Все виды геодезических отражателей

Решение о приобретении геодезического оборудования, в частности, электронного тахеометра, сопровождается вопросом – какие аксессуары лучше всего подходят для работы с прибором? Наиболее важными дополнительным принадлежностями являются штативы, отражатели, вехи, трегеры. Данная статья посвящена обзору и особенностям применяемых в геодезии отражателей.

Отражатель является необходимым аксессуаром при производстве работ с помощью электронного тахеометра. В настоящее время на рынке имеется огромное разнообразие отражателей, отличающихся между собой конструкцией, размерами, материалами, способом крепления и пр. Зачастую геодезисты не придают значения погрешностям, которые вызваны применением отражателей. Большое внимание чаще всего уделяется техническим характеристикам. Однако неправильный подбор системы «тахеометр – отражатель» может существенно сказаться на точности измерений. Как правильно подобрать отражатель? От чего зависит выбор? Попробуем разобраться.

Измерение расстояний электронным тахеометром

Электронный тахеометр измеряет не только горизонтальные и вертикальные углы, но и расстояния с помощью встроенного лазерного дальномера. Дальномер излучает сигнал, который, достигнув цели, отражается от неё и возвращается в тахеометр. Расстояние может быть вычислено по известной формуле:

где D – определяемое расстояние, с – скорость света (в вакууме), t – время прохождения сигнала.

Для обозначения конкретной цели и высокоточных измерений в качестве цели применяется отражатель. Поэтому, при выборе отражателя важно знать его конструктивные особенности.

Конструкция отражателя

Наиболее часто встречающаяся конструкция отражателя – это триппель-призма, встроенная в корпус. Материал корпуса может быть различным (металл, пластик).

Призма

Кроме собственно призмы отражатель может комплектоваться специальной маркой для удобства наведения. Конструкция и внешний вид марки также может быть различными в зависимости от условий и типа выполняемых работ. Кроме того, отражатель может быть снабжен светодиодной подсветкой для работы в сумерках или на плохо освещенной площадке.

Отражатель с маркой
в сборе

Типы отражателей

Существуют два основных свойства отражателей, качество которых нельзя измерить. Первое – это тип отражателя и его геометрия, второе – постоянная призмы.

Отражатели можно поделить на несколько типов:

1. Классический круглый отражатель
2. Минипризмы (миниотражатели)
3. Отражатели 360°
4. Отражатели для мониторинга
5. Отражательная пленка

Круглые отражатели

Это классические отражатели, которые используются при производстве работ по созданию планово-высотного обоснования, топографических съемок различного назначения. Как правило, они комплектуются марками. Большинство круглых призм имеют диаметр 62 мм для обеспечения эффективного отражения луча дальномера при работе на различных расстояниях.

Отражатель c подсветкой,
AY01L

Отражатель Seco 6400-10

Отражатель Seco 6402-02

Для выполнения измерений на большие расстояния (свыше 3000 метров) используют призменные системы, состоящие из нескольких отражателей (от 3-х и более).

Отражатель с тремя призмами

Минипризмы

В основном используются при производстве разбивочных работ и исполнительных съемок. Малый размер призм обусловлен тем, что на строительной площадке работают, как правило, на коротких расстояниях (до 100-200 метров) и требуется повышенная точность измерений. Минипризмы дополнительно могут быть снабжены марками.

Минипризма без марки,
HDMINI103-T

Минипризма с пластиковой маркой,
Trimble 571126273

Минипризма с металлической маркой,
HDMINI108

При выполнении разбивочных работ и исполнительных съемок удобно пользоваться специальными вехами со съемным наконечником для накручивания минипризмы на нижнюю часть вехи, или использовать минипризмы «скользящего» типа, которые можно устанавливать на различную высоту. Это позволяет минимизировать погрешность наклона вехи при выполнении измерений.

Минипризма «скользящего» типа
Seco 5910-06

Отражатели 360°

Большинство роботизированных тахеометров имеют функцию автоматического распознавания и захвата (слежения) за целью. Такие инструменты лучше всего использовать вместе с отражателем 360° - этот тип призмы отражает сигнал во всех направлениях (360°), поэтому нет необходимости следить за тем, чтобы отражатель всегда был направлен к прибору. Отражатель 360° состоит не из одной триппель-призмы, а из шести/семи (зависит от производителя и конструкции) таких призм, что обеспечивает непрерывное и постоянное отражение сигнала дальномера.

Миниотражатель 360,
Trimble 571204312

Отражатель 360 для S серии,
Trimble 58128001

Отражатель 360 для интегрированной
съемки с приёмником R10,
Trimble 58012029

Недостатком таких призм является большая масса и размер, по сравнению с классическими призмами.

Отражатели 360° бывают активные и пассивные. Активные отражатели, в отличие от пассивных, имеют дополнительный датчик слежения, который испускает сигнал, по которому тахеометр отслеживает конкретную цель. При выполнении работ с использованием роботизированных тахеометров особенно важно обеспечить надежное распознавание целей, потому что, находясь на станции, мы можем иметь дело с иными отражающими объектами, такими как дорожные знаки, отражательные элементы на спецодежде и пр. При работе только с пассивными отражателями  велика вероятность ложного захвата отражающего объекта (например, стеклянная поверхность здания или дорожный знак).

Для исключения ложного захвата и работы в сложных условиях производители применяют различные запатентованные технологии. Например, Trimble MultiTrack использует систему опознавания цели с помощью модулируемого инфракрасного излучения, а полевое ПО Trimble Access настраивается на работу с конкретным отражателем. Роботизированный тахеометр, оснащённый технологией Trimble MultiTrack, одновременно может отслеживать до восьми целей без риска отслеживания неправильной цели, обеспечивая увеличение производительности из-за отсутствия возможности захватить ложную цель.

Еще одна разработка Trimble – технология ActiveTrack 360. Отражатель ActiveTrack 360 не содержит в себе стеклянных призм, а только светоотражающий элемент, поэтому обладает небольшими размерами и малым весом. Дополнительно он оснащен электронным уровнем, показания которого передаются через Bluetooth. Отражатели Trimble MultiTrack совместимы со всеми роботизированными тахеометрами S-серии.

Отражатель с активным элементом Target ID,
Trimble SLSU-S2003

Активная призма MultiTrack,
Trimble MT1000

Активная призма Active Track 360,
Trimble AT360

Отражатели для мониторинга

При использовании роботизированных тахеометров для наблюдения за деформациями зданий и сооружений используют специальные призмы. Они имеют, как правило, небольшие размеры (так как расстояния между тахеометром и призмой в мониторинге обычно небольшие) и специальное крепление для установки на исследуемом сооружении для возможности развернуть призму в нужном направлении. Некоторые модели могут иметь на корпусе специальную защиту – козырьки – для защиты от снега и дождя.

Минипризма для мониторинга
HDMINI109

Призма 62 мм с защитным козырьком,
Trimble 58008042

Призма 62 мм с защитным козырьком и
креплением для ГНСС приёмника,
Trimble 58008040

Как устанавливать отражатель

Отражатель устанавливается на веху или штатив, поэтому при выборе отражателя следует сразу определить тип вехи и штатива, с которыми он будет работать. Если отражатель будет устанавливаться на штатив, значит, понадобится трегер и адаптер для его фиксации.

Трегер

Адаптер

Конструктивно трегеры и адаптеры могут быть разные: со встроенным оптическим или лазерным центриром, без центрира, с круглыми уровнями различной точности.

Для удобства работы можно использовать быстросъемные крепления, которые позволяют достаточно легко и быстро присоединить/отсоединить отражатель от вехи или адаптера на штативе.

Быстросъемное крепление
5111-04-SM

Быстросъемное крепление
Seco 5111-00

Отражательная плёнка

Еще один тип цели – это светоотражающая плёнка. Чаще всего используется на строительной площадке для закрепления точек внешней разбивочной основы. Производится на основе высококачественной самоклеющейся плёнки. Отражение света от поверхности плёнки происходит в направлении источника. Светоотражающий слой выполнен из светопроницаемого полимера с включением стеклянных микросфер. Для усиления интенсивности отраженного излучения под слоем полимера находится "зеркальная" светоотражающая подложка. Плёночные отражатели выпускаются разных размеров: 25х25, 50×50, 60×60, 90×90 и 100×100 мм. Размер плёночной марки зависит от расстояний, на которые предполагается выполнять измерения и внешних условий работ.

Отражающая пленка 25х25 и 60х60 мм,
Trimble 57012007

Отражающая пленка 50х50 мм,
ОПП-50

Отражающая пленка 100х100 мм,
RS100

Постоянная поправка отражателя

Прохождение светового луча электронного дальномера через отражатель происходит с задержкой, из-за того, что плотность материала призмы гораздо выше плотности воздуха. Эта задержка приводит к увеличению значения измеренного расстояния. Кроме того, измерения на отражатель производятся между двумя точками – вертикальной осью вращения инструмента и центром отражателя. Важно понимать конструкцию корпуса отражателя и механизма крепления призмы, чтобы гарантировать привязку центра отражателя к измеряемой точке. Оба эти фактора (скорость распространения света в среде и расположение призмы в корпусе отражателя) учитываются в так называемой постоянной поправке (константе) отражателя, которая вычисляется по геометрическим размерам призмы, типу стекла и положению вертикальной оси отражателя относительно крепления.

Производители геодезического оборудования стремятся выпускать отражатели со стандартными поправками (например, 0 мм, ±30мм, ±40 мм) для системы «дальномер-отражатель» и удобства введения этой постоянной поправки геодезистом при выполнении работ. В технических характеристиках отражателя обязательно указывается значение константы призмы.

Угловая точность отражателя

Качество шлифовки стекла имеет важное значение при отражении сигнала. Чем лучше отшлифовано стекло призмы, тем точнее сигнал будет возвращен обратно. Отклонение между входящим и исходящим направлениями сигнала оказывает серьёзное влияние на диапазон измерений расстояний.

Геодезические отражатели обычно имеют отклонение луча в несколько секунд. Например, если призма имеет максимальное отклонение 5 секунд, это означает, что в каждой шестой части призмы направление отраженного сигнала отличается не более чем на 5 секунд. Это отклонение максимально на краях отражателя, а при измерении в центральной части призмы, как правило, оно заметно ниже.

Проверка призмы на отклонение луча выполняются после сборки отражательной системы.

Покрытие поверхностей призмы

Степень отражения сигнала призмой определяется способностью материала отражать видимое и инфракрасное излучение. Эта возможность зависит от самого материала изготовления призмы (стекла), а также от качества поверхности отражения. Для повышения производительности часто используются отражающие и антиотражающие (антибликовые) покрытия. Но какая разница между типами покрытия, и как они влияют на отражение сигнала призмой? Рассмотрим этот вопрос далее.

Отражающее покрытие

В высококачественных призмах заднюю поверхность покрывают медным или серебряным напылением, для увеличения интенсивности отраженного сигнала и дальности работы. Для дополнительной защиты покрытия от коррозии сверху его покрывают слоем эпоксидной смолы.

Также до сих пор встречаются призмы без напыления, они гораздо дешевле и подходят для работ, не требующих высокой точности и дальности, поскольку в них гораздо хуже отражается сигнал и могут возникать ошибки в несколько миллиметров при больших углах наклона призмы. В корпусе таких призм при длительной эксплуатации скапливается влага и грязь, что еще больше снижает ее отражающие характеристики.

Без покрытия

Серебряное покрытие

Медное покрытие

Анти-отражающее (антибликовое) покрытие

При измерении расстояний дальномером, бóльшая часть сигнала проходит сквозь тело призмы, отражаясь от ее внутренних граней. Однако, небольшой процент испущенного дальномером сигнала (обычно около 4%) отразится от передней поверхности призмы. Время прохождения расстояния такого сигнала меньше, чем время прохождения «правильного» сигнала, отраженного от внутренней поверхности призмы, поэтому такой «неправильный» сигнал может оказать существенное негативное влияние на точность измеряемого расстояния. На рисунке ниже показаны пути электромагнитных волн, отраженных от внутренней задней поверхности призмы (красный), от внутренних боковых граней призмы (синий, примерно 4%) и от передней поверхности призмы (зеленый, около 2%).

Прохождение сигнала сквозь тело призмы

Этот эффект оказывает существенное влияние при измерении коротких расстояний. Чтобы избежать этого влияния, переднюю поверхность призмы покрывают специальным антибликовым слоем. При использовании призмы без антибликового покрытия (или покрытия, «настроенного» на неправильную длину волны) могут возникать ошибки в измеренных расстояниях до 3 мм.

Установка отражателя над точкой

Для получения высоких точностей при измерении расстояний следует учитывать еще один важный фактор – выравнивание оси призмы относительно отражаемого сигнала. Наиболее надежный результат измерений будет получен при условии вертикального расположения оси призмы и прихода сигнала в отражатель перпендикулярно поверхности призмы. Если призма повернута относительно линии визирования, то точное наведение на геометрический центр призмы проблематично. Это происходит потому, что показатели преломления воздуха и стекла отличаются друг от друга. Для облегчения ориентировки отражателя они снабжаются специальными визирами.

Отражатель с визиром

При угле разворота менее 40° погрешность наведения будет меньше 0,5 мм, однако при угле более 50° она уже превышает 1 мм. При угле разворота 60° отклонение в измеренных расстояниях может достигать 2,5 мм и более.

Дополнительные аксессуары

При производстве работ в безотражательном режиме удобно использовать специальные цели (марки). Данный тип марок можно рекомендовать при выполнении детальной съёмки отдельных элементов (например, архитектурные детали, мониторинг сооружений) и выносе точки в натуру

Визирная марка

При работе на строительной площадке (производство разбивок, исполнительной съемки) можно не использовать веху, а отражатель крепить прямо на наконечник, но желательно конечно воспользоваться специальной минипризмой.

Наконечник с уровнем

Резюме

Выбор отражателей должен быть обусловлен не только их конструктивными особенностями, но и видом используемого тахеометра, конкретными условиями эксплуатации, видами работ и требуемой дистанцией измерений. В любом случае, прежде чем купить призменную систему, необходимо обратить внимание на ее ключевые характеристики. К ним относятся максимально обеспечиваемая дальность наблюдений, точность центрирования и способ крепления. Если вы планируете купить отражатель для тахеометра, наши специалисты могут проконсультировать вас и предложить самую оптимальную по своим характеристикам модель.