Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Под редакцией д-ра техн. наук, проф.

A. Д. Большакова

Учебник написан в соответствии с учебными про­граммами курсов «Радиогеодезические и электроопти­ческие измерения» (СССР) и «Elektronische Strecken — messung» (ГДР). Он должен помочь студенту в пер­вую очередь овладеть наиболее общими знаниями, усвоение которых необходимо для понимания работы дальномерных устройств независимо от конкретного технического и конструктивного решения.

Для освоения современной техники измерения рас­стояний требуется основательная подготовка по фи­зике (оптика, радиоэлектроника, лазерная техника), математике и другим дисциплинам. Сведения из этих областей включены в учебник в той мере, в какой они необходимы для понимания конкретных вопросов. Приведены также основные фундаментальные поня­тия, связанные с электромагнитными колебаниями и волнами. Поскольку в современной дальнометрии большую роль играют лазеры, авторы сочли целесо­образным расширить изложение вопросов лазерной техники.

Между Дрезденским техническим университетом (ДТУ) и Московскйм институтом инженеров геоде­зии, аэрофотосъемки и картографии (МИИГАиК) су­ществует 30-летнее сотрудничество. Данная книга яв­ляется первым опытом написания совместного учеб­ника. Настоящий учебник выходит одновременно в Москве (издательство «Недра») на русском языке и в Берлине («Verlag fur Bauwesen») на немецком языке.

Авторы надеются, что эта книга послужит даль­нейшему расширению и углублению знаний в области электронного измерения расстояний и поможет при­менить эти знания на практике.

Предисловие, § 4, глава 5 и приложения написаны В. Д. Большаковым; § 5 и 6 — В. Д. Большаковым и А. Н. Голубевым совместно; § 1, 2, 8—10, 17— 21—А. Н. Голубевым, введение, § 3, 7, 15, 16 — Ф. Деймлихом; § 11 —14, 22 — В. П. Васильевым.

Радиогеодезические и электрооптическне измерения, или, иначе, электронная дальнометрия, есть раздел современной геодезической науки, в котором изучаются вопросы измерения расстояний при помощи электромагнитных волн радио — и оп­тического диапазонов. Принцип таких измерений основан на определении времени распространения электромагнитных волн вдоль измеряемой дистанции. Измерив время и зная скорость распространения, можно вычислить расстояние. Нахождение расстояния таким способом есть, по существу, задача, обрат­ная определению скорости света на базисе известной длины — определению, неоднократно выполнявшемуся физиками с целью уточнения одной из фундаментальных физических констант — скорости света в вакууме. Впервые определение скорости света на линии известной длины было выполнено в классическом опыте Физо в 1849 г.; в дальнейшем в такие измерения было внесено много технических усовершенствований. Эти работы заложили фундамент для создания дальномерной аппаратуры в оптическом диапазоне волн.

В оптическом диапазоне наиболее подходящими участками спектра для дальнометрии являются область видимого света (длины волн 0,4—0,7 мкм) и ближняя инфракрасная область, преимущественно в районе 0,8—1,1 мкм, а в радиодиапазоне — область сверхвысоких частот с длинами волн 0,8—10 см и об­ласть средних и длинных радиоволн (100—10000 м). Приборы для измерения расстояний в оптическом диапазоне волн вклю­чают в себя электрооптическне дальномеры (светодальномеры) и интерферометры, а к аппаратуре радиодиапазона относятся радиодальномеры, радиогеодезические системы и спутниковые радиосистемы.

Указанные приборы и системы имеют весьма широкое при­менение в геодезии. Кроме традиционных линейных измерений, выполняемых при создании геодезических сетей различного на­значения, линейных и линейно-угловых геодезических построе­ний, топографических съемочных работ, они применяются для измерения расстояний до искусственных спутников Земли и до Луны и определения координат наземных пунктов в космиче­ской геодезии, для определения координат при аэрофото­съемке и в морской геодезии, для прецизионных линейных из­мерений в разнообразных задачах прикладной геодезии, для измерений на геодинамических полигонах при изучении дефор­маций земной коры, в геодезической метрологии и др.

Современная дальномерная техника представляет собой сложную аппаратуру, разработка которой связана со многими областями физики и техники, в первую очередь с оптикой, ра­диоэлектроникой, квантовой электроникой, автоматикой и вы­числительной техникой. Прогресс в этих областях оказал влия­ние на геодезическую дальнометрию самым непосредственным образом как в части приборной техники и технологии, так и в части совершенствования методов измерений и обработки по­лучаемой информации.

Первый в мире светодальномер был предложен в СССР в 1933 г. Г. И. Трофимуком, однако реализован этот прибор не был. Первый действующий светодальномер был разработан в 1936 г. советскими физиками А. А. Лебедевым, В. Г. Вафиади и В. В. Балаковым в ГОИ — Государственном оптическом ин­ституте (г. Ленинград). Точность этого прибора еще не отве­чала требованиям геодезии. Широкое практическое примене­ние светодальномеров началось после выпуска шведской фир­мой AGA в 1950 г. разработанного Э. Бергстрандом прибора, названного геодиметром. Начиная с 1953 г., в СССР было соз­дано несколько типов светодальномеров, разработанных в ГОИ, ЦНИИГАиКе, МИИГАиКе, Всесоюзном научно-исследователь­ском маркшейдерском институте (ВНИМИ), Ереванском поли­техническом институте (ЕрПИ) и некоторых других организа­циях. В частности, в ГОИ к 1965 г. был разработан первый в мировой практике светодальномер с полупроводниковым из­лучателем (ГД-314), после демонстрации которого в ГДР на Лейпцигской ярмарке 1965 г. началось интенсивное развитие приборов подобного класса за рубежом. Общее количество разработанных в Советском Союзе светодальномеров доста­точно велико; среди них большое место занимали визуальные светодальномеры, выпуск которых в настоящее время прекра­щен. Сейчас в СССР серийно выпускаются светодальномеры «Гранат», СГ-3, МСД-1М, СМ-5, СТ-5, ДК-001 и осваивается производство некоторых других приборов.

В ГДР разработка и производство светодальномеров осу­ществляются народным предприятием «Карл Цейсе», Иена. Были разработаны дальномеры EOS (1965 г.), ЕОК 2000 (1968 г.) и электронный тахеометр EOT 2000 (1977 г.). В по­следние годы серийно выпускаются два новых автоматизиро­ванных прибора — регистрирующие электронные тахеометры RECOTA (с 1980 г.) и RETA (с 1982 г.).

Разработкой и выпуском светодальномерной аппаратуры за­нимаются различные фирмы в Швеции, Швейцарии, ФРГ, США, Франции, Великобритании, Японии и других странах.

Исключительно большое значение для развития дальномет — рии оптического диапазона имело появлёние в 1960 г. лазеров и в связи с этим бурное развитие квантовой электроники и ла­зерной техники. Именно благодаря лазерам стали возможными измерения расстояний на космических трассах и существенный прогресс в области геодезической интерферометрии. Использо­вание лазеров в. качестве источников излучения в традицион­ных наземных светодальномерах позволило значительно улуч­шить такие важнейшие характеристики дальномеров, как даль­ность действия и точность измерений, и обеспечить возможность работы в светлое время суток, весьма ограниченную у нелазер­ных светодальномеров с фотоэлектрическими приемниками света. Кроме того, применение лазерной техники в дальномет — рии стимулировало разработку некоторых новых, чисто лазер­ных методов измерения расстояний, невозможных с обычными источниками света.

Развитие полупроводниковой технологии,* разработка полу­проводниковых лазеров и светодиодов и успехи микроэлектро­ники привели к созданию легких и портативных светодально­меров массового применения для измерения коротких расстоя­ний, удобных в обращении и транспортировке. Объединение электронных дальномерных устройств с теодолитами (в виде неразъемной или модульной конструкции) позволило создать электронные тахеометры — универсальные дальномерно-угло — мерные геодезические приборы. Созданные в 1968 г. электрон­ные тахеометры были в дальнейшем усовершенствованы и, на­чиная с 1977 г., стали в высшей степени автоматизированными геодезическими приборами. .

Применение радиоволн для измерения расстояний базиру­ется на фундаментальных исследованиях советских физиков Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси, разработавших к 1930 г. радиоинтерференционные методы измерения расстоя­ний, положенные в основу работы радиодальномеров и радио­геодезических систем. После создания Т. Уодли радиодально­мера под названием «Теллурометр», серийное производство ко­торого было налажено в 1957 г., началось применение СВЧ ра — диодальнометрии в широких масштабах. С этого времени во многих странах были развернуты разработки и промышленное производство СВЧ радиодальномеров. В СССР, США, Велико­британии, Канаде, Австралии, Японии, ВНР, ЮАР, ГДР, ПНР, Швейцарии, ФРГ в течение следующего десятилетия появились новые, более совершенные типы радиодальномеров. Развитие приборостроительной техники позволило осуществить в послед­них моделях радиодальномеров полную автоматизацию изме­рений.

Геодезические радиодальномеры имеют несколько меньшую точность, чем светодальномеры, что связано с большей под­верженностью радиоволн влиянию внешних условий по срав­нению со световыми волнами, но имеют преимущества перед светодальномерами в дальности действия и являются практи­чески всепогодными приборами.

Свето- и радиодальномеры являются мощным средством ли­нейных измерений в арсенале современной геодезии. Их при­менение возвело линейные измерения в ранг весьма оператив­ных. Так, при построении геодезических сетей на больших территориях измерение линий с помощью электронных дально­меров производится с меньшими затратами, гораздо быстрее и

точнее, чем определение длин сторон путем измерения углов треугольников, опирающихся на короткую очень точно изме­ренную линию (базис). Это привело к тому; что применявшийся в течение длительного времени метод триангуляции утратил свое доминирующее положение при определении координат пунктов в геодезии.

Специфические особенности имеет радиодальнометрия по­движных объектов, которые могут быть расположены как на поверхности Земли или вблизи нее (корабль, самолет), так и в околоземном пространстве (искусственные спутники Земли, орбиты которых находятся на расстояниях тысяч или десятков тысяч километров). Измерения расстояний до таких объектов осуществляются обычно с целью определения их координат или, как, например, в случае спутников, координат наземных станций и решения различных навигационно-геодезических задач.

Другим примером специфических линейных измерений яв­ляется геодезическая интерферометрия оптического диапа­зона — наиболее прецизионный метод измерения небольших (порядка десятков метров) расстояний и их изменений, обла­дающий микронной точностью. Геодезическая интерферометрия приобретает особенно важное значение в последнее время в связи с необходимостью создания базисов наивысшей точно­сти для метрологической аттестации средств линейных измере­ний, в частности свето — и радиодальномеров, а также для пре­цизионных измерений геофизического назначения (изучение де­формаций земной коры с целью прогноза землетрясений и т. п.).

При всех без исключения электронных методах измерений расстояний первостепенную роль играет учет влияния среды, в которой распространяются электромагнитные волны, атмо­сферы.

В соответствии с этим в данном курсе рассматриваются как аппаратурные вопросы, касающиеся всех упомянутых выше приборов и систем, так и вопросы учета влияния атмосферы в дальнометрии, а также излагаются основы математической обработки электрооптических и радиогеодезических измерений.

Комментарии запрещены.