Teodoliitti
Teodoliitti on kulma mitataan väline , jota käytetään geodesia (kartoitus) mitata vaaka- suuntaan ja zeniittiin tai pystysuorat kulmat . Tätä tarkoitusta varten se asetetaan pystysuoraan pisteen päälle jalustalla . Kaivoksessa käytetty roikkuva teodoliitti on erityinen muoto .
Pohjimmiltaan teodoliitti koostuu kotelosta , teleskooppinäkökulmasta , pystysuorasta ja vaakasuorasta pikiympyrästä sekä yhdestä tai kahdesta pullosta . Jälkimmäisiä käytetään pyörimisakselin pystysuoraan kohdistamiseen ( tasoitus ).
Kiväärin alueeseen on integroitu hiusristikko , jolla kohde nähdään. Yleensä laite näyttää ja / tai tallentaa asetetut kulmat yksikössä gon (100 gon = 90 °).
etymologia
Teodoliitin sanan alkuperä on epävarma. Mahdollisesti se luotiin yhdistämällä arabian alhidate kanssa Englanti . Sen sijaan Engelsberger ajattelee vuonna 1969 väitöskirjassaan Contribution to the History of the Development of theodolite , kuten Peters äskettäin kirjoituksessaan Theodolite-sanan historiaan ja merkitykseen , että termi tulee kreikan kielestä, jonka löysi englantilainen Leonard Digges muinaisessa kirjoituksessa ja ensimmäistä kertaa tässä yhteydessä käytettiin. Tämä selitys on myös ilmeistä, koska kolme antiikin Kreikan kannalta Theos ( θεός 'Jumalan), Doron ( δῶρον 'lahja') ja lithos ( λίθος 'kivi') yhdistetään täällä.
Rakentaminen
Mittausperiaate
Pyörimällä ja kallistamalla mittausteleskooppia teodoliitti mittaa vaakasuorat suunnat (kiertyminen pystysuoran seisoakselinsa ympäri ) ja pystysuorat kulmat (kiertyminen vaakasuoran kallistusakselin ympäri ). Kulmat annetaan yleensä goneina , vanhempien instrumenttien myös asteina (360 ° = 400 gons). Jokaisella pyörimisakselilla on kiinnitys ja hieno liike .
Jotkin laitteet osoittavat kaltevuus prosentteina sijasta lakipisteen kulma . Tapauksessa tykistön , Teodoliitti on nimeltään suuntaava ympyrä ja on jaettu osaksi 6400 riviä sijasta 400 gon .
Teodoliittien edelläkävijöitä olivat dioptra (antiikin aika), atsimutaalinen kvadrantti (noin 1500) ja kallistussääntö . Tarkkoja yleiskojeita rakennettiin kolmiomittausta ja tähtitiedettä varten vuodesta 1850 eteenpäin. Toistoteodoliitin avulla mittaustarkkuutta voitaisiin lisätä lisäämällä kulmia. Kokonaisasemien avulla voitiin mitata etäisyyksiä käyrillä näkökentässä - mikä tapahtuu tänään lasereilla ja elektroniikalla.
Analyysinen kaukoputki
Mittausteleskoopille on useita mahdollisia malleja (katso alla). Kaikkien tyyppien ehto on analyyttinen teleskooppi , jossa linssin polttopiste , analyysinen piste (vertailupiste kulman ja etäisyyden mittaamiseksi ) on tarkalleen teodoliitin pystysuoran akselin yläpuolella .
Italialainen insinööri Ignazio Porro saavutti tämän ensimmäistä kertaa noin vuonna 1860 asentamalla lähentyvän linssin linssin ja hiusristikon väliin. Nykyään se on yleensä niin fokusointioptiikan sijasta ensin mainitut fokusoijan sisäinen tarkennus ja täysin suljettu, pölytiivis kaukoputki on mahdollista.
Niistä optisten järjestelmien teleskoopin vallitsevia vasta 1960 , vaikka sen käänteinen Kuvaa ärsyttävää kokemattomille tarkkailijoita. Kun okulaariin oli kiinnitetty taipuva prisma, saatiin pystysuora mutta käänteinen kuva. Porro-linssin (joka muodostaa Huygens-okulaarin silmälinssin kanssa ) sijasta tarkennuslinssi toimi käänteisenä järjestelmänä ja muutti tähtitieteellisen kaukoputken maanpäälliseksi kaukoputkeksi . Tämän tyyppisestä rakenteesta on tullut yleisin Heinrich Wildin suunnittelusta lähtien .
Erityistarkoituksiin (sotilaalliset, satelliittiteleskoopit ) asennetaan myös prismoja , kuten kiikareita. Tähtitiede toimii myös rikkoutuneiden teleskooppien kanssa, jotka on asennettu kallistusakselin sivulle ja jotka voidaan kääntää zenitiin .
Alarakenne ja vaakasuora ympyrä
Teodoliittialusta tai limbus sisältää vaakasuoran ympyrän (1) ja pystyakselin ( seisovaakseli ) (S). Se kantaa alidadia (arabia), päällirakennetta, joka koostuu kahdesta tuesta (2), vaakasuorasta kallistusakselista (K), teleskoopista (3), pyöreästä lukemasta (4) ja pystysuorasta ympyrästä (5). Teleskooppi on ristikon (hiusristikko on okulaarin ), jonka läpi havainto akseli (Z) on määritelty, ja sisemmän linssin keskittyen.
Jalustan pohjalevyllä oleva pohja on asetettu ja kolmella tasoitusruuvilla ja tasoitettu sudenkorento . Keskitys yli mittauspiste tapahtuu siirtämällä välineen vaakasuora kolmijalka levy, sitten sydän ruuvi jalustan kiristetään alapuolelta.
Tarkkuusluokat
Mittaustarkkuudesta ja käyttötarkoituksesta riippuen tehdään ero
- Teodoliitin rakentaminen (kestävä ja kevyt, noin ± 10 ")
- Kokonaisasema (mukaan lukien etäisyyden mittaus, vuodesta 1990 lähtien enimmäkseen digitaalinen lukema ja automaattinen kallistuksen kompensointi seisoakselilla)
- Tarkka tai toinen teodoliitti (± 1 ", tekniikan geodeesia varten )
- ja universaali instrumentti (± 0,1 ", esim. DKM3 ja Wild T4 ) astrogeodeesiaan .
- Jotkut kulkuneuvot ja erikoislaitteet sotilaallista ja satelliittigeodeesia varten (esim. Moonwatch Apogee tai aikaisempi Kinetheodolite ) on rakennettu samanlaiseksi kuin teodoliitti .
Mahdollinen instrumenttivika
Neljä pääinstrumenttivirhettä (säätö- tai valmistustarkkuus, poikkeamat teoreettisesta ideaalitilasta) teodoliiteissa ovat
- Näköakselin virhe : Teleskoopin optinen akseli ei ole kohtisuorassa teleskoopin kallistusakseliin nähden.
- Kallistusakselin virhe : Teleskoopin kallistusakseli ei ole kohtisuorassa teodoliitin seisovaan akseliin nähden.
- Korkeusindeksivirhe : Pystysuoran ympyrän nollamerkki ei osoita zenittiä, kun teodoliitti tasoitetaan. Jos korkeusindeksivirhettä ei ole, zeniitin suunta vastaa sensiittikulman osaa. Toinen jalka osoittaa tarkkailukohteen suuntaan.
- Ympyrä jako virhe: mittakaava jako on jakoympyröillä yleensä poikkeaa epäjärjestelmällistä ihanteellisesta jopa jako.
Instrumenttivirheet ( tarkkuusmekaniikka ) voidaan siirtää
- Poista mittaukset kahdesta teleskooppiasennosta ja keskiarvo,
- minimoi toistuvat mittaukset eri sävelkorkeuden asennoilla
- matemaattisesti poistaa myöhemmin vähentäminen tai vähentää sen vaikutusta ja / tai
- minimoida vaikutuksen korkea optinen-mekaaninen tarkkuus (vähintään 1 µm).
Muut pienet vaikutukset, kuten termiset vaikutukset tai mekaaniset jäännösjännitykset teodoliittirakenteessa, pysyvät yleensä alle 1 "ja ovat siten vähäisiä.
Toisaalta seisovaakselin virhettä ei voida täysin poistaa . Se tapahtuu, kun seisova akseli ei ole yhdensuuntainen painovoiman suunnan kanssa . Sitten vaaitus on väärä. Yksi syy tähän voi olla vaakatasossa käytettyjen instrumenttien väärä suuntaus. Pysyvän akselin virhe on käyttö- tai asennusvirhe. Mahdollinen jäljellä oleva pystysuoran akselin kaltevuus luiskalinjaan voidaan mitata sisäisesti kaksiakselisella kaltevuusanturilla nykyaikaisissa summa-asemissa ja sisällyttää se automaattisesti mittaustuloksiin.
Pystysuora akseli on suorassa kulmassa ampullin akselin tai useisiin mittaus- suuntiin. Havainto akseli on kohtisuorassa kääntöakselin . Kallistusakselin on suorassa kulmassa pystyakselin . Kaikki kolme akselia leikkaavat ihanteellisesti yhdessä pisteessä.
Suunnan mittaus teodoliitilla tai summausasemalla
Mittasuhteet
Teodoliitilla voidaan havaita seuraavat mitatut muuttujat:
- Vaakakulma - erona suunnattujen havaintojen välillä kahteen kohteeseen,
- Pystykulma : enimmäkseen sensiittietäisyydeksi (zenitistä mittauspisteeseen), harvemmin korkeuskulmana horisontin yläpuolella
- Kulmaerot : etäisyyden mittaamiseen kahdella etäisyydellä (Reichenbach- kierteet ) tai pelkistysasemia varten
- Mittaus liikkuva kierre verkko : vain erityisistä teodoliitit varten astrogeodesy , katso persoonaton mikrometriä .
- Elektroninen etäisyyden mittaus : melkein kaikki modernit teodoliitit ja summaimet ovat myös varustettu laseretäisyysmittarilla .
Asennus ja suunnan mittaus
Ennen mittausten, laite sijaitsee jalustan tarkasti tasolle asti , ja keskeisimmällä yli maahan pisteen ( kartoitukseen tai mittauspistekohdistus perustettu). Alidaden- injektiopullon tasoitus saa instrumentin pystysuoran akselin osumaan samaan linjaan .
- Keskittämiseksi ja tasoitus suoritetaan samanaikaisesti mukaisesti erityistä, kaavamainen menettely: joko luotilankaa joka on koukussa osaksi pyälletty ruuvi ( sydän ruuvi ) jalustan levy tai optinen luotilaserin integroitu jalustaan tai teodoliitin .
- Nyt kaikki mitattavat pisteet nähdään peräkkäin pyörivällä ja kallistuvalla mittausteleskoopilla (ristikkäisillä teleskoopeilla - tänään: hiusristikoilla) - ensin lähinnä monikulmapisteet , sitten kaikki yksityiskohdat.
- Jokaisen kohdistuksen jälkeen suunta luetaan sävelkorkeudesta (teodoliittiin kiinnitetty kulma-asteikko) , lisäksi korkeusmittauksella myös seniittikulma . Klassisilla teodoliiteilla on tätä tarkoitusta varten lukumikroskooppi , johon heijastuvat molemmat kulma-asemat.
- Elektronisten teodoliittien ja summa-asemien kohdalla äänenkorkeuden ympyrät skannataan automaattisesti inkrementaalisten tai absoluuttisten arvojen koodereilla , ja kulma- arvot muunnetaan numeroiksi A / D- muuntimilla, näytetään ja tallennetaan.
Osapiirien lukeminen
Automaattisen äänenkorkeuden lukemisen etuna on, että mittaus on 20–50% nopeampi, vähemmän väsynyt ja henkilökohtaiset lukuvirheet eliminoidaan. Myös tiedonkeruun virheet ovat harvinaisempia. On kuitenkin tärkeää varmistaa, että mittauspisteet on koodattu täsmällisesti, jotta jatkossa digitaalinen käsittely sujuisi sujuvasti.
Automaattista havaitsemista varten sävelkorkeus koodataan ja skannataan eri tekniikoilla ( optoelektroninen , sähköinen, magneettinen). Magneettisähköinen skannaus tunnetaan myös nimellä Inductosyn . Sähköiset skannaukset ovat nyt teknisesti vanhentuneita. Toisaalta optiset ja elektroniset skannausmenetelmät ovat yleisiä, joissa erotetaan läpivalaisu ja tuleva valotekniikka.
Lähetetyn valon menetelmässä koodaamiseen käytetään mustentamista, mikä luo läpikuultavia ja läpinäkymättömiä alueita. Koodaus on valaistu yhdeltä puolelta ja fotodiodi, kun vastaanotin istuu toisella puolella. Tulevan valon menetelmässä lähetin ja vastaanotin on järjestetty samalle puolelle. Koska pikiympyrällä on erilaiset heijastumisominaisuudet, eri vahvuuksien valonsäteiden on oltava mahdollista rekisteröidä. Koodilevyt toimitetaan yleensä harmaalla koodilla .
Kahden kohdepisteen välinen kulma instrumentin sijaintiin nähden lasketaan nyt kahden mitatun suunnan erosta.
Viiteohjeet
Vaikka pystysuoran ympyrän lukemat viittaavat zenitiin tai horisonttiin, vaakakulmien mittauksella voi olla eri vertailusuunnat:
- suunta mihin tahansa kohdepisteeseen (esim. lähin monikulmapiste tai selvästi näkyvä pitkäaikainen kohde )
- suunta viralliseen kiinteään pisteeseen, jonka koordinaatit tunnetaan: trigonometrinen piste (TP), noutopiste (AP) tai käynnistyspiste (EP). Se voidaan sitten suunnata geodeettiseen koordinaatistoon ( ruudukko pohjoiseen )
- Suunnattu suunta : magneettinen, maantieteellinen tai ruudukko pohjoiseen. Ensimmäisen tapauksessa on tehtävä korjaus; pohjoisen ristikon kohdalla saadaan geodeettisesti oikeat suuntakulmat kaikista mitatuista suunnista .
Pystysuuntaisten kulmien vertailusuunta on luistin suunta oikealla vaakasuoralla, joten sen on oltava i. d. Yleensä ei korjata. Poikkeuksena ovat huonosti kalibroidut instrumentit ( horisontin kaltevuus ) ja erityistapauksissa poikkeama kohtisuorasta . Kun mitataan teleskooppi on vaakasuorassa, zeniittiin kulma on tasan 100 gons (90 °), joka on myös tunnettu tasoitus näkymä.
Havainto ja tarkkuus
Virheiden poistamiseksi tavoitteet mitataan yhdessä lauseessa (joskus puolilauseissa ). Yksi sarja koostuu kahdesta mittaussarjasta (2 puolilauseesta), jolloin toisessa mittaussarjassa teleskooppi kolkutaan läpi (käännetään kallistuksen akselin ympäri laitteen toiselle puolelle), korirakennetta pyöritetään 200 gonilla ( 180 °) ja kohteet nähdään uudelleen. Tämän seurauksena kohdesuuntien lukemat tehdään diametraalisesti vastakkaisiin kohtiin vaakasuorassa ympyrässä ja vastaavissa pisteissä pystysuorassa ympyrässä. Kohteen, kallistusakselin ja korkeusindeksivirheiden vaikutuksilla on sama määrä molemmissa teleskooppiasennoissa, mutta niillä on vastakkaiset merkit . Keskiarvoistamalla vaakasuunta ja sensiittikulma molemmista teleskooppiasennoista saadaan havaintoja, joissa ei ole akselivirheiden vaikutuksia. Tarkkuus on siis 0,01 mg / 1 cgon keskihajonta.
Tunnetut valmistajat
- FW Breithaupt & Son
- Geo-Fenkoli (aiemmin Fenkoli)
-
Trimblen navigointi :
- Carl Zeiss (historiallinen), sisällytetty Trimble Navigation -sovellukseen
- Geodimetri (historiallinen), sisällytetty Trimble Navigation -sovellukseen
-
Leica Geosystems :
- Kern & Co (vuoteen 1992 saakka, sitten sulautui Leica Geosystemsiin)
- Villi Heerbrugg (historiallinen), sisällytetty Leica Geosystemsiin vuonna 1990
- Topcon
- Sokkia
Jotkut aiemmat valmistajat:
- Dennert & Pape Aristo - Teokset (noin vuoteen 1998 asti)
- Starke & Kammerer , Wien (noin vuoteen 1950 asti)
- Miller, Innsbruck (noin vuoteen 1990 saakka)
- Zeiss Jena (noin vuoteen 1995 asti)
- FPM-Holding (aiemmin VEB Freiberger Precision Mechanics )
Katso myös: summausasemien valmistajat
Teodoliitti, noin vuonna 1810, Berliinin hyvinvointileimalla vuodelta 1981
Neuvostoliiton tykistöalue "PAB-2"
Toinen teodoliitti K1S Kern & Co AG: ltä
Moderni teodoliitti Leica Geosystemsiltä
Koulutoteodoliitti Aristo- tuotemerkiltä 1950-luvulta
Katso myös
- Kokonaisasema (geodeesia)
- Bussolentheodoliitti
- Matka teodoliitti
- Valokuvateodoliitti
- moottoroitu teodoliitti
- Kinetheodoliitti
- Pyöritetään teodoliittia
kirjallisuus
- Bertold Witte , Peter Sparla: Maanmittaus ja rakennusteollisuuden tilastotiedot . 7. painos. Wichmann, Berliini 2011, ISBN 978-3-87907-497-6 .
- Heribert Kahmen: Sovellettu geodeesia . Maanmittaus . 20. painos. Walter de Gruyter, Berliini / New York, ISBN 3-11-018464-8 .
nettilinkit
- AlpenTunnel.de: Historiallinen toistoteodoliitti
- Selitys mittauksesta teodoliitilla, Kielin yliopiston materiaalilla
Yksittäiset todisteet
- ^ Teodoliitti. Julkaisussa: Lueger: Koko tekniikan sanasto. zeno.org, käytetty 13. marraskuuta 2018 .
- Alf Ralf Kern: Tieteelliset välineet aikanaan . nauha 4 : Optiikan ja mekaniikan täydellisyys . König, Köln 2010, ISBN 978-3-86560-868-0 , s. 480 .
- ↑ Heribert Kahme: Sovellettu geodeesia : Maanmittaus . 20. painos. Walter de Gruyter , Berliini 2006, ISBN 978-3-11-018464-8 , s. 97-98 ( Google-kirjat ).