ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ ЗНАК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО УСТАНОВКИ Российский патент 1997 года по МПК G01C15/00 

Изобретение относится к измерительной технике, конкретнее к геодезическому приборостроению, и может быть использовано в космической геодезии, а также в глобальной навигационной спутниковой системе (СР) при установке маркировочных знаков, служащих опорными точками на земле.

Известна высотная марка, выполненная в виде основания граненной или цилиндрической фирмы с фигурным вырезом для закрепления марки в месте ее установки и головкой с отверстием для шпильки, служащей для подвески нивелирной рейки. Головка марки выполнена в виде вращающегося диска с отверстием в его торце для установки шпильки, горизонтально установленной в пазу основания [1] Данная марка не может быть использована в космической навигации в виду отсутствия на ней приемопередающего элемента, а также элемента для ее центрирования в строго вертикальном положении. Устанавливают указанную марку, визуально центрируя в выемке, заполненной бетоном. В случае необходимости более точного центрирования над описанной маркой можно использовать описанное ниже устройство для центрирования над геодезическим знаком.

Известно устройство для центрирования геодезического знака, которое состоит из опорной плиты, закрепленной на штативе тремя отжимными и тремя прижимными винтами и установленной на обсадной трубе скважины, двух ползунов, расположенных один над другим под углом 90^o. Верхний ползун несет на себе полую вертикальную ось, кронштейн, столик с уровнем и микроскопы. К свободному концу кронштейна прикреплена рабочая втулка с держателем, на котором установлен блок с барабаном для наматывания струны. Калиброванное отверстие держателя выполнено строго соосно отверстию в рабочей втулке. На барабан намотана струна, к нижнему концу которой прикреплен груз. Груз выполнен составным из двух не скрепленных между собой деталей, собственно груза с диаметром, меньшим диаметра втулки нижней части геодезического знака, и вкладыша со сквозным калиброванным отверстием и фиксатором. Корпус нижней части геодезического знака выполнен в виде стакана, закрепленного в обсадной трубе. На корпусе геодезического знака укреплена втулка, центр которой является центром геознака. Корпус в нижней части геознака заполнен демпфирующей жидкостью [2]
Как видно из вышеописанного, устройство для центрирования над геодезическим знаком является очень сложной конструкцией. Не менее сложной является и конструкция самого геодезического знака. Кроме того, использование взятого в качестве аналога центрирующего устройства невозможно для проведения измерений в глобальной навигационной системе в виду того, что установку геодезических (маркерных) знаков осуществляют преимущественно в твердых породах, на больших площадях в отдаленных местах и со значительными расстояниями между ними (до 100-300 км по прямой). Поэтому использование центрирующего устройства с гибким отвесом и грузом на конце, наличие микроскопов, демпфирующей жидкости в самом геодезическом знаке, наличие штатива, закрепляемого на обсадной трубе скважины, а также бурение самой скважины сравнительно большого диаметра (наличие буровой установки) в полевых условиях и особенно в горной местности совершенно невозможно.

Наиболее близким аналогом изобретения является марка, изготовленная в Германии, которая состоит из цилиндрического основания с рядом конических проточек для лучшего сцепления с отвердевающим раствором, например эпоксидным клеем. С одной стороны цилиндрического основания вдоль оси снята лыска и на ней выполнена канавка в виде открытого с одной стороны шпоночного паза для выхода вверх клея, вытесняемого маркой при установке ее в отверстие. Нижняя часть марки заканчивается цилиндрическим пояском. Верхняя часть марки, так называемая головка, имеет цилиндрический поясок, служащий ограничителем при установке в отверстии, и наружную резьбу для установки антенны. При установке марки в отверстие на клей на головку накручивают центрирующий элемент с пузырьковым уровнем, а затем, после отвердевания раствора в отверстии с маркой, центрирующий элемент снимают и на это место накручивают защитный колпачок. Марка, в том числе ее головка, и съемный защитный колпачок выполнены из латуни [3]
Недостатками описанной конструкции марки являются, во-первых, необходимость размещения ее головки над поверхностью грунта, а следовательно, не исключена возможность повреждения посторонними лицами и животными. Во-вторых, после центрирования марки ее необходимо удерживать в этом положении до момента полного затвердевания эпоксидного клея ручной фиксацией, что довольно затруднительно во времени и не обеспечивает достаточной точности центрирования. Кроме того, отвинчивание защитного колпачка при установке антенны через какое-то время также снижает точность центрирования в лучшем случае, а в худшем случае приводит к нарушению марки вообще ввиду того, что на размещенную на поверхности грунта головку отрицательно воздействуют атмосферные условия, особенно при резко континентальном климате в горных условиях, и происходит " сваривание" внешней резьбы головки марки и внутренней резьбы защитного колпачка.

Наиболее близким аналогом к устройству для установки марки (геодезического знака) является подставка для геодезических приборов, в частности теодолита Т2, которая состоит из трегера, опирающегося на три подъемных винта с защитными втулками. Подъемные винты предназначены для установки вертикальной оси вращения теодолита в отвесное положение. Одновременно они обеспечивают стабильность положения прибора, особенно в азимутальном направлении. Регулировочные винты опираются на установочную плиту, а между трегером и установочной плитой размещена пружинящая плита, прижимающая подпятники регулировочных винтов. По центру трегера и пружинящей плиты имеется трубка отверстие для закрепления колонок теодолита, а наверху колонок имеется ручка для переноса теодолита и для установки на ней визира при работе по трехштативному методу. Зрительная труба теодолита закреплена на горизонтальной оси, установленной на втулках колонок [4]
Основным недостатком описанной подставки является отсутствие возможности использования ее для установки геодезического знака в отверстие грунта, а тем более центрирование его в истинно вертикальном положении.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение сохранности его в строго отвесном положении довольно продолжительное время (вплоть до нескольких десятков лет). Это необходимо для того, чтобы фазовый центр приемной антенны был направлен в зенит и совпадал с осью геодезического знака в любое время, необходимое для проведения позиционных измерений. Конечной же задачей изобретения является точность измерения расстояния от спутников типа NAVSTAR, задействованных в системе GPS до точек наблюдения. Одной из прикладных задач, решаемых системой GPS, являются позиционные измерения деформацией земной коры, относящиеся к тектоническим изменениям, происходящим в земле.

Поставленная задача достигается тем, что в геодезическом знаке, состоящем из цилиндрического основания с коническими проточками и головки, в которую поочередно устанавливают антенну или заглушку, во-первых, ввели переходник, соединяющий основание геодезического знака и антенну, во-вторых, продольно выполненные лыска и канавка разнесены на противоположные стороны и, наконец, в головке выполнено глухое отверстие с резьбой, причем переходник на нижнем конце имеется хвостовик, размещаемый ниже резьбового пояска. Такая конструкция геодезического знака позволяет довольно прочно и на длительное время устанавливать его в грунт. Кроме того, для установки такого геодезического знака предложено очень простое по конструкции устройство для установки. Эта простота достигается за счет того, что на соосно установленные трегер, пружинящую плиту, имеющую форму трегера, и установочную плиту, соединенные тремя регулировочными винтами и имеющие центральное отверстие, установлены сменная рабочая втулка и установочный стержень с опорной втулкой вверху и геодезическим знаком на нижнем конце и раскрепляющие элементы. Введение совершенно новых элементов довольно оригинальной конструкции обеспечено тем, что трегер выполнен в виде утолщенной втулки, в верхней внутренней части которой выполнены плечики для установки опорной втулки, а на внешней выемки, где размещены регулировочные винты. В центральном отверстии трегера размещен установочный стержень, нижний конец которого имеет внешнюю резьбу для установки его в глухое отверстие геодезического знака во время установки и закрепления последнего в отверстии грунта, а верхний конец стержня имеет головку с уровнем на верхней площадке. Опорная втулка своими выступами опирается на плечики, выполненные во внутренней части трегера-втулки, и размещена там с зазором, что дает возможность перемещать установочный стержень с геодезическим знаком, обеспечивая последнему строго отвесное положение, выверяемое уровнем, закрепленным на поверхности головки, насаженной на верхний конец установочного стержня. Для жесткого закрепления всего устройства в грунте по истинной вертикали, оно, как уже упоминалось, снабжено тремя раскрепляющими элементами, размещенными с зазором в отверстиях, просверленных на свободных от трегера местах установочной плиты. Каждый из раскрепляющих элементов состоит из внешней втулки с эксцентричным резьбовым отверстием, шестигранной головки, размещенной над установочной плитой, и шайбой, размещенной внизу установочной плиты, и внутренней втулки, размещенной в эксцентричном резьбовом отверстии. В отверстии внутренней втулки установлен стержень, фиксирующий установочную плиту в грунте путем прижатия нижнего конца стержня к стенкам заранее высверленных в грунте отверстий.

На фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого устройства для установки геодезического знака; на фиг. 2 конструкция предлагаемого геодезического знака; на фиг. 3 то же, вид сбоку; на фиг. 4 геодезический знак в рабочем состоянии; на фиг. 5 то же, вид сверху; на фиг. 6 разрез А-А с установленной рабочей втулкой.

Предлагаемый геодезический знак состоит из цилиндрического основания 1 с рядом конических проточек 2. С одной стороны вдоль основания по цилиндрической части с коническими проточками выполнена лыска 3, а на противоположной канавка 4 для увеличения площади сцепления с отвердевающим раствором, а также для выхода раствора, вытесняемого знаком при погружении в отверстие. Нижний торец 5 геодезического знака выполнен коническим, а в верхнем торце выполнено глухое отверстие 6 с резьбой для установки резьбового конца переходника 7 антенны 8. Отверстие закрывается заглушкой 9 из нержавеющей стали со шлицом 10 под отвертку. Для исключения "сваривания" деталей геодезического знака с переходником 7 и заглушкой 9 длина их резьбы сделана минимальной. Для устойчивости переходника 7 в геодезическом знаке глухое отверстие 6 выполнено большей глубины для размещения хвостовика 11 переходника 7.

Строго вертикальная установка геодезического знака обеспечивается приспособлением для установки его в грунте.

Устройство для установки геодезического знака состоит из круглой установочной плиты 12, на которой разнесены под углом 120^o углубления для шариков 13 подпятников 14 регулировочных винтов 15. Для фиксации подпятников 14 на установочной плите 12 тремя регулировочными винтами 15 прикреплена пружинящая плита 16 треугольной формы. Стержни 17 регулировочных винтов 15 проходят через резьбовые отверстия трегера 18. Последний выполнен в виде утолщенной ступенчатой втулки, имеющей на внешней стороне выборку для размещения трех регулировочных винтов 15. Отверстие втулки-трегера 18 является частью центрального отверстия 19, образованного также отверстием в пружинящей плите 16 и отверстием в установочной плите 12. Центральное отверстие 19 предназначено для установки сменных рабочих втулок 20, через которые сверлят отверстие 21 в грунте под геодезический знак 22. В это же отверстие 19 после сверления в грунте отверстия 21 размещают установочный стержень 23. На стержень 23 по резьбе надета опорная втулка 24, которая своими внешними выступами 25 опирается на внутренние плечики 26 втулки-трегера 18. При этом между внутренней стороной втулки 18 и внешней стороной опорной втулки 24 по вертикали имеется зазор 27 для выставления оси геодезического знака 22 в строго отвесном положении с помощью перемещающих винтов 28. На верхнем торце установочного стержня 23 имеется головка 29 с уровнем 30 на верхней площадке, а на нижнем конце внешняя резьба для установки геодезического знака. Для сверления отверстия 21 в грунте по истинной вертикали необходимо жесткое крепление предлагаемого устройства к грунту. Для этого на свободных местах установочной плиты 12 (выемки у трегера и пружинящей плиты) выполнены три отверстия 31, в которые установлены раскрепляющие элементы. Каждый из раскрепляющих элементов состоит из внешней втулки 32 с эксцентричным резьбовым отверстием, шестигранной головкой 33 сверху плиты 12 и шайбой 34, установленной снизу установочной плиты 12. Втулка 32 размещена в установочной плите 12 с зазором, позволяющим поворачивать ее вокруг своей оси. В эксцентрическом отверстии втулки 32 размещена внутренняя втулка 35 с наружной резьбой и центральным сквозным отверстием 36, а внутри втулки 35 уже размещен фиксирующий стержень 37.

Установку геодезического знака в грунте осуществляют следующим образом. Прежде всего выбирают крепкие породы типа гранита с площадкой на поверхности не менее 200 мм с уклоном не более 10^o. В центральное отверстие 19 помещают установочный стержень 23 путем установки выступов опорной втулки 24 на плечики 26 трегера 18. Контроль горизонтальности головки 29, а следовательно, вертикали центрального отверстия 19 ведут по уровню 30. Затем устанавливают устройство на площадке в горизонтальное положение, подкручивая в установочной плите 12 втулки 34, опирающиеся на поверхность грунта. Через отверстия 36 втулок 35 сверлят отверстия 38 диаметром 10 мм и глубиной 10-15 мм, устанавливают фиксирующие стержни 37 и, поворачивая гаечным ключом шестигранную головку 33 втулки 32, за счет выполнения последней с эксцентричным отверстием очень жестко раскрепляют предлагаемое устройство на поверхности грунта. Теперь приступают к сверлению отверстия 21 в грунте, для чего в центральное отверстие 19 помещают установочный стержень 23 с опорной втулкой 24 аналогично описанному выше, с помощью регулировочных винтов 15 выставляют трегер 18 в горизонтальное положение. Затем установочный стержень 23 с опорной втулкой 24 удаляют, устанавливают рабочую втулку 20 необходимого внутреннего диаметра, закрепляют ее на поверхности трегера 18 прижимными болтами 39 и сверлят в грунте отверстие 21 для размещения геодезического знака 22. При сверлении отверстия 21 необходимо периодически продувать рабочие поверхности устройства. Открутив прижимные болты 39 и удалив рабочую втулку 20, очищают отверстие 21 от пыли, впрыскивают в отверстие необходимое количество отвердевающего раствора 40. Затем, соединяя по внутренней резьбе геодезический знак 22 с резьбовым нижним концом установочного стержня 23, пропускают через центральное отверстие 19, устанавливают в трегере 18, выставляют геодезический знак 22 в строго отвесное положение по уровню 29 при помощи регулировочных винтов 15, закрепляют перемещающими винтами 28 и выдерживают в таком положении до полного отвердевания раствора. Здесь следует обратить внимание на то, чтобы отвердевающий раствор 40 не попал на нижний торец установочного стержня 23. После отвердевания раствора 40 в отверстии 21 установочный стержень 23 выкручивают из геодезического знака 22, предварительно выкрутив перемещающие винты 28, тем самым освобождая опорную втулку 24. Устройство для установки геодезического знака 22 убирают после поворота шестигранных головок 33 втулки 32 гаечным ключом до момента выхода трех фиксирующих стержней 37 из зацепления с грунтом.

Прежде всего необходимо отметить, что на сегодняшний день ведущее место в мире отдается современной, менее емкой в организационном плане и несравнимо более точной геодезической технологии космической геодезии. Она может быть использована для кадастровой съемки, в топографии, для изучения тектоники Земли с очень большой точностью измерения по сравнению с используемой на территории бывшего СССР геодезической технологией. В основу технологии космической геодезии нами взята глобальная навигационная системы GPS, предназначенная для высокоточного определения местоположения подвижных и неподвижных объектов в трехмерном пространстве. Так, на сегодняшний день при использовании системы GPS среднеквадратичная ошибка определения координат пунктов наблюдения составляет от 15 до 3 мм. Такая точность достигается за счет повышения точности определения координат объекта, в частности приемной антенны геодезического знака. Но для получения такой высокой точности особенно необходимо обратить внимание на размещение геодезического знака по истинной вертикали, так как фазовый центр приемной антенны должен быть направлен в зенит и совпадать с осью геодезического знака.

Как видно из приведенного описания конструкции устройства для установки геодезического знака, а именно совокупности оригинально решенной формы трегера, установочного стержня с опорной втулкой, сменных рабочих втулок для сверления отверстия под геодезический знак, а также конструкции раскрепляющих элементов, повлекли за собой изменения в конструкции геодезического знака и обеспечили высокую точность в проведении геодезических измерений при простой технологии, исключающей субъективные ошибки оператора, устанавливающего истинную вертикаль и фиксирующего геодезический знак вручную до момента затвердевания эпоксидного клея.

Использование: геодезическое приборостроение и космическая геодезия. Цель: установка геодезического знака таким образом, чтобы фазовый центр приемной антенны был направлен в зенит и совпадал с осью геодезического знака в любое время, необходимое для проведения позиционных измерений, что обеспечивает высокоточные измерения объектов в трехмерном пространстве. Сущность изобретения: геодезический знак состоит из цилиндрического основания с коническими проточками и головки, в которую поочередно устанавливают антенну или заглушки, переходник, соединяющий основание геознака и антенну. В головке выполнено глухое отверстие с резьбой, а переходник на нижнем конце имеет хвостовик, размещаемый ниже резьбового пояска. Установку описанного геознака осуществляют с помощью устройства, состоящего из соосно установленных трегера 18, пружинящей плиты 16 и установочной плиты 12, соединенных тремя регулировочными винтами 15 и имеющих центральное отверстие 19. В центральное отверстие 19 установлены сменные рабочая втулка и установочный стержень 23 с опорной втулкой 24 вверху и геодезическим знаком 22 на нижнем конце и раскрепляющие элементы. Трегер 18 выполнен в виде утолщенной втулки, в верхней внутренней части которой выполнены плечики 26 для установки опорной втулки 24, а на внешней - выборка, где размещены регулировочные винты 15. В центральном отверстии 19 трегера 18 размещен установочный стержень 23, нижний конец которого имеет внешнюю резьбу для установки его в глухое отверстие геодезического знака 22 во время установки и закрепления последнего в отверстии грунта, а верхний конец стержня 23 имеет головку 29 с уровнем 30 на верхней площадке. Опорная втулка 24 своими выступами 25 опирается на плечики 26, выполненные во внутренней части трегера - втулки 18, и размещена там с зазором 27, что дает возможность перемещать установочный стержень с геодезическим знаком 22. Для жесткого закрепления всего устройства в грунте оно снабжено раскрепляющими элементами, размещенными с зазором в отверстиях 31, просверленных в установочной плите 12. Каждый из раскрепляющих элементов состоит из внешней втулки 32 с эксцентричным резьбовым отверстием шестигранной головки 33, размещенной над установочной плитой 12 и шайбой 34, размещенной внизу установочной плиты, и внутренней втулки 35, размещенной в эксцентричном резьбовом отверстии. В отверстии внутренней втулки установлен стержень 37, фиксирующий установочную плиту в грунте путем прижатия нижнего конца стержня 37 к стенкам заранее высверленных в грунте отверстий. 2 с. п. ф-лы, 6 ил.

1. Геодезический знак, состоящий из цилиндрического основания с коническими проточками, выполненными в нижней части основания, с продольно выполненными лыской и канавкой, и головки на верхнем конце, в которую установлена по резьбе в рабочем положении антенна, а в нерабочем заглушка, отличающийся тем, что он снабжен переходником, установленным в рабочем положении по резьбе в глухом отверстии, выполненном в головке, причем переходник на нижнем конце имеет хвостовик, размещаемый ниже резьбового пояска, а лыска и канавка разнесены на противоположные стороны. 2. Устройство для установки геодезического знака, содержащее трегер, пружинящую плиту, имеющую форму трегера, установочную плиту, соединенную тремя регулировочными винтами с подпятником, имеющие общее центральное отверстие, отличающееся тем, что оно снабжено устанавливаемыми поочередно в центральное отверстие рабочей втулкой и установочным стержнем, нижний конец которого имеет внешнюю резьбу, а на верхний накручена ступенчатая опорная втулка и головка с уровнем на верхней площадке, причем опорная втулка имеет Т-образную форму, а также раскрепляющими элементами, размещенными с зазором в отверстиях, выполненных на свободных от трегера местах, и состоящими из внешней втулки с эксцентричным резьбовым отверстием, шестигранной головкой, размещенной над установочной плитой, и шайбой, установленной в низу установочной плиты, внутренней втулки, размещенной в эксцентричном резьбовом отверстии и опирающейся на поверхность грунта, и погруженный в грунт стержень, установленный во внутренней втулке, причем трегер выполнен в виде утолщенной втулки, в верхней внутренней части которой выполнены плечики для установки опорной и рабочей втулок, а на внешней выемки, где размещены регулировочные винты.