К вопросу о повышении точности измерений методом геометрического нивелирования для развития Главной высотной основы Российской Федерации

Главная высотная основа Российской Федерации (ГВО РФ) представляет собой сеть закрепленных на местности геодезических пунктов. Сейчас «опорный» пункт всего один – Кронштадтский футшток. Перспективой в развитии ГВО РФ является увеличение количества «опорных» пунктов, равномерно распределенных по территории страны. Наличие большого количества «опорных» пунктов» позволит передавать высоты на территории всей страны способом высокоточного геометрического нивелирования – одного из самых точных методов определения высот точек местности. В связи с этим актуальным является вопрос о повышении точности такого вида работ.

Одним из способов повышения точности результатов измерений является учет погрешности высокоточных реек за масштабный и температурный коэффициенты. Это вызвано тем, что шкала рейки может отличаться от номинального значения длины и иметь неоднородность отсчитывания на разных участках. Шкала рейки также может иметь различную длину при различных температурах за счет линейного изменения длины. Даже инварные шкалы, которые в значительно меньшей степени подвержены изменению формы, подвержены данному эффекту. Также, различные значения температуры могут влиять на работу ПЗС-сенсора цифрового нивелира и конструкцию в целом, что существенным образом может сказаться на качестве взятия отсчетов по рейке.

ППК «Роскадастр» в рамках ОКР «ГЕОЛАБ», предусмотренной федеральным проектом «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС» государственной программы Российской Федерации «Космическая деятельность России», разрабатывает эталонный пространственный полигон для поверки и исследований координатно-временных средств измерений, в состав которого планируется включить автоматизированный интерференционный компаратор для систем геометрического нивелирования.

В состав автоматизированного интерференционного компаратора входит: лазерный интерферометр, являющийся рабочим эталоном единицы длины 2-го разряда; промышленная цифровая камера, позволяющая регистрировать штрихи в высоком разрешении и установленная на окуляре цифрового нивелира; рама компаратора, перемещающаяся вертикально по рельсовому пути, закрепленному на корпусе компаратора; климатическая установка для точного определения метеорологических параметров внутри компаратора; программное обеспечение для управления интерференционным компаратором и обработки результатов исследований. Пункт управления автоматизированным интерференционным компаратором с возможностью удаленного подключения вынесен в отдельном помещении с целью исключения влияния исполнителя работ на результаты исследования.

Исследование выполняется на интерференционном автоматизированном компараторе в специальной лаборатории, позволяющей изменять значение температуры воздуха в помещении. По результатам выполнения исследования вычисляют масштабный и температурный коэффициенты, по которым формируется уравнение поправок. Данное уравнение используется для каждой рейки отдельно и применяется для каждого отсчета цифрового нивелира. В дополнение, на интерференционном автоматизированном компараторе имеется возможность исследовать классические инварные рейки, применяемые для работы с оптическими высокоточными нивелирами.

Разрабатывается и апробируется методика определения пяток нивелирных реек. Принципиальная схема исследования следующая: определяется превышение цифровым нивелиром перемещающейся вертикально с кареткой компаратора макета нивелирной марки и сравнение с разницей показаний лазерного интерферометра. Превышение определяется при двух положениях макета нивелирной марки. Первое положение определятся отчетом по нивелирной рейке цифровым нивелиром – значение отчета должно быть близко к пятке рейки. Второе положение определятся перемещением каретки вверх на величину, равную удвоенному значению первого отчета. Второе отсчитывание выполняется по перевернутой рейке.

Перспективой в развитии и применении автоматизированного интерференционного компаратора является разработка новых методик исследования метрологических характеристик систем геометрического нивелира с возможность автоматизации этих процессов.

В докладе представлено: обоснование необходимости определения поправок для инварных нивелирных реек, описание и принцип работы интерференционного компаратора, результаты исследований цифровых систем геометрического нивелирования, методика определения пяток нивелирных реек с обоснования ее применения, промежуточные результаты апробации разработанной методики, перспективы в развитии и применении интерференционного компаратора.

Литература

1) Прусаков А.Н., Спиридонов А.И., Прусаков А.А., Автоматизированный лазерный компаратор для поверки оборудования цифрового нивелирования // Геодезия и картография. 2018. № 3. С. 17–22. Doi: 10.22389/0016-7126-2018-933-3-17-22.

2) Староверов С. В. Разработка компактных средств геодезической метрологии для оперативной поверки и исследований нивелиров и тахеометров: специальность 25.00.32 "Геодезия": дисс. на соиск. уч. степ. к.т.н. 2019. 108 с.

3) Прусаков, А. Н., Спиридонов А. И., Прусаков А. А. Новый компаратор для поверки оборудования для цифрового нивелирования // Инженерные изыскания. 2018. Т. 12, № 3–4. С. 62–69.