Технологии, облегчающие жизнь геодезистов

29.03.2018

Электронный уровень приемника EFT M2 GNSS служит для определения величины наклона прибора и компенсации на эту величину при расчете итоговой координаты. Такая система позволяет получать точные координаты объектов, к которым невозможно вплотную установить приемник, например, столбы, заборы, стены, а также упрощает производство съемки, позволяя не горизонтировать веху. Предел компенсации электронного уровня составляет 30°.
        
Система электронного уровня определяет величину уклона – угол β равный углу α и на основании известных координат точки A и дирекционного угла производит расчет точки C (рис. 1). При этом решается тригонометрическая задача для определения отрезков a и b:
 
a = c • cos α
b = c • sin α

А далее решается прямая геодезическая задача для определения конечной координаты C:
 
Cx = Bx + b • cos α (дир. угол)
C= By + b • sin α (дир. угол)
 
 

Рис. 1 – Схема решения задачи электронного уровня
 
Датчики на материнской плате, обеспечивающие работу электронного уровня

Работа электронного уровня EFT M2 GNSS обеспечивается двумя чипами на материнской плате прибора: инклинометром ADIS16209 и магнитометром LIS3MDL.
 

Рис. 2 – Инклинометр и магнитометр на материнской плате EFT M2 GNSS

Инклинометр ADIS16209 самый точный датчик по сравнению с аналогами, представленными на рынке. Плата обеспечивает расчет уклона приемника EFT M2 GNSS относительно гравитационного поля Земли с погрешностью до 0.1°.

Магнитометр LIS3MDL позволяет определять углы между собственными осями сенсора X, Y, Z и силовыми линиями магнитного поля Земли. Чип выполняет функцию электронного компаса – определение направления на магнитный полюс. Погрешность нахождения магнитного вектора напряженности составляет ±4 Гс (Гаусс), что в конечном итоге обеспечивает точность 2-3° в определении направления на магнитный север.
 
Принцип калибровки датчиков

Калибровка инклинометра представляет собой определение места «нуля» относительно горизонта Земли. Калибровка осуществляется на эталонных подиумах, либо с помощью других средств, таких как отгоризонтированная веха с биподом или штатив с трегером. Столь высокой точности измерений углов чип ADIS16209 обязан новейшей MEMS - системе, которая использует калибровочные коэффициенты, вычисленные при производстве, для динамического определения параметров окружающей среды и компенсации углового выхода, учитывая изменения напряжения, температуры, угла и других переменных. Таким образом, для достижения наиболее высоких показателей точности датчика необходимо проводить обновление калибровочных коэффициентов и переменных окружающей среды не менее чем каждые 30 дней.
 

Рис. 3 – Калибровка электронного уровня EFT M2 GNSS в ПО EFT Field Survey

При повороте магнитометра LIS3MDL в магнитном поле Земли показания на его трех осях изменяются. Используя эти показания, можно вычислить направление по сторонам света. Чип измеряет показания с осей X, Y и вычисляет угол, который и будет углом отклонения от направления на север.
 

Рис. 4 – Определения направления на север от внутренней СК чипа LIS3MDL

Принцип калибровки датчика магнитометра состоит в сборе точек (Рис. 5) окружающего пространства и измерения направленности вектора магнитного поля в этих точках, что позволяет определить направление на север.

Целью калибровки датчика LIS3MDL является ортогонализация осей чипа с направленностью магнитного поля планеты. Для этого используется автоматический алгоритм калибровки. Суть этого метода состоит в аппроксимации облака полученных точек эллипсоидом. Другими словами, происходит подбор параметров эллипсоида таким образом, чтобы он максимально точно совпадал с облаком точек, построенных на основе показаний магнитометра. Из подобранных таким образом параметров, формируется величина смещения, коэффициенты масштаба и коэффициенты для ортогонализации осей.

Для калибровки магнитометра EFT M2 GNSS с использованием программного обеспечения EFT Field Survey необходимо вращать приемник в трех осях поочередно, до получения успешного результата. При изменении района работ необходимо произвести калибровку повторно. Негативными факторами при производстве калибровки магнитометра могут служить металлические предметы, телефоны, линии электросвязи и любые другие объекты, искажающие направленность магнитных векторов.
 

Рис. 5 – Калибровка чипа LIS3MDL
 

Рис. 6 – Калибровка датчика ориентации в ПО EFT Field Survey

Вывод

Таким образом, магнитометр и инклинометр приемника EFT M2 GNSS обеспечивают точную работу электронного уровня, упрощая процедуру геодезических измерений. Для достижения высокой точности необходимо калибровать оба датчика в соответствии с инструкциями и рекомендациями.