, расположенные по диаметрам, служат для визирования; две горизонтальные нити, расположенные на определенном и равном расстоянии от горизонтальной нити простого креста, являются дальномерными. Кроме того, в; зрительных трубах встречаются сетки нитей еще четырех видов. Прямая, соединяющая пересечение нитей сетки с оптическим центром объектива, называется визирной осью трубы. При изготовлении прибора плоскость визирной оси устанавливают перпендикулярно его главной вертикальной оси. Таким образом, при работе прибора, если главная вертикальная ось установлена точно, при любом, повороте зрительной трубы, закрепленной в нулевом положении, ее визирная ось должна лежать в горизонтальной плоскости. Это основное свойство нивелира, труба которого не имеет другого положения, кроме нулевого.

При установке штатив теодолита нужно центрировать. Для этого к становому винту прикрепляется отвес и штатив устанавливается так, чтобы отвес оказался вблизи центра колышка, отмечающего точку стояния теодолита. Регулировку сначала производят сдвиганием или раздвиганием ножек штатива, затем закрепляют баранчики и производят более точную регулировку, нажимая ногой на выступ нужной ножки.

Устанавливают штатив нивелира на глаз, без отвеса. При этом следят, чтобы его головка находилась в более или менее горизонтальном положении.

После установки штатива вынимают из коробки теодолит или нивелир, ставят его концами подъемных винтов в специальные выемки на головке штатива, вывинчивают на одинаковую высоту подъемные винты и закрепляют прибор на штативе становым винтом.

Дальнейшая установка нивелира и теодолита состоит в приведении главной вертикальной оси прибора в отвесное положение, что достигается с помощью подъемных винтов и уровней.

При установке нивелира сначала нажимом на выступы ножек штатива приводят в центральное положение круглый уровень, а затем зрительную трубу поворачивают параллельно линии двух подъемных винтов и, вращая их одновременно в разные стороны, пузырек уровня, прикрепленного в зрительной трубе, приводится в среднее положение. Затем, повернув трубу параллельно линии двух других винтов, снова выводят уровень в среднее положение. Прибор считается установленным, если при любом повороте зрительной трубы пузырек ее уровня не выходит из этого положения.

Теодолит – это распространенное измерительное устройство для определения горизонтальных и вертикальных углов. Оно применяется при проведении общестроительных работ, геодезических исследований и топографических съемок. С его помощью можно определить вертикальные и горизонтальные углы в градусах с минутами.

Отдельные модификации устройства оснащаются дальномером, который увеличивает возможность прибора и позволяет с его помощью определять расстояние до объектов. На базе данной конструкции были разработаны другие приборы, адаптированные под определенные условия съемки, где использование базовой комплектации будет менее удачным.

Разновидности теодолитов

В зависимости от точности теодолиты делятся на три категории:

Высокоточные.
Точные.
Технические.

Высокоточное устройство дает погрешность при измерении равно или меньше 1°. Это дорогостоящее оборудование, которое применяется на ответственных объектах. Оно редко используется, поскольку большинство задач, которые выполняют теодолитом, не требуют столь высокой точности.

Точные имеют погрешность не более 10°. Такие устройства являются самыми востребованными. Подавляющее большинство предлагаемых на рынке приборов соответствуют именно такой погрешности.

Технические могут иметь ошибку в измерении угла до 60°. На первый взгляд это довольно много, но существуют цели, где большая точность не столь важна. В первую очередь это общестроительные задачи, когда осуществляется возведение неответственных объектов. Подобные устройства могут применяться только в малоэтажном строительстве.

Теодолит является давним устройством, поэтому неудивительно, что существует несколько его модификаций, которые имеют схожий принцип действия, но конструктивно отличаются между собой.

Теодолит бывает следующих видов:

Оптические.
Электронные.
Лазерные.

Оптические были изобретены первыми. Их принцип действия заключается в использовании визирной трубы с нанесенной на линзы шкалой. По шкале осуществляется ориентирование параметров угла между несколькими вертикальными или горизонтальными точками объекта исследования.

Электронные оснащаются жидкокристаллическим дисплеем и системой датчиков. После того как прибор устанавливается и выставляется по точкам, между которыми необходимо измерить угол, он самостоятельно определяет наклон и выводит его в цифровом значении на свой дисплей. Это позволяет минимизировать работу оператора, поскольку в отличие от применения оптических устройств, ему не нужно внимательно присматриваться к шкале.

Лазерные оснащаются лазерным лучом, который высвечивает визуально заметную линию на объекте измерения. Оператор настраивает ее таким образом, чтобы она проходила через две требуемые точки. Прибор сам автоматически определяет угол наклона, по которому осуществляете свечение лазерного луча. Подобные устройства имеют ограниченную дальность, поскольку лазерный луч не может распространяться очень далеко. Такие приборы применяют в общестроительных работах. Особенно они удобны для установки колонн и возведения мостов.

Как устроен простейший теодолит

Простейшей и самой безотказной конструкцией теодолита являются оптические приборы. Их главными составными частями являются:

Подставка.
Корпус.
Зрительная труба.
Регулировочные винты для наведения.
Цилиндрический уровень.
Отвес.
Отсчетный микроскоп.

Корпус устройства закреплен на подставке. В нем удерживается зрительная труба, которая спарена с отчетным микроскопом. Она является подвижной, что позволяет выставлять нацеливание на объект измерения. Также устройство оснащается двумя типами уровней – цилиндрическим и отвесом. Первый применяется для выставления горизонтали, а второй вертикали.

Зрительная труба используется для наблюдения за объектом, находящимся на удалении от устройства. Кратность увеличения, которую дает труба, обычно составляет от 15 до 50 раз. Чем оно выше, тем точнее прибор и на большем расстоянии может находиться от объекта. В окуляр зрительной трубы устанавливается линза, на которой нанесена сетка. Она надежно прорисована на стекле, поэтому не стирается. У дорогостоящего оборудования она не нарисована, а нанесена путем гравировки.

Сетка используется для ориентирования теодолита при настройке. Именно по ней выставляются интересующие точки на предмете исследования по горизонтали и вертикали. Конечно, перед этим прибор выставляется по уровню, поскольку наличие при его установке перекосов не позволяет получать данные даже приблизительной точности.

Уровни предназначены для установки устройства перед началом измерения. С их помощью определяется, насколько постановка его корпуса соответствует горизонтали и вертикали. Обычно приборы оснащаются цилиндрическими уровнями, которые отличаются высокой точностью. У более бюджетного оборудования, или легкого, используется круглый уровень.

При круглом уровне для выставления устройства необходимо постараться, чтобы пузырек воздуха стал по центру блюдца. Выставлять прибор по уровню позволяет регулируемая подставка, сделанная в виде треноги. Желательно всегда пользоваться именно ею, а не подкладывать камушки или другие ненадежные предметы под ножки треноги.

Также важным элементом теодолита является оптическое устройство или микроскоп. Он обладает большой степенью увеличения и оснащается делительной сеткой с размеченной шкалой. Она указывает на градусы и минуты. Более точные устройства показывают также и секунды. В оптическом устройстве применяется шкала, которая называется лимб. Она позволяет определить точный наклон между двумя точками, которые были зафиксированы сеткой на визирной трубе.

Отличие теодолита от нивелира

Часто теодолит путают с нивелиром, поскольку внешне они действительно похожи. На самом деле существует довольно много отличий, позволяющих разделить эти устройства на два лагеря. В первую очередь они различаются по назначению. Теодолиты применяются для измерения углов, а нивелиры для определения вертикальных превышений.

Оба устройства оснащаются подобной системой измерения с сеткой, по которой оператор ориентируется, выбирая нужные точки. У теодолита зрительная труба вращается в горизонтальной и вертикальной плоскости, а у нивелира она двигается только по горизонтали.

Теодолит не требует помощь ассистента. Чтобы с ним работать, необходима только достаточная видимость, чтобы оператор мог ориентироваться по точкам на объекте, по которым можно измерить угол наклона. Для нивелира нужен помощник, который будет удерживать нивелирную рейку в вертикальном положении, находясь непосредственно на траектории видимости зрительной трубы.

Узкоспециализированные теодолиты

По сути, теодолит является универсальным устройством, которое может измерять углы практически в любых условиях. Тем не менее, были разработаны усовершенствованные узкоспециализированные конструкции, дающие большие удобства для определенных целей. Такие устройства теряют свою универсальность, но приобретают ряд преимуществ.

Фототеодолит

Также называют кинотеодолит. Данный прибор соединяет в себе функции теодолита и фотокамеры. С его помощью осуществляется фотосъемка углов интересующих объектов. Также фототеодолиты используются для фиксации угловых координат для летающей техники при ее испытаниях. Несмотря на развитие современных технологий в сфере оборудования для фотосъемок, фототеодолиты выпускаются не только в виде цифровых камер, но и пленочных.

Гиротеодолит

Является гироскопическим устройством, с помощью которого осуществляется ориентирование при строительстве тоннелей и разработки шахт. Также с его помощью можно осуществлять топографические привязки. Им определяется азимут направления. По принципу действия данные устройства похоже на гирокомпас.

Критерии выбора устройства

При выборе теодолита важными критериями, на которые необходимо обратить внимание, являются:

Уровень погрешности.
Степень влагозащиты.
Тип измерения.
Степень ударопрочности.

Что касается уровня погрешности , то он определяется исключительно по предназначению устройства. Для ответственных съемок требуется высокоточное оборудование. Если прибор применяется для общестроительных задач при возведении малоэтажных объектов, то вполне можно обойтись оборудованием низкого ценового сегмента.

Степень влагозащиты также немаловажный аргумент выбора того или иного прибора. Особенно это важно, если подбирается электронный или лазерный теодолит. Уровень влагозащиты IP65 позволит осуществлять съемку в условиях повышенной сырости и даже дождя. Такие приборы не бояться окунуться в воду на небольшую глубину.

Что касается типа измерения , то в основном стоит сложность выбора между оптическим и электронным теодолитом. Оптическое устройство более сложное в применении, поскольку от оператора требуется большая сосредоточенность при просматривании шкалы для определения угла. При этом такой прибор не требует подзарядки. Он имеет большую температурную устойчивость. С ним можно работать даже если на улице температура ниже -30 градусов.

Вес устройства имеет большое значение если требуется осуществлять измерение с переходами. Легкие теодолиты будут незаменимы при топографических исследованиях, когда с оборудованием нужно двигаться по пересеченной местности проходя много километров пешком.

Теодолиты являются дорогостоящим оборудованием, поэтому не лишним будет наличие ударопрочного корпуса. При отсутствии устойчивости к механическим повреждениям, малейшее падение и прибор потребует ремонта или замены.

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.

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.

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".