Способ определения планового положения точек объекта и устройство для его осуществления

 

Союз Советсиик

Сециапистичесиик

Реснубпии

O Il H C A H H K < 979852

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21.04.81(21) 3280584/18-10 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 07.12.82. Бюллетень №45

Дата опубликования описания 07.12.82 (5E)М. Кл.

G о1 С 11/00

9вударстюне6 квинтет

СССР аю делон кзобротений и открытнй (53) УД (528.

722.35 (088.8}

А. И. Киваев, А, Э. Труханов, В. П. Пант леев и И. К. Шумилова

| (72) Авторы изобретения и

Новосибирский научно-исследовательский институт .

1 прикладной геодезии (7I) Заявитель (54} Cfl0C06 ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛАНОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ

ТОЧЕК ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к геодезии, а именно к способам и техническим средствам, используемым при геодезической подготовке и выносе в натуру проектного положения точе к инженерного сооружения, Известен геодезический способ определения на местности проектного положения точек инженерного сооружения путем построения на местности с помощью геодезических приборов (теододита и мерной ленты) заданных углов и линий заданной длины (1 l.

Недостатком известного способа является низкая производительность труда из-за необходимости выполнения большого объема угловых и линейных измерений.

Известен способ разметки элементов объекта, применяемой в судостроении и заключающийся в проецировании с негатива посредством проектора

1изображения тиражируемой детали на . размечаемый материал .

Известный способ реализуется устройством, содержащим последовательно установленные источники све5 та, конденсатор, рамку для установки негатива и объектив (2 J.

Данный способ позволяет получить только относительное расположение о деталей судна, не привязанное к внешней системе координат, так как в известном устройстве отсутствует система пространственного ориентирования.

Кроме того, для осуществления способа необходимо наличие реальной детали или объекта для изготовления негатива на каждую размечаемую деталь. Поэтому он не применим для выноса в натуру объекта, заданного только проектными координатами точек.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения планового положения

979S52 4

55 точек объекта путем проецирования по редством оптического проектора изображения элементов объекта, включающий ориентирование проектора путем совмещения в плоскости экрана опор-. ных точек с их оптическим изображением, спроецированным с негатива, и формированив изображения точек объекта на экране посредством проецирования не гати вного изображения объекта.

Известный способ реализуется с помощью оптического проектора, содержащего узел подвеса, проекционную камеру с осветителем, прикладной рамкой и объективом, и экран.

Обязательным условием выполнения из, вестного способа является также наличие негативного изображения выносимого объекта (3 3.

Однако при выносе объекта в натуру имеются лишь его проектные координаты и нет реального снимка, Кроме того, при больших высотах проецирования технически сложно ориентировать проектор, проецируя иэображение опорных точек с негатива на местность.

Целью изобретения является повышение производительности процесса.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения планового положения точек объекта путем проецирования с помощью оптического проектора изображения точек объекта, включающему оривнтирование проектора по опорным точкам и формирование иэображения точек weментов объекта на экране, перевычисляют координаты двух опорных точек местности н систему координат картинной плоскости проектора, перевычисляют проектные координаты точек объекта в пространственную систему координат с началом в главной точке картинной плоскости, ориентируют проектор, совмещая в его картинной плоскости изображения опорных точек, спроецированных с местности, с перек рестием нитей микроскопов.проектора, установленных в соответствии с вычисленными в картинной плоскости проектора координатами опорных то чек, а проецирование точек объекта ведут путем формирования на экране посредством объектива проектора изображения неподвижной проекционной марки, совмещенной с главной сS

50 точкой картинной плоскости проектора, при этом объектив устанавливают в положение, соответствующее вычисленному по проектным координатам проецируемых точек объекта, а экран устанавливают на местности на заданном уровне проецируемой точки объекта, совмещают изображение проекционной марки с маркой экрана и осуществляют ортогональный перенос иэображения проекционной марки с экрана на местность.

Опорные точки на местности марки-, руют светящимися марками.

Устройство для осуществления способа определения пространственного положения точек объекта, содержащее узел подвеса, проекционную камеру с последовательно установленными осветителем, прикладной рамкой и объективом, и экран, проекционная камера снабжена тремя координатными каретками и двумя измерительными микроскопами, установленными на двух координатных каретках, которые размещены на прикладной рамке диагонально-противоположно друг другу и выполнены с возможностью переме. щения микроспопов по осям Х и У, а третья координатная каретка кинематически связана с объективом проектора и выполнена с возможностью его перемещения по осям Х> У и Z, при этом экран выполнен в виде столика, установленного на координатной каретке с возможностью перемещения по осям Х и У, и снабжен маркой и втулкой для крепления нивелира, а координатная каретка экрана смонтирована на телескопической стойке.

Способ определения планового положения точек объекта заключается в последовательном оптическом проеци- ровании на экран из некоторой точки пространства (центра проекции) искретных точек, которые в совокупности образуют макетный снимок, отражающий пространственное положение точек объекта на местности.

При этом вычисление координат точек макетного снимка по проектным координатам точек объекта осуществляют на основе известных математических зависимостей х,. х- =х-(z-z. ) — ., 1М М у> >М " (Z Z, м„) 9/3892 6

15 х, -х х Г к 1М

2- 21IH

"1м

2- 2

1М где х,, у - плоские координаты .i --овой точки картинной плоскости относительно ее гла вной т оч ки;

- фокусное расстояние проецирующей камеры;

x,ó,z - координаты центра проекции в принятой на местности пространственной системе координат; х,у.,z. - координаты i-овой точки ю 1м 1м местности.

По заданным проектным координатам точек объекта на местности х., 1М

/,.„, фокусному расстоянию проецирующей камеры и заданной высоте проеЦиРованиЯ Н = z - 2;мвычислвют плоские координаты х;, у4 этих точек объекта в системе координат с началом в главной точке картинной плоскости,Для выполнения процесса проециро вания необходимо зафиксировать положение точек объекта в картинной плос кости, развернуть ее таким образом, чтобы направление осей системы ко1 ординат картинной плоскости стало па- раллельно осям пространственной системы координат местности и поместить цен тр прое кции в точку пространства

35 с координатами х, у и z.. .Тогда проекция точек объекта, заданных в картинной плоскости, определит плановое положение точек на местности.

Ю

Определение пространственного положения центра проекции и угла поворота координатной системы картинной плоскости относительно системы координат местности осуществляют по опорным точкам, положение которых известно на местности и вычислено для картинной плоскости. Дпя удобства ооиентирования опорные точки на местности маркируются светящимися мар ка ми и прое ци р уют ся в карти нную плоскост ь. Процесс ориентирования заключается в совмещении вычисленного для картинной плоскости положения опорных точек со спроецированным с местности их изображением,.

Проецирование дискретных точек макетного снимка ведут посредством перемещения объектива проектора и установки его в положение, соответствующее предвычисленным координатам точек объекта. Этот путь более технологичен, так как отпадает необходимость в изготовлении негативов.

На фиг, 1 приведена кинематическая схема устройства для осуществления способа определения планового положения точек объекта; на фиг.2э кр ан, общий вид.

Устройство для осуществления способа определения планового положения точек объекта включает узел 1 подвеса, проекционную камеру 2 и экран 3 (фиг. 1).

Узел подвеса служит для установки проекционной камеры 2 в рабочее положение и содержит основную платформу 4 с направляющими g, no которым может перемещаться в направлении оси Х посредством вращения штурвала 6 каретка 7> несущая суппорты 8 и

9, выполненные с возможностью перемещения вдоль осе и У и Г посредством вращения соответствующих штурвалов

10 и 11. С салазками суппорта g связано карданное кольцо 12, в котором установлена проекционная камера 2.

Карданное кольцо 12 при помощи трех винтов 13-19 обеспечивает наклоны проецирующей камеры 2 на углы ы . и ц вокруг взаимно перпендикулярных осей и поворот на угол аЕ в горизонтальной плоскости.

Проекционная камера 2 включает осветитель 16, прикладную рамку 17 с двумя координатными каретками 18 и 19, несущими микроскопы 20 и 21, и матовой пластинкой 22 с проекционной маркой 23, а также объектив 24, установленный на координатной каретке 25.

Координатные каретки 18 и 19 установлены на прикладной рамке 17 диагонально-противоположно друг другу и выполнены с возможностью перемещения микроскопов 20 и 21 по осям Х и У. Иикрометренные винты

26 (X), 27 (У), 28 (У) и 29 (Х) служат для установки центров перекрестий нитей микроскопов 20 и 21 над точкой с заданными координатами на пластинке 22. Микрометренные винты 26-29 можно заменить ходовыми винтами, а для отсчета линейных перемещений применять датчики линейных перемещений.

На прикладной рамке 17 жестко закреплены два цилиндрических уров97985

7 ня 30 и 31 с взаимно перпендикулярными осями, которые служат для приведения прикладной рамки 17 в горизонтальное положение.

Прикладная рамка 17 проекционноА s камеры 2 посредством направляющих

32 связана с координатной кареткой

25, несущей объектив 24 и выполненной с чвозможностью перемещения объектива 24 по осям Х, У и Z . Мик- 10 рометренные винты 33(Х), 34(У) и

35 (Z) служат для установки объектива в точку с заданными координатами. Для отсчета величин линейных смещений микрометренные винты 33 и 34 снабжены шкалами . Координатная каретка 25 представляет собой направляющие 36, по которым перемещаются салазки 37 в направлении оси X °

На салазках 37 перпендикулярно нап; 20 равлению Х закреплены неподвижные направляющие, вдоль которых переме" щаются салазки 38 в направлении оси У . На салазках 38 закреплен объектив 24, Перемещение объектива 2З

24 вдоль оси Z производится по направляющим 32 при помощи микрометренного винта 35 °

Координатные каретки 18 и 19 выполнены аналогичным образом, толь- 30 ко отсутствуют направляющие для перемещения по оси Z, Переносный экран 3 (фиг. 2) состоит из столика 39, который несет на себе втулку 40 для установки нивелира, марку 4 1, отвес 42 и два цилиндрических уровня 43 и 44. Столик 39 установлен на координатной каретке 45 с возможностью перемещения по осям X и У посредством вращения соответствующих штурвалов 46(Х) и 47(У).

Координатная каретка 45 смонтирована на штанге 48 телескопической стойки 49 и может перемещаться по оси 2 посредством штурвала 50 . Телескопическая стойка 49 служит для установки переносного экрана в тренере 51 штатива 52. которые принимают в качестве опорных .

Положение этих точек выносят на местность известным геодезическим способом и маркируют светящимися марками. Одну иэ опорных точек принимают за начало пространственной прямоугольной системы координат X

У;м и Z <, а координаты второй опорной точки в этой системе координат определяют на ..основе геодезических измерений.

Координаты опорной точки, принятой за начало пространственной системы координат, в картинной плоскости принимают равными х, уо, а координаты второй опорной точки вычисляют по формулам

Х2м X и f2 2м

У м- J у -=---Е

1 z-г где X<,y,z -- координаты второй опорной точки; х, у, z - координаты центра проекции в принятой на местности пространственной системе координат;

f - фоку сное ра сстоя2 ние проецирующей камеры, обеспечивающее резкое изображение второй опорной точки в картинной плоскости т 6б об+

2 о z - z<„-fîîá где f я- фокусное расстояние объектива.

Значение z принимается равным высоте, на которой может быть установлен центр проекции относительно начала пространственной системы коорди нат, а величины Х и У вычисляются по формулам

Способ определения планового положения точек объекта осуществляют следующим образом.

Предварительно вычисляют координаты двух опорных точек в системе координат картинной плоскости. Для чего из всей совокупности точек, положение которых необходимо определитьна местности, выбирают две точки, ха х=--- z

fo уо у=-» z та где f0- фокусное расстояние, обеспечивающее резкое изображение в картинной плоскости опорной точки, принятой за начало

A=ah+k+ где ьЬ - разность заданной отметки точки и отметки репера;

- выбранная высота установки переносного экрана„

i - высота визирной оси нивелира относительно поверхности стола.

Затем, вращая штурвалы 46 и 47, совмещают изображение спроецированной на поверхность стола 39 проекционной марки 23 с центром марки 41, ° после чего, одним из известных способов, например, с помощью отвеса

42, выполняют ортогональный перенос центра проекционной марки 23 на местность. Аналогичным образом выло» няют вынос в натуру и остальных точек объекта.

В связи с отсутствием проектных разработок в СССР и аналогичных раз:работок за рубежом в качестве ,базового принят геодезический способ выноса в натуру планового поло,жения точек инженерных сооружений.

При использовании геодезическог о метода для выноса на местность п»а9 979о пространственной сичтемы координат fð = f + - -- . об

Я

Затем перевычисляют проектные координаты точек объекта в пространствен5 ную систему координат с началом в главной точке картинной плоскости по следующим формулам х- -х

0у TN . „0 у 1м

"1= i 2-2.

1м 1м где f. - фокусное расстояние проециру-15

1 ющего устройства, обеспечивающее получение резкого изображения проецируемой точ" ки на переносном экране;

- выбранная, с точки зрения зо удобства работы, высота установки переносного экрана.

Далее приступают к ориентированию проецирующего устройства. Для этого устройство с помощью узла 1 подвеса 25 укрепляют, например, на мостовом кране (при этом оператор находится на ходовой площадке)..и устанавливают над местностью, на которой требуется определить заданное плановое положе- 59 ние точек. Выполняют гориэонтирование проецирующего устройства с помощью двух цилиндрических уровней 30 и 31 с взаимно перпендикулярными осями и трех винтов 13-15. Вращая микро- 5 метренные винты 26-29 устанавливают микроскопы 20 и 21 в положение, соот ветствующее координатам двух опорных точек в картинной плоскости (плоскости матовой пластинки 23). Перекрестия нитей микроскопов 20 и 2I задают положение опорных точек в плоскости матовой пластинки 23, Вращением микрометренного винта 35 устанавливают последовательно фокусные расстояния, обеспечивающие получение резкого изображения двух опорных точек в плоскости матовой пластинки 23, и. наб людая в микроскопы 20 и 21, прис тупают к совмещению спроецированИ ных с местности изображений опорных точек с перекрестием нитей, соответствующих микроскопов. Это осуществляется вращением проецирующей камеры в карданном кольце 12 вокруг вертикальной оси, перемещенияS$ ми каретки 7, суппортов 8 и 9, штурвал а ми 6, 10 и 11 . Ориен ти ро вание выполняется последовательными приб52 10 лижениями до тех пор, пока величины несовпадений станут меньше 0,01 мм.

После чего приступают к проецированию точек объекта на местность. и крометреннымл винтами 33 и 34 перемещают координатную каретку 25, несущую объектив 24 по осям Х, У, и тем самым устанавливают объектив 24 в положение, соответствующее перевычисленным плановым координатам ороецируемой точки. Микрометренным винтом 35 перемещают координатную каретку 25 по оси Z и устанавливают рассчитанное фокуСное расстояние.

Включают осветитель 16 и проецируют проекционную марку 23 на переносный экран. При этом переносный экран 3 устанавливают на местности так, чтобы иэображение проецируемой на местность точки попадало на стол

39. Затем стол 39 экрана 3 при помощи уровней 43 и 44 приводят в горизонтальное положение.

Во втулку 40 устанавливают нивелир, а на исходном репере помещают нивелирную рейку. С помощью штурвала 50 наблюдатель регулирует высоту стола 39 и устанавливает его таким образом, чтобы отсчет по рейке был равен заданному

Э798 нового положения точек инженерных сооружений необходимо производить большой объем высокоточных угловых и линейных измерений, кроме того, трудоемкость работы возрастает вслед- s ствие сложной конфигурации сооружений. Так, бригада в составе инженера и двух-трех рабочих за смену выносит на местность около 0 точек сооружения, Отсутствие автоматизации 10 процессов работы приводит к снижению объективности результатов.

По расчетным данным изобретение позволяет сократить затраты времени на производство работ примерно в !5

2 раза, уменьшить состав бригады до двух человек, снизить затраты средств в ч раза. Использование вычислительной техники позволяет полност be автомати зироват ь вычислител ь- 29 ный процесс, повысить надежность результатов и культуру производства. Сокращение времени на выполнение разбивочных работ непосредст" венно сказывается на сроках возве- 25 дения сооружения в целом.

Формула изобретения

Способ определения планового положения точек объекта путем проецирования с помощью оптического проектора изображения точек объекта, включающий ориентирование проектор а по опорным точкам и формироваwe изображения точек элементов объекта на экране, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышения производительности процесса, перевычис- 40 ляют координаты двух опорных точек местности в систему координат картинной плоскости проектора, перевычисляют проектные координаты точек объекта в пространственную систему ко ординат с началом в главной точке картинной плоскости, ориентируют проектор, совмещая в его каотинной плоскости изображения опорных точек, спроецированных с местности, с перекрестием нитей микроскопов проектора, установленных в соответствии с вычисленными в картинной плоскости проектора координатав и опорных точек, а проецирование точек объекта ведут путем формирования на экране посредством объектива проектора

52 l2 изображения неподвижной проекционной марки, совмещенной с главной точ- кой картинной плоскости проектора, при этом объектив устанавливают в положение, соответствующее вычисленному по проектным координатам проецируемых точек объекта, а экран устанавливают на местности на зацанном уровне проецируемой точки объекта, совмещают изображение проекционной марки с маркой экрана и осуществляют ортогональный перенос изображения проекционной марки с экрана на местность, 2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что опорные точки на местности маркируют светящимися марками.

3. Устройство для осуществления способа определения планового положения точек объекта, содержащее узел подвеса, проекционную камеру с последовательно установленными осветителем, прикладной рамкой и объективом, и экран, о т л и ч à ющ е е с я тем, что проекционная камера снабжена тремя координатными каретками и двумя измерительными микроскопами., установленными на двух координатных каретках, которые размещены на прикладной рамке диагонально-противоположно друг к другу и выполнены с возможностью перемещения микроскопов по осям X и У, а третья координатная каретка кинематически связана с объективом проектора и выполнена с возможностью его перемещения по осям Х, У и Z, при этом экран выполнен в виде столика, установленного на координатной каретке с возможностью перемещения по осям

X и У, и снабжен маркой и втулкой для крепления нивелира, а координатная каретка экрана смонтирована на телескопической стойке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Инженерная геодезия . Под ред.

П. С. Закатова. И., "Недра", 1969, с. 219-268.

2.Ииниович А,С. Фотограмметрический метод в судостроении и судоремонте.

Ленинград, Судпромиздат, 1 60.

Справочник геодезиста. Под ред. В. Д. Большакова, М., "Недра", 1 66, с. 850-8 2 (прототип).

979852

Редактор Н. Дяуган

Заказ 9>40/27 Тираж 614 Подпи снов

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

fg

Составитель 8. Васильев

Техред Е. Харитончик Корректор А. йзятко

Филиал lltlll "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4