ГЕОДЕЗИ́ЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕ́НТЫ

ГЕОДЕЗИ́ЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕ́НТЫ, при­бо­ры для ре­ше­ния на­уч­ных, ин­же­нер­но-тех­нич. и про­из­вод­ст­вен­ных за­дач в гео­де­зии. Г. и. при­ме­ня­ют­ся для из­ме­рения рас­стоя­ний, уг­лов, пре­вы­ше­ний; для вер­ти­каль­но­го и на­клон­но­го про­ек­ти­ро­ва­ния; для оп­ре­де­ле­ния со­ос­но­сти, створ­но­сти, за­да­ния на­прав­ле­ний и др. Г. и. ис­поль­зу­ют так­же в ка­че­ст­ве кон­троль­но-из­ме­рит. при­бо­ров при вы­пус­ке, экс­плуа­та­ции и ис­пы­та­ни­ях др. тех­нич. средств.

Г. и. при­ме­ня­лись ещё в 13–12 вв. до н. э. при строи­тель­ст­ве оро­си­тель­ных ка­на­лов в Ва­ви­ло­не, Егип­те и Ки­тае. Ге­рон Алек­сан­д­рий­ский (1 в. до н. э.) пред­ло­жил уг­ло­мер­ный при­бор с ди­оп­тра­ми и по­во­рот­ной ли­ней­кой; Гип­парх соз­дал ас­т­ро­ля­бию, ко­то­рая по пра­ву счи­та­ет­ся про­об­ра­зом тео­до­ли­та. Ко 3–2 вв. до н. э. от­но­сят­ся пер­вые ин­ст­ру­мен­таль­ные оп­ре­де­ле­ния ок­руж­но­сти Зем­ли, вы­пол­нен­ные Эра­то­с­фе­ном при по­мо­щи гно­мо­на.

В 1576 И. Га­бер­мель (Гер­ма­ния) раз­ра­бо­тал уг­ло­мер­ный при­бор, снаб­жён­ный бус­со­лью и дей­ст­во­вав­ший по прин­ци­пу тео­до­ли­та. В 1609 Г. Га­ли­лей соз­дал зри­тель­ную тру­бу, со­дер­жа­щую стек­лян­ные лин­зы. В 1611 И. Ке­п­лер пред­ло­жил два ва­ри­ан­та зри­тель­ной тру­бы с сет­кой ни­тей: с пря­мым (зем­ная тру­ба) и об­рат­ным (ас­тро­но­мич. тру­ба) изо­бра­же­ни­ем. В 1631 П. Вер­нье (Фран­ция) из­го­то­вил вер­нь­ер. В сер. 18 в. Дж. Рам­сден (Ве­ли­кобри­та­ния) изо­брёл от­счёт­ный мик­ро­скоп с вин­то­вым мик­ро­мет­ром для сня­тия от­счё­тов по лим­бу. В 1810 нем. оп­тик-ме­ха­ник Г. Рей­хен­бах ввёл в зри­тель­ную тру­бу Г. и. даль­но­мер­ные ни­ти для оп­ре­де­ле­ния на­клон­ных рас­стоя­ний по вер­ти­каль­ной рей­ке. В нач. 19 в. поя­ви­лись оп­тич. даль­но­ме­ры с ба­зи­сом у при­бо­ра (без­ре­еч­но­го ти­па), ра­бо­таю­щие на ос­но­ве прин­ци­па двой­но­го изо­бра­же­ния. В соз­да­ние но­вых Г. и. боль­шой вклад вне­сли рос. учё­ные, ин­же­неры, изо­бре­та­те­ли: М. В. Ло­мо­но­сов, В. Я. Стру­ве (см.Стру­ве), В. Ф. Гербст, Д. Д. Ге­део­нов, К. И. Тен­нер и др.

В ос­но­ву клас­си­фи­ка­ции совр. Г. и. по­ло­же­ны сле­дую­щие при­зна­ки: функ­цио­наль­ное на­зна­че­ние, об­ласть при­ме­не­ния, фи­зич. при­ро­да но­си­те­лей ин­фор­ма­ции, ус­той­чи­вость к транс­пор­ти­ро­ва­нию, кон­ст­рук­тив­ные осо­бен­но­сти. По точ­но­сти из­ме­ре­ний Г. и. раз­де­ля­ют на пре­ци­зи­он­ные (вы­со­ко­точ­ные), точ­ные и тех­ни­че­ские.

Ра­бо­та с Г. и. мо­жет вы­пол­нять­ся при ус­та­нов­ке их на шта­тив, сто­лик гео­де­зи­че­ско­го зна­ка, столб (тур). Для не­ко­то­рых Г. и. не­об­хо­ди­мо при­ме­не­ние эк­ра­на, за­щи­щаю­ще­го от пря­мо­го воз­дей­ст­вия сол­неч­ной ра­диа­ции и ат­мо­сфер­ных осад­ков.

Осн. тре­бо­ва­ния, предъ­яв­ляе­мые к Г. и., сво­дят­ся к обес­пе­че­нию за­дан­ной точ­но­сти и ско­ро­сти из­ме­ре­ний, ста­биль­но­сти ре­зуль­та­тов из­ме­ре­ний в разл. усло­ви­ях, про­сто­те и удоб­ст­ву в об­ра­ще­нии, ком­пакт­но­сти, оп­ти­маль­ной ма­те­риа­ло- и энер­го­ём­ко­сти, транс­пор­та­бель­но­сти, при­год­но­сти к ре­мон­ту, эс­те­тич­но­сти и эр­го­но­мич­но­сти.

Приборы для измерения расстояний

При­бо­ры для из­ме­ре­ния рас­стоя­ний наи­бо­лее мно­го­чис­лен­ны и раз­но­об­раз­ны по кон­ст­рук­ции. К ним от­но­сят­ся мер­ные при­бо­ры, ос­но­ван­ные на прин­ци­пе от­кла­ды­ва­ния ра­бо­чей ме­ры (про­во­ло­ки, лен­ты, ру­лет­ки, жез­лы, нут­ро­ме­ры, мет­рш­то­ки), оп­ти­ко-ме­ха­нич. дально­ме­ры ви­зу­аль­но­го ти­па (оп­ти­че­ские и двой­но­го изо­бра­же­ния), све­то­даль­но­ме­ры, ра­дио­даль­но­ме­ры. Оп­ре­де­лять рас­стоя­ния мож­но пу­тём гео­мет­рич. по­строе­ний на ме­ст­но­сти (напр., три­ан­гу­ля­ции), ко­гда из­ме­ря­ют од­ну или не­сколь­ко из сто­рон гео­мет­рич. по­строе­ния, уг­лы ме­ж­ду все­ми сто­ро­на­ми, а за­тем вы­чис­ля­ют все ос­таль­ные сто­ро­ны, оп­ре­де­ляя та­ким об­ра­зом рас­стоя­ния до не­дос­туп­ных объ­ек­тов. Оп­тич. даль­но­ме­ры ис­поль­зу­ют ре­ше­ние вы­тя­ну­то­го тре­уголь­ни­ка, с из­вест­ным ко­рот­ким ба­зи­сом и из­ме­рен­ным ма­лым па­рал­лак­ти­че­ским уг­лом. Прин­цип дей­ст­вия све­то­даль­но­ме­ров сво­дит­ся к из­ме­ре­нию вре­ме­ни про­хо­ж­де­ния све­то­во­го им­пуль­са до от­ра­жа­те­ля и об­рат­но и вы­чис­ле­нию рас­стоя­ний с учё­том зна­ния ско­ро­сти све­та в ре­аль­ной сре­де. В ка­че­ст­ве ис­точ­ни­ка све­та ис­поль­зу­ют­ся по­лу­про­вод­ни­ко­вые ла­зе­ры.

Приборы для измерения превышений

К та­ким при­бо­рам от­но­сят­ся оп­тич. ни­ве­ли­ры с уров­нем и са­мо­ус­та­нав­ли­ваю­щей­ся ви­зир­ной ли­ни­ей, элек­трон­ные ни­ве­ли­ры, ба­до­мет­рич. ни­ве­ли­ры, гид­ро­ста­тич. и гид­ро­ди­на­мич. ни­ве­ли­ры, мик­ро­ни­ве­ли­ры и др. Скон­ст­руи­ро­ва­ны ла­зер­ные ни­ве­ли­ры, в ко­то­рых ви­зир­ная ли­ния за­да­ёт­ся пуч­ком ла­зер­но­го из­лу­че­ния, и ни­ве­ли­ры ти­па «ла­зер­ная плос­кость» с ав­то­ма­тич. раз­вёрт­кой лу­ча в го­ри­зон­таль­ной или вер­ти­каль­ной плос­ко­сти. В со­че­та­нии с элек­трон­ны­ми дат­чи­ка­ми на рей­ках или др. ви­зир­ных уст­рой­ст­вах эти при­бо­ры обес­пе­чи­ва­ют вы­со­кую эф­фек­тив­ность гео­де­зич. из­ме­ре­ний.

Гид­ро­ста­тич. ни­ве­ли­ры ста­цио­нар­но­го и пе­ре­нос­но­го ти­пов ис­поль­зу­ют­ся при на­блю­де­нии за по­ло­же­ни­ем тех­но­ло­гич. обо­ру­до­ва­ния и стро­итель­ных кон­ст­рук­ций в пе­ри­од на­лад­ки и экс­плуа­та­ции со­ору­же­ний. Вы­пус­ка­ют­ся элек­трон­ные (циф­ро­вые) ни­ве­ли­ры с ко­до­вы­ми рей­ка­ми, по­зво­ляю­щие све­сти к ми­ни­му­му субъ­ек­тив­ные по­греш­но­сти на­блю­да­те­ля, на­ка­п­ли­вать ре­зуль­та­ты по­ле­вых из­ме­ре­ний в па­мя­ти при­бо­ра и пе­ре­да­вать их в ком­пь­ю­тер.

Приборы для измерения углов

Нивелир (1952). Фото С. В. Хлебнова

При­бо­ры для из­ме­ре­ния уг­лов вклю­ча­ют в се­бя оп­ти­че­ские, элек­трон­ные и ги­ро­ско­пич. тео­до­ли­ты, та­хео­мет­ры, эке­ры, эк­ли­мет­ры, бус­соль­ные при­бо­ры и го­нио­мет­ры. Тео­до­ли­ты по­зво­ля­ют оп­ре­де­лять на­прав­ле­ния, го­ри­зон­таль­ные и вер­ти­каль­ные уг­лы. При этом исполь­зу­ет­ся ра­бо­чая ме­ра – го­ри­зон­таль­ный и вер­ти­каль­ный лим­бы с гра­дус­ны­ми (360°) или де­ци­маль­ны­ми (гра­до­вы­ми) (400^g) де­ле­ния­ми. Cозданы элек­трон­ные та­хео­мет­ры и ла­зер­ные ру­лет­ки, с по­мо­щью ко­то­рых в по­ле­вых ус­ло­ви­ях мож­но из­ме­рять го­ри­зон­таль­ные и вер­ти­каль­ные уг­лы и рас­стоя­ния, ав­то­ма­ти­че­ски вы­пол­нять не­об­хо­ди­мые вы­чис­ле­ния по пла­но­во­му и вы­сот­но­му по­ло­же­нию оп­ре­де­ляе­мых то­чек ме­ст­но­сти.

Другие геодезические инструменты

Рас­ши­ре­ние объ­ё­мов ра­бот в при­клад­ной гео­де­зии при­ве­ло к соз­да­нию ря­да спе­циа­ли­зир. при­бо­ров. Так, для гео­де­зич. обес­пе­че­ния строи­тель­ст­ва и экс­плуа­та­ции инж. со­ору­же­ний раз­ра­бо­та­ны при­бо­ры вер­ти­каль­но­го про­ек­ти­ро­ва­ния то­чек с од­но­го го­ри­зон­та на дру­гой, ис­поль­зуе­мые при мно­го­этаж­ном строи­тель­ст­ве и мон­та­же тех­но­ло­гич. обо­ру­до­ва­ния.

Двухчастотный приёмник GPS.

Прин­цип дей­ст­вия створ­ных при­бо­ров (али­нио­мет­ров) и при­бо­ров для кон­тро­ля пря­мо­ли­ней­но­сти и со­ос­но­сти ос­но­ван на за­ко­не пря­мо­ли­ней­но­го рас­про­стра­не­ния све­та. Ре­фе­рент­ной пря­мой яв­ля­ет­ся ви­зир­ная ось зри­тель­ной тру­бы, ось сим­мет­рии ла­зер­но­го пуч­ка све­та или вер­ти­каль­ная плос­кость, в кото­рой рас­по­ла­га­ет­ся ось на­тя­ну­той стру­ны.

Аль­тер­на­тив­ный под­ход к вы­пол­не­нию гео­де­зических из­ме­ре­ний со­сто­ит в ис­поль­зо­ва­нии про­стран­ст­вен­ных ме­то­дов из­ме­ре­ний с при­ме­не­ни­ем в ка­че­ст­ве опор­ных то­чек мгно­вен­ных по­ло­же­ний ис­кус­ст­вен­ных спут­ни­ков Зем­ли. Из­ме­рительные ком­плек­сы, ба­зи­рую­щие­ся на этих прин­ци­пах, на­зы­ва­ют спут­ни­ко­вы­ми сис­те­ма­ми по­зи­цио­ни­ро­ва­ния (GPS и др.).