Способ определения планового положения точек объекта и устройство для его осуществления

Сфез СоветсинкСецнапнстнчесинкРеснубпни ОП ИСАНИЕИЗЬБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оц 979852(22) Заявлено 21.04.81(21) 3280584/18-10с присоединением заявки РЙ(51)М. Кл,С о 1 С 1 1/ОО 3 Ъвударстеевы 11 квинтет СССР ао делон кзобретений и открытнй(72) Авторы изобретения ательский институт .езии(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛАНОВОГО ПОЛОЖЕНИ ТОЧЕК ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯсооружности ров (т данны ны 1 Недостат является ни труда из-за большого об измерений,Известен тов объекта нии и заклю с негатива 1Изобретение относится к геодезии а именно к способам и техническим средствам, используемым при геодезической подготовке и выносе в нату ру проектного положенияточек инженерного сооружения,Известен геодезический способ определения на местности проектного положения точек инженерного ения путем построения на местс помощью геодезических прибоеододита и мерной ленты) зауглов и линий заданной длиом известного способакая производительностьнеобходимости выполненияема угловых и линейных способ разметки элеменприменяемой в судостроеающийся в проецировании осредством проектора 1 изображения тиражируемой детали на . размечаемый материал .Известный способ реализуется устройством, содержащим последовательно установленные источники света, конденсатор, рамку для установки негатива и объектив 21.Данный способ позволяет получить только относительное расположение 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 положенин55 точек объекта путем проецирования поредством оптического проектора изображения элементов объекта, включающий ориентирование проектора путемсовмещения в плоскости экрана опор-,ных точек с их оптическим изображением, спроецированным с негатива,и формированив изображения точекобъекта на экране посредством проецирования негативного изображенияобъекта,Известный способ реализуетсяс помощью оптического проектора, содержащего узел подвеса, проекционную камеру с осветителем, прикладной рамкой и объективом, и экран.Обязательным условием выполнения иэ., вестного способа является такженаличие негативного изображениявыносимого объекта3 .Однако при выносе объекта внатуру имеются лишь его проектныекоординаты и нет реального снимка,Кроме того, при больших высотахпроецирования технически сложноориентировать проектор проецируяиэображение опорных точек с негатива на местность.Целью изобретения является повышение производительности процесса.Указанная цель достигается тем,что согласно способу определенияпланового положения точек объектапутем проецирования с помощью оптического проектора изображения точекобъекта, включающему оривнтирование проектора по опорным точкам иформирование иэображения точек элементов объекта на экране, перевычисляют координаты двух опорных точекместности в систему ноординат картинной плоскости проектора, перевычисляют проектные координаты точекобъекта в пространственную системукоординат с началом в главной точкекартинной плоскости, ориентируютпроектор, совмещая в его картиннойплоскости изображения опорных точек,спроецированных с местности, с перекрестием нитей микроскопов.проектора, установленных в соответствии свычисленными в картинной плоскостипроектора координатами опорных точек, а проецирование точек объектаведут путем формирования на экране посредством объектива проектораизображения неподвижной проекционной марки, совмещенной с главной с 5 1 О го 25 ЗО 35 4 О 45 50 точ кой картинной плоскости прое ктора, при этом объектив устанавливают в положение, соответствующее вычис.ленному по проектным координатампроецируемых точен объекта, а экранустанавливают на местности на заданном уровне проецируемой точки объекта, совмещают изображение проекционной марки с маркой экрана и осуществляют ортогональный перенос иэображения проекционной марки с экранана местность.Опорные точки на местности марки-,руют светящимися марками.Устройство для осуществления способа определения пространственногоположения точек объекта, содержащееузел подвеса, проекционную камеру споследовательно установленными осветителем, прикладной рамкой и объективом, и экран, проекционная каме"ра снабжена тремя координатными каретками и двумя измерительнымимикроскопами, установленными надвух координатных каретках, которые размещены на прикладной рамкедиагонально-противоположно друг другу и выполнень с возможностью перемещения микроспопов по осям Х и У, атретья координатная каретка кинематически связана с объективом проектора и выполнена с возможностью егоперемещения по осям Х У и 7, приэтом экран выполнен в виде столика,установленного на координатной каретке с возможностью перемещения поосям Х и У, и снабжен маркой и втулкой для крепления нивелира, а координатная каретка экрана смонтирована на телескопической стойке.Способ определения планового поло.жения точек объекта заключается впоследовательном 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 координатточек макетного снимка по проектнымкоординатам точек объекта осуществляют на основе известных математических зависимостейХ,Х. =Х-(7- Е) - .1 М М,1-овой точки картиннойплоскости относительноее главной точки;- фокусное расстояние проецирующей камеры;х,у,г - координаты центра проекции в принятой на местности пространственной системе координат; х ,У 2, - КООРДИНатЫ 1-ОВОй ТОЧКИм 1 м 1 мместности.По заданным проектным координатам точек объекта на местности х.,1 м 1фокусному расстоянию проецирующей камеры и заданной высоте прое- ЦиРованиЯ Н = 2 - 2;мвычислвют плоские координаты х;, у этих точек объекта в системе координат с началом в главной точке картинной плос- кости,Для выполнения процесса проецирования необходимо зафиксировать полофжение точек объекта в картинной плоскости, развернуть ее таким образом,чтобы направление осей системы координат картинной плоскости стало па-раллельно осям пространственной системы координат местности и поместитьцентр проекции в точку пространства35с координатами х, у и ъ . Тогда проекция точек объекта, заданных в картинной плоскости, определит плановоеположение точек на местности.ЮОпределение пространственного положения центра проекции и угла поворота координатной системы картиннойплоскости относительно системы координат местности осуществляют по опорным точкам, положение которых известно на местности и вычислено длякартинной плоскости, Дпя удобстваооиентиоования опорные точки наместности маркируются светящимисямарками и проецируются в картиннуюплоскость, Процесс ориентированиязаключается в совмещении вычисленного для картинной плоскости положения опорных точек со спроецированным с местности их изображением,Проецирование дискретных точекмакетного снимка ведут посредствомперемещения объектива проектора и установки его в положение, соответствующее предвычисленным координатам точек объекта, Этот путь болеетехнологичен, так как отпадает необходимость в изготовлении негативов.На фиг, 1 приведена кинематическая схема устройства для осуществления способа определения плановогоположения точек объекта; на Фиг.2 э кр ан, общий вид.Устройство для осуществления способа определения планового положения точек объекта включает узел 1подвеса, проекционную камеру 2 и экран 3 (фиг. 1).Узелподвеса служит для установки проекционной камеры 2 в рабочееположение и содержит основную платформу 4 с направляющими 5, по которым может перемещаться в направленииоси Х посредством вращения штурвала 6 каретка 71 несущая суппорты 8 и9, выполненные с возможностью перемещения вдоль осе й У и Г посредствомвращения соответствующих штурвалов10 и 11. С салазками суппорта 9 свя"зано карданное кольцо 12, в которомустановлена проекционная камера 2,Карданное кольцо 12 при помощитрех винтов 13-1) обеспечивает наклоны проецирующей камеры 2 на углы ы,и м вокруг взаимно перпендикулярныхосей и поворот на угол гС в горизонтальной плоскости.Проекционная камера 2 включаетосветитель 16, прикладную рамку 17с двумя координатными каретками 18и 19, несущими микроскопы 20 и 21, иматовой пластинкой 22 с проекцион"ной маркой 23, а также объектив 24,установленный на координатной карет"ке 25.Координатные каретки 18 и 19 установлены на прикладной рамке 17диагонально-противоположно друг другу и выполнены с возможностью перемещения микроскопов 20 и 21 поосям Х и У. Иикрометренные винты26 (Х), 27 У), 28 (У) и 29 (Х)служат для установки центров перекрестий нитей микроскопов 20 и 21над точкой с заданными координатами на пластинке 22, Микрометренныевинты 26-29 можно заменить ходовыми винтами, а для отсчета линейных перемещений применять датчикилинейных перемещений,На прикладной рамке 17 жесткозакреплены два цилиндрических уров97985 7ня 30 и 3 1 с взаимно перпендикулярными осями, которые служат для приведения прикладной рамки 17 в горизонтальное положениеПрикладная рамка 17 проекционноА 5 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 Е . Мик рометренные винты 33(Х), 34(У) и 35(2) служат для установки объектива в точку с заданными координатами. Для отсчета величин линейных смещений микрометренные винты 33 и 34 15 снабжены шкалами . Координатная каретка 25 представляет собой направляющие 36, по которым перемещаются салазки 37 в направлении оси Х. 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 25 24 вдоль оси Е производится по направляющим 32 при помощи микрометренного винта 35.Координатные каретки 18 и 19 выполнены аналогичным образом, толь ко отсутствуют направляющие для перемещения по оси Е.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 49 с возможностью перемещения по осям Х и У посредством вращения соответствующих штурвалов 4 б(Х) и 47(У).Координатная каретка 45 смонтирована на штанге 48 телескопической стойки 49 и может перемещаться по оси 2 посредством штурвала 90 . 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 Х;, У;м и 2 ,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 формуламХ 2 м12 м"2 м-=-Е12 г-г 2где Х 2 м 2 г м д йопорной точки;х, у, г - координаты центрапроекции в принятой на местностипространственнойсистеме координатГ - фоку сное ра сстоя 2ние проецирующейкамеры, обеспечивающее резкое .изображение второй опорной точкив картинной плоскостит ббГ2 о г - гам-Гооб где Ео- фокусное расстояние объектива.Значение г принимается равным высоте, на которой может быть установлен центр проекции относительно начала пространственной системы коорди нат, а величины Х и У вычисляются по формулам50Способ 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 определить" на местности, выбирают две точки,хоХ= 2оУоу еогде 10 - фокусное расстояние, обеспечивающее резкое изображениев картинной плоскости опорнойточки, принятой за началойЕ.У об1 оЬ+оо А=ьй+1 с+ где ьЬ - разность заданной отметкиточки и отметки репера;- выбранная высота установки переносного экрана- высота визирной оси ниелира относительно поверхностистола.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 отвеса42, выполняют ортогональный переносцентра проекционной марки 23 наместность. Аналогичным образом выполняют вынос в натуру и остальных точек объекта,В связи с отсутствием проектныхразработок в СССР и аналогичных разработок за рубежом в качестве,базового принят геодезический способ выноса в натуру планового поло,жения точек инженерных сооружений.При использовании геодезическог ометода для выноса на местность пд 9 979 опространственной системыкоординат 1 р = Г+ - .обвЗатем перевычисляют проектные координа ты точе к объе кта в простран ст вен 5 ную систему координат с началом в главной точке картинной плоскости по следующим формуламх. -хофм о%м "4= 1 2. К "1= 1ув1 м 1 м где Г - фокусное расстояние проецирующего устройства, обеспечивающее получение резкогоизображения проецируемой точ"ки на переносном экране;- выбранная, с точки зрения зоудобства работы, высота установки переносного экрана.Далее приступают к ориентированию проецирующего устройства, Дпя этого устройство с помощью узла 1 подвеса 23 укрепляют, например, на мостовом кране (при этом оператор находится на ходовой площадке). и устанавливают над местностью, на которой требуется определить заданное плановое положе ф ние точек. Выполняют горизонтирование проецирующего устройства с помощью двух цилиндрических уровней 30 и 31 с взаимно перпендикулярными осями и трех винтов 13-15Вращая микро-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 21 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, приступают к совмещению спроецированИ ных с местности изображений опорных точек с перекрестием нитей, соответствующих микроскопов. Это осу" ществляется вращением проецирующей камеры в карданном кольце 12 вокруг вертикальной оси, перемещения 5 ми каретки 7, суппортов 8 и 9, штур" валами 6, 10 и 11. Ориентирование выполняется последовательными приб 52 10лижениями до тех пор, пока величины несовпадений станут меньше 0,01 мм.После чего приступают к проецированию точек объекта на местность,Фкрометренныю винтами 33 и 34перемещают координатную каретку 25,несущую объектив 24 по осям Х, У, итем самым устанавливают объектив 24 вположение, соответствующее перевычисленным плановым координатам ороецируемой точки. Микрометренным винтом 35 перемещают координатную каретку 25 по оси Е и устанавливаютрассчитанное фокуСное расстояние.Включают осветитель 16 и проецируют проекционную марку 23 на переносный экран. При этом перенооныйэкран 3 устанавливают на местноститак, чтобы изображение проецируемойна местность точки попадало на стол39. Затем стол 39 экрана 3 при помощиуровней 43 и 44 приводят в горизонтапьное положение,Во втулку 40 устанавливают нивелир, а на исходном репере помещают нивелирную рейку. С помощью штурвала 50 наблюдатель регулирует высоту стола 39 и устанавливает еготаким образом, чтобы отсчет по рейке был равен заданному9 У 98 нового положения точек инженерныхсооружений необходимо производитьбольшой объем высокоточных угловыхи линейных измерений, кроме того,трудоемкость работы возрастает вслед- Бствие сложной конфигурации сооруже"ний, Так, бригада в составе инженера и двух-трех рабочих за смену выносит на местность около 50 точек сооружения, Отсутствие автоматизации 10процессов работы приводит к снижениюобъективности результатов.По расчетным данным изобретениепозволяет сократить затраты временина производство работ примерно в 52 раза, уменьшить состав бригадыдо двух человек, снизить затратысредств в ч раза, Использование вычислительной техники позволяет полностью автоматизировать вычислительный процесс, повысить надежностьрезультатов и культуру производства. Сокращение времени на выполнение разбивочных работ непосредст"венно сказывается на сроках возведения сооружения в целом,Формула изобретения Способ определения планового положения точек объекта путем проецирования с помощью оптического проектора изображения точек объекта, включающий ориентирование проектора по опорным точкам и формирование изображения точек элементов объекта на экране, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышения производительности процесса, перевычисляют координаты двух опорных точек местности в 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 каотинной плоскости изображения опорных точек, спроецированных с местности, с перекрестием нитей микроскопов проектора, установленных в соответствии с вычисленными в картинной плоскости проектора координатави опорных точек, а проецирование точек объекта ведут путем формирования на экране посредством объектива проектора 52 12изображения 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 ющ и й с я тем, что опорные точки на местности маркируют светящимися марками.3. Устройство для осуществления способа определения планового положения точек объекта, содержащее узел подвеса, проекционную камерус последовательно установленными осветителем, прикладной рамкой и объективом, и экран, о т л и ч а ющ е е с я тем, что проекционная камера снабжена тремя координатнымикаретками и двумя измерительными микроскопами., установленными на двухкоординатных каретках, которые размещены на прикладной рамке диагонально-противоположно друг к другуи выполнены свозможностью перемещения микроскопов по осям Х и У, атретья координатная каретка кинематически связана с объективом проектора и выполнена с возможностью его перемещения по осям Х, У и 2, при этомэкран выполнен в виде столика, установленного на координатной кареткес возможностью перемещения по осямХ и У, и снабжен маркой и втулкойдля крепления нивелира, а координатная каретка экрана смонтирована нателескопической стойке. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Инженерная геодезия . Под ред.П, С. Закатова, М., "Недра", 1969,с, 219-268,2.Ииниович А,С, фотограмметрическийметод в судостроении и судоремонте.Ленинград, Судпромиздат, 1960,3, Справочник геодезиста. Подред. В, 4. Большакова, М., "Недра",1966, с, 850-852 (прототип),дпи снов Зак д, 4/ О Ю Составитель 8, Васильев дактор Н . Дяуган Техред Е. Харитончик КТираж 6 ПИ Государственно по делам иэобрете35, Москва, 1-35,14о комитета СССРии и открытииРаушская наб.,Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная