teodolit - Theodolite

1958'de Sovyetler Birliği'nde üretilen ve topografik araştırmalar için kullanılan doğrudan okunan bir teodolit
Alanda teodolit kullanan bir öğrenci

Bir teodoliti / θ Ben bir ɒ d ə l t / ölçmek için isimli hassas bir optik alet açıları belirlenen görünür noktaları arasında yatay ve dikey düzlemlerde. Geleneksel kullanım arazi etüdü için olmuştur , ancak aynı zamanda bina ve altyapı inşaatı ve meteoroloji ve roket fırlatma gibi bazı özel uygulamalar için de yaygın olarak kullanılmaktadır .

Yatay ve dikey eksenler etrafında dönebilmesi ve açısal okumalar sağlayabilmesi için monte edilmiş hareketli bir teleskoptan oluşur . Bunlar, teleskopun yönünü gösterir ve teleskopla görülen ilk noktayı, aynı teodolit konumundan diğer noktaların sonraki gözlemleriyle ilişkilendirmek için kullanılır. Bu açılar mikroradyanlara veya ark saniyelerine kadar hassasiyetlerle ölçülebilir . Bu okumalardan bir plan çizilebilir veya nesneler mevcut bir plana göre konumlandırılabilir. Modern teodolit, açıların ve mesafelerin elektronik olarak ölçüldüğü ve doğrudan bilgisayar belleğine okunduğu toplam istasyon olarak bilinen şeye dönüşmüştür .

Bir transit teodolitte , teleskop muylu ekseni etrafında dönecek kadar kısadır, bu da teleskopu zenit boyunca dikey düzlem boyunca döndürür ; transit olmayan aletler için dikey dönüş sınırlı bir yay ile sınırlıdır.

Optik seviye bir theodolite bazen yanlış, ama dikey açı ölçmez ve sadece kullanılan tesviye bir ile yatay düzlem (rağmen sık sık orta hassasiyete yatay aralığı ve yönü ölçümleri ile birlikte).

Çalışma prensipleri

Bir teodolitin eksenleri ve daireleri
Optik okuma teodolitinin diyagramı

Gözlemler yapmak için hazırlık

Geçici ayarlamalar, bir teodolitin bir istasyonda gözleme hazır hale getirilmesi için gerekli olan bir dizi işlemdir. Bunlar, paralaksın ayarlanmasını, merkezlenmesini, tesviye edilmesini ve ortadan kaldırılmasını içerir ve dört adımda gerçekleştirilir:

  • Kurulum: teodolitin bir tripod üzerine sabitlenmesi ve istasyon işareti üzerinde yaklaşık seviyelendirme ve merkezleme.
  • Merkezleme: Tribrach olarak da bilinen bir merkezleme plakası kullanarak teodolitin dikey eksenini istasyon işaretinin hemen üzerine getirmek .
  • Tesviye: genellikle yerleşik bir kabarcık seviyesi ile dikey ekseni dikey hale getirmek için cihazın tabanının seviyelendirilmesi.
  • Odaklama: Objektif ve göz merceğinin uygun şekilde odaklanmasıyla paralaks hatasını ortadan kaldırmak . Mercek, bir istasyonda yalnızca bir kez ayar gerektirir. Hedefe olan farklı mesafeler nedeniyle, bu istasyondan sonraki her görüş için hedef yeniden odaklanacaktır.

manzaralar

Görüldüğüne böylece teleskopun dikey ve yatay açısal yönelimini ayarlar bilirkişi tarafından alınmaktadır çapraz kıllar istenilen nişan alma noktası ile hizalanır. Her iki açı, açıkta kalan veya dahili ölçeklerden okunur ve kaydedilir. Bir sonraki nesne daha sonra enstrümanın ve tripodun konumu hareket ettirilmeden görülür ve kaydedilir.

En eski açısal okumalar, doğrudan gözle görülebilen açık vernier ölçeklerdendi . Yavaş yavaş, bu ölçekler fiziksel koruma için kapatıldı ve sonunda, onları cihaz üzerinde görüntüleme için uygun bir yere getirmek için kıvrımlı ışık yollarıyla dolaylı bir optik okuma haline geldi. Modern dijital teodolitlerin elektronik ekranları vardır.

Ölçümdeki hatalar

Dizin hatası
Dikey eksendeki açılar , görüş ekseni yatay olduğunda 90 ° (100 grad ) veya alet geçişi sırasında 270° (300 grad) olarak okunmalıdır. İki pozisyon arasındaki farkın yarısına indeks hatası denir. Bu sadece transit araçlarda kontrol edilebilir.
Yatay eksen hatası
Bir teodolitin yatay ve dikey eksenleri dik olmalıdır; değilse, yatay eksen hatası vardır. Bu, boru şeklindeki ispirto kabarcığının iki ayak vidası arasındaki bir çizgiye paralel olarak hizalanması ve kabarcığın ortasına yerleştirilmesiyle test edilebilir. Boru şeklindeki ispirto kabarcığı ters çevrildiğinde (180° döndürüldüğünde) kabarcık merkezden kaçarsa yatay eksen hatası mevcuttur. Ayarlamak için operatör, ayar vidasını kullanarak kabarcığın aktığı miktarın yarısını giderir, ardından ayarı yeniden seviyelendirir, test eder ve hassaslaştırır.
kolimasyon hatası
Teleskobun optik ekseni de yatay eksene dik olmalıdır. Değilse, bir kolimasyon hatası vardır.

İndeks hatası, yatay eksen hatası ( muylu eksen hatası ) ve kolimasyon hatası, kalibrasyon ile düzenli olarak belirlenir ve mekanik ayar ile giderilir. Teodolitin ölçüm sonuçları üzerindeki etkilerini ortadan kaldırmak için ölçüm prosedürü seçiminde bunların varlığı dikkate alınır.

Tarih

Tarihsel arka plan

Jesse Ramsden'in 1787 tarihli Büyük Theodoliti
Açık yapıyı ve doğrudan okunan yükseklik ve azimut ölçeklerini gösteren 1851 tarihli bir teodolit
İngiltere'de üretilen, altı inçlik dairelere sahip transit tipte bir teodolit. Troughton & Simms tarafından 1910
İlk olarak 1919'da Heinrich Wild tarafından tasarlanan Wild T2 teodoliti

Teodolitten önce, dikey veya yatay açı ölçümleri elde etmek için groma , geometrik kare ve dioptra ve diğer çeşitli dereceli daireler ( çevre çevresine bakın ) ve yarım daireler ( grafometreye bakın ) gibi aletler kullanıldı. Zamanla işlevleri, her iki açıyı da aynı anda ölçebilen tek bir cihazda birleştirildi.

Optik okuma için karmaşık ışık yollarını ve kapalı yapıyı gösteren Kesitli Vahşi teodolit

"Teodolit" kelimesinin ilk geçtiği yer, Leonard Digges tarafından Pantometria (1571) adlı geometrik bir uygulama olan ölçme ders kitabında bulunur . Kökeni kelimenin bilinmemektedir. İlk bölümü Yeni Latin teo-delitus kaynaklanıyor olabilir Yunan θεᾶσθαι ikinci kısmı genellikle Yunan kelimenin bilimsel olmayan bir varyasyon atfedilen "Hani ya dikkatle üzerine bakmak için": δῆλος anlamına gelen "bariz" veya "net" , Diğer Yeni-latin veya Yunan türevlerinin yanı sıra " alidade " den İngiliz kökenli olduğu öne sürülmüştür.

Teodolitin ilk öncüleri bazen yatay açıları ölçmek için azimut aletleriydi, diğerleri ise yatay ve dikey açıları ölçmek için bir altazimut yuvasına sahipti . Gregorius Reisch , 1512 tarihli kitabı Margarita Philosophica'nın ekinde bir altazimut aletini resimledi . Bir topograf ve haritacı olan Martin Waldseemüller , o yıl cihazı polimetrum olarak adlandırdı . Digges'in 1571 tarihli kitabında, "teodolit" terimi yalnızca yatay açıları ölçmek için bir alete uygulandı, ancak aynı zamanda hem rakımı hem de azimutu ölçen bir aleti tanımladı ve buna topografik alet [ sic ] adını verdi . Muhtemelen gerçek bir teodolite yaklaşan ilk alet, Joshua Habemel tarafından 1576'da pusula ve tripod ile birlikte inşa edildi . 1728 ansiklopedi "karşılaştırır graphometer "yarı-theodolite" için". 19. yüzyılın sonlarında, yalnızca yatay açıları ölçmeye yarayan alete basit bir teodolit ve altazimut aletine düz teodolit adı verildi .

Modern teodolitin temel özelliklerini birleştiren ilk alet 1725 yılında Jonathan Sisson tarafından yapılmıştır . Bu alet, nişan teleskoplu bir altazimut yuvasına sahipti. Taban plakasında su terazisi, pusula ve ayar vidaları vardı. Daireler verniye ölçeği ile okunmuştur .

Teodolitin gelişimi

Teodolit, 1787'de Jesse Ramsden'in kendi tasarımı olan çok hassas bir bölme motoru kullanarak yarattığı ünlü büyük teodolitin tanıtımıyla modern, doğru bir enstrüman haline geldi . Ramsden'in enstrümanları Büyük Britanya'nın Temel Üçgenleştirmesi için kullanıldı . Şu anda, İngiltere'de Edward Troughton gibi yapımcılar tarafından en yüksek hassasiyete sahip aletler yapıldı . Daha sonra ilk pratik Alman teodolitleri Breithaupt tarafından Utzschneider , Reichenbach ve Fraunhofer ile birlikte yapılmıştır .

Teknoloji ilerledikçe dikey kısmi dairenin yerini tam bir daire aldı ve hem dikey hem de yatay daireler hassas bir şekilde derecelendirildi. Bu transit teodolit idi . Bu tür teodolit, doğru yıldız konumlarını ölçmek için kullanılan 18. yüzyıl astronomik Transit araçlarından geliştirilmiştir . Teknoloji, 19. yüzyılın başlarında Edward Troughton ve William Simms gibi enstrüman yapımcıları tarafından teodolitlere aktarıldı ve standart teodolit tasarımı haline geldi. Teodolitin gelişimi özel ihtiyaçlar tarafından teşvik edildi. 1820'lerde , Britanya'daki Ordnance Survey gibi ulusal araştırma projelerindeki ilerleme, büyük ölçekli üçgenleme ve haritalama için yeterli doğruluk sağlayabilen teodolitler için bir gereklilik üretti. Şu anda Hindistan Araştırması, daha düşük ağırlık merkezine sahip Everest deseni teodoliti gibi daha sağlam ve istikrarlı enstrümanlar için bir gereklilik üretti .

1830'larda İngiltere'de çalışan demiryolu mühendisleri, yaygın olarak bir teodolite "Transit" olarak atıfta bulundular. 1840'lar, dünyanın birçok yerinde hızlı bir demiryolu inşası döneminin başlangıcıydı ve bu, demiryollarının yapıldığı her yerde teodolitlere yüksek talep ile sonuçlandı. Batıya doğru ilerleyen Amerikan demiryolu mühendisleri arasında da popülerdi ve demiryolu pusulası , sekstant ve oktantın yerini aldı . Teodolitler daha sonra çok çeşitli montaj ve kullanımlara uyarlandı. 1870'lerde, teodolitin ilginç bir su bazlı versiyonu (dalga hareketine karşı koymak için bir sarkaç cihazı kullanarak) Edward Samuel Ritchie tarafından icat edildi . ABD Donanması tarafından Atlantik ve Körfez kıyılarındaki Amerikan limanlarının ilk hassas araştırmalarını yapmak için kullanıldı.

1920'lerin başında, Wild Heerbrugg tarafından yapılan Wild T2'nin piyasaya sürülmesiyle teodolit tasarımında bir adım değişikliği meydana geldi . Heinrich Wild , gözlemcinin onları okumak için hareket etmesine gerek kalmaması için, teleskopa yakın tek bir göz merceğinde sunulan her iki taraftan okumaları olan bölünmüş cam dairelere sahip bir teodolit tasarladı. Wild enstrümanları çağdaş rakiplerinden yalnızca daha küçük, kullanımı daha kolay ve daha doğru olmakla kalmıyor, aynı zamanda yağmur ve tozdan da korunuyordu. Kanadalı sörveyörler, 3.75 inçlik dairelere sahip Wild T2'nin birincil üçgenleme için doğruluk sağlayamamasına rağmen, doğruluk açısından 12 inçlik geleneksel tasarıma eşit olduğunu bildirdi. Wild T2, T3 ve A1 enstrümanları uzun yıllar yapıldı.

1926'da İngiltere , Devon'daki Tavistock'ta Yabani teodolitlerin İngilizlerle karşılaştırıldığı bir konferans düzenlendi . Wild ürünü İngiliz teodolitlerini geride bıraktı, böylece Cooke, Troughton & Simms ve Hilger & Watts gibi üreticiler , ürünlerinin doğruluğunu rakiplerine uyacak şekilde geliştirmeye başladılar. Cooke, Troughton ve Simms Tavistock desen teodolitini ve daha sonra Vickers V. 22'yi geliştirdi.

Wild, Kern Aarau şirketi için DK1, DKM1, DM2, DKM2 ve DKM3'ü geliştirmeye devam etti . Devam eden iyileştirmelerle, enstrümanlar bugün sörveyörler tarafından kullanılan modern teodolite dönüşmüştür. 1977'de Wild, Kern ve Hewlett-Packard, açısal ölçümleri, elektronik mesafe ölçümünü ve mikroçip işlevlerini tek bir birimde birleştiren "Toplam istasyonlar" sunuyorlardı.

Teodolit araştırması

Ölçme işlemi

0,2 arksaniye (≈ 0,001 mrad veya 1 µrad) çözünürlükte gözlem yapan ABD Ulusal Jeodezi Araştırma teknisyenleri , bir gözlem standına monte edilmiş Wild T3 teodoliti. Fotoğraf bir Arktik alan partisi sırasında çekildi (c. 1950).

Nirengi tarafından icat edildiği gibi bu, Gemma Frisius 1533 çevresinde, iki ayrı açıdan çevreleyen manzara bu yönü planı çıkarıldığında oluşur. İki grafik kağıdı üst üste bindirilerek peyzajın veya daha doğrusu içindeki hedeflerin ölçekli bir modeli sağlanır. Gerçek ölçek, hem gerçek arazide hem de grafik gösterimde bir mesafe ölçülerek elde edilebilir.

Örneğin Snellius tarafından uygulanan modern nirengi, sayısal yollarla yürütülen prosedürün aynısıdır. Hava fotoğraflarının stereo çiftlerinin fotogrametrik blok ayarı, modern, üç boyutlu bir değişkendir.

1780'lerin sonlarında, açısal ölçekleri bir yay saniyesine (≈ 0.0048 mrad veya 4.8 µrad) kadar doğru bir şekilde bölmek için bölme motorunu geliştirmiş olan , Halifax , İngiltere'den bir Yorkshireman olan Jesse Ramsden , İngilizler için yeni bir alet yapmak üzere görevlendirildi. Mühimmat Anketi . Ramsden teodolit güney bütün haritaya önümüzdeki birkaç yıl içinde kullanılmıştır İngiltere'nin üçgenlenerek.

Ağ ölçümünde, zorunlu merkezleme kullanımı, en yüksek hassasiyeti korurken işlemleri hızlandırır. Teodolit veya hedef, milimetrenin altında bir hassasiyetle cebri merkezleme plakasından hızla çıkarılabilir veya içine yerleştirilebilir. Günümüzde jeodezik konumlandırma için kullanılan GPS antenleri benzer bir montaj sistemi kullanmaktadır. Zemin hedef üzerinde theodolite veya referans noktasının yüksekliği kriter tam ölçülmelidir.

geçiş teodolit

Transit teodolit terimi veya kısaca transit , teleskobun dikey ekseninin yanı sıra yatay ekseninde de tam bir daire çizecek kadar kısa olduğu bir tür teodolit anlamına gelir. Tam 360 derece boyunca derecelendirilen dikey bir daireye ve "ters dönebilen" ("kapsamı aktaran") bir teleskopa sahiptir. Teleskopu ters çevirerek ve aynı zamanda aleti dikey eksen etrafında 180 derece döndürerek, alet "sol plaka" veya "plaka sağ" modlarında kullanılabilir ("plaka" dikey iletki çemberini ifade eder). Bu iki modda aynı yatay ve dikey açıları ölçerek ve ardından sonuçların ortalamasını alarak, cihazdaki merkezleme ve kolimasyon hataları ortadan kaldırılabilir. Bazı geçiş aletleri, açıları doğrudan otuz ark saniyeye (≈ 0.15 mrad ) kadar okuyabilir . Modern teodolitler genellikle geçiş teodolit tasarımına sahiptir, ancak oyulmuş plakalar, ışık yayan diyotlar ve bilgisayar devresi ile okunacak şekilde tasarlanmış cam plakalarla değiştirilmiştir, bu da ark saniyesi (≈ 0,005 mrad ) seviyelerine kadar doğruluğu büyük ölçüde artırır .

Hava balonları ile kullanın

Tavan balonları veya pilot balonlar ( pibal ) olarak adlandırılan özel hava balonlarının yatay ve dikey açılarını izlemek için özel olarak üretilmiş teodolitler kullanarak, havadaki rüzgarları ölçmek için uzun bir teodolit kullanımı geçmişi vardır . Bu konuda ilk girişimler on dokuzuncu yüzyılın ilk yıllarında yapıldı, ancak araçlar ve prosedürler yüz yıl sonrasına kadar tam olarak geliştirilmedi. Bu yöntem, II. Dünya Savaşı ve sonrasında yoğun bir şekilde kullanılmış ve 1980'lerden itibaren yavaş yavaş yerini radyo ve GPS ölçüm sistemlerine bırakmıştır.

Pibal teodolit, optik yolu 90 derece bükmek için bir prizma kullanır, böylece yükseklik tam 180 derece değiştirilirken operatörün göz konumu değişmez. Teodolit tipik olarak, rakım ve azimut ölçekleri sıfır derece okuyacak şekilde, düz ve kuzeyi gösterecek şekilde kurulmuş, sağlam bir çelik stand üzerine monte edilir. Teodolitin önüne bir balon salınır ve konumu, genellikle dakikada bir olmak üzere tam olarak izlenir. Balonlar dikkatlice inşa edilmiş ve doldurulmuştur, böylece yükselme hızları önceden oldukça doğru bir şekilde bilinebilir. Zaman, yükselme hızı, azimut ve açısal yükseklik ile ilgili matematiksel hesaplamalar, çeşitli yüksekliklerde rüzgar hızı ve yönü hakkında iyi tahminler üretebilir.

Modern elektronik teodolitler

Tipik bir modern elektronik teodolit: Nikon DTM-520

Modern elektronik teodolitlerde, yatay ve dikey dairelerin okunması genellikle bir döner kodlayıcı ile yapılır . Bunlar, bir mikroişlemciye beslenen teleskopun yüksekliğini ve azimutunu gösteren sinyaller üretir. CCD sensör eklenmiştir odak düzlemi arasında teleskop hem otomatik hedefleme ve ofset kalıntı hedefin otomatik ölçüm sağlanır. Bütün bunlar işlemcinin gömülü yazılımında uygulanmaktadır.

Birçok modern teodolit, genellikle kızılötesi tabanlı entegre elektro-optik mesafe ölçüm cihazlarıyla donatılmıştır; bu, daha sonra önceden var olan bir koordinata dönüştürülebilen aletle tanımlanmış kutupsal koordinatlarda olsa da , tam üç boyutlu vektörlerin bir adımında ölçüme izin verir. Bölgede yeterli sayıda kontrol noktası ile sistem. Bu tekniğe rezeksiyon çözümü veya serbest istasyon konumu ölçümü denir ve haritalama ölçmede yaygın olarak kullanılır.

Bu tür araçlar, kendi kendini kaydeden takometreler veya halk dilinde " toplam istasyonlar " olarak adlandırılan "akıllı" teodolitlerdir ve gerekli tüm açısal ve mesafe hesaplamalarını gerçekleştirir ve sonuçlar veya ham veriler, sağlamlaştırılmış dizüstü bilgisayarlar , PDA'lar veya programlanabilir gibi harici işlemcilere indirilebilir. hesap makineleri

jiroteodolitler

Astronomik yıldız manzaralarının yokluğunda meridyenin kuzey-güney referans yönüne ihtiyaç duyulduğunda bir gyrotheodolit kullanılır. Bu, esas olarak yeraltı madenciliği endüstrisinde ve tünel mühendisliğinde meydana gelir. Örneğin, bir kanalın bir nehrin altından geçmesi gerektiğinde, nehrin her iki tarafında dikey bir şaft yatay bir tünel ile bağlanabilir. İki şaftın tabanı arasında tünel açmak için gereken yönleri belirlemek için bir gyroteodolit yüzeyde ve daha sonra şaftların dibinde çalıştırılabilir. Yapay bir ufuk veya atalet navigasyon sisteminin aksine, bir gyrotheodolite çalışırken yeri değiştirilemez. Her sitede yeniden başlatılmalıdır.

Gyroteodolit, gerçek kuzeyi ve dolayısıyla yerçekimi yönü ile birlikte meridyen düzlemini bulmak için Dünya'nın dönüşünü algılayan bir cihaz olan bir jiroskop içeren bir eki olan normal bir teodolit içerir . Meridyen, hem Dünya'nın dönüş eksenini hem de gözlemciyi içeren düzlemdir. Meridyen düzleminin yatay düzlemle kesişimi, bu şekilde bulunan gerçek kuzey-güney yönünü tanımlar. Manyetik pusulalardan farklı olarak , cayro pusulalar gerçek kuzeyi, kuzey kutbuna doğru yüzey yönünü bulabilir .

Bir jiroteodolit ekvatorda ve hem kuzey hem de güney yarım kürede işlev görecektir. Meridyen coğrafi kutuplarda tanımsızdır. Bir gyroteodolit, Dünya ekseninin döndürücünün yatay eksenine tam olarak dik olduğu kutuplarda kullanılamaz, aslında normalde dünyanın dönüşü ile yerçekimi yönü arasındaki açının çok fazla olduğu direğin yaklaşık 15 derece içinde kullanılmaz. güvenilir bir şekilde çalışması için küçük. Mevcut olduğunda, astronomik yıldız manzaraları, meridyen yönünü gyroteodolitin doğruluğunu yüz katından daha iyi verebilir. Bu ekstra hassasiyetin gerekli olmadığı durumlarda, gyrotheodolite, gece gözlemlerine gerek kalmadan hızlı bir şekilde sonuç üretebilir.

Ayrıca bakınız

Üreticiler

Referanslar

Dış bağlantılar