Без компаса

Все про топозйомку. Питаємо. Відповідаємо. Ділимося досвідом.
Аватара пользователя
ngry
Сообщения: 231
Зарегистрирован: 07 янв 2013, 12:33
Откуда: Киев

Без компаса

Сообщение ngry » 31 окт 2013, 12:03

Бурная полемика минувших дней относительно современности, точности топосъёмки в пещерах, как и вообще правомерности названия этого процесса "топосъёмкой", собственный опыт, который сын ошибок трудных, подталкивал к мысли, что компас в наших руках - то, что заставляет нервничать червь перфекционизма в голове. Этот самый червь нашёптывал, что раз компас такое уж неточное, неудобное и непредсказуемое зло, то может взять и выбросить его из арсенала спелеолога, гордо именующего себя вольным художником-топосъёмщиком, при виде "шариковой перспективы"¹ из кучки мешков, нуждающихся в перемещении из точки А в точку Б :)

Несколько недель, а может месяц с хвостиком назад, я(Никита Козлов) и Андрей Верченко начали неспешную научно-начертательную мелом по доске работу. На день 30.10.2013, после различных расчётов и доработок, основной упор которых был направлен на "простоту и понятность нового подхода рядовыми спелеологами", появился следующей способ топосъёмки пещер при помощи одного лишь лазерного дальномера с клинометром.

Метода эта состоит в замене принятого способа измерения "нитки хода" при помощи компаса(буссоли), клинометра и дальномера на изложенную ниже последовательность действий.

1. Съёмка начинается с 2 (двух) фиксированных точек (реперов) и заканчивается 2-мя реперами (примечательно, в этом она полностью совпадает с "методом Грача").
Помимо непосредственной физической "фиксированности" двух начальных реперов в пространстве нашего земного "шарика", в виде спитов, ушей, табличек с геройскими надписями, необходимо обеспечить аналитическую "фиксированность" одним из следующих способов:
а) При наличии профессионального геодезического GPS - записать географические координаты первых 2-х реперов.
б) 2 первых репера фиксируются в пространстве "по-старинке": проводится традиционная, но "очень точная" съёмка азимута из репера 1 к реперу 2, расстояния между ними и вертикального угла, можно традиционно снять кольцо из 3-х точек (репер 1, репер 2, репер 3). Проведение этих поверхностных измерений может быть удачно объединено с занятиями по топосъёмке в вашей персональной спелеошколе, съёмка проведена обнажёнными ученицами (чтоб не смущать нужный только сейчас компас лишними железными элементами) в полной темноте (чтоб лучше видели пятно лазера, и для придания пущей романтичности ответственному занятию).
2. Остальные измерения заносятся в таблицу следующего формата:

Код: Выделить всё

From  To  Length  Clino  Orientation 
1     2                      x
1     3
2     3                      x
2     4                      
3     4                      x
и так далее.
табличка картинкой
Изображение
На плане выглядеть будет как-то так:
Изображение
Колонки таблицы From, To, Length, Clino являются классическими и означают пикеты "от", "до", "длина", "вертикальный угол" соответственно. Новым является колонка Orientation(ориентация), данные которой нужно записывать через ячейку, при появлении замера к новому пикету (буквой x отмечены ячейки, где не нужно определять ориентацию). Данные ориентации это "левая" или "правая", то есть с какой стороны относительно замера 1-2 находится пикет 3 (вы находитесь на пикете 1, смотрите в сторону 2, нужно определить где находится 3 относительно вас, слева или справа). Дополнительно можно проводить измерения до стен, как и при традиционном подходе.

3. Компьютерная обработка результатов топосъёмки. Нам не известны топо-программы с поддержкой представленного выше формата замеров, поэтому Андрей написал небольшой скрипт для Microsoft Excel, что из входных данных в приведенном формате получает традиционный "from to azimuth length clino". Для этого необходимо указать азимут замера 1-2. У меня, если лень не окажется сильнее, есть идея преобразовать входной формат в "Декартов", который поддерживают программы survex и therion "data cartesian easting northing altitude", то есть указывается не длина и углы, а смещение по 3-м осям текущего пикета относительно предыдущего.
На этом описание методики пока заканчивается.

Информация для размышлений и технические детали.

Применимость методики к различным формам пещерных полостей. Очевидно, что методика подойдёт для горизонтальных пещер, которые в изобилии имеются у нас в Украине. В случае же вертикальных колодцев, думаю, нужно отказаться от вертикальных переносов (так как тогда не понять где левая сторона, а где правая), всегда измеряя длину и вертикальный угол. Также можно не бояться узостей и малых расстояний между пикетами, на которых измерения азимута были неудобными и неточными. Посещать каждый пикет также не обязательно, да и наверняка не всегда форма пещеры предоставит такую возможность, то есть можно традиционно двигаться по "нитке" 1-2-4, а замеры к пикету 3 проводить из пикетов 2 и 4.

Провели "прикидочный" анализ "точности" для прибора Leica Disto x310, доступ к которым у нас есть. Исходя из параметров точности измерения вертикального угла в один десятичный знак после запятой, ошибка по высоте составляет 10 сантиметров, при длине замера 60 метров. В ближайшем, надеюсь, будущем предоставим этот скрипт для Excel, или же оформим в виде отдельной программки-конвертера в традиционный формат. Хотелось бы чтоб разработчики планшетного приложения "Абрис" обратили внимание на этот материал, и при возможности реализовали поддержку такого формата замеров в своей программе.

Понятно, что нам пришлось заняться классической задачей "решения треугольников" по 3-м сторонам, вспомнить теорему косинусов. Г-н Грач использует буссоль, и потому, видимо, решает задачу треугольников по 2-м углам, и стороне мы же используем длины 3-х сторон. Проецируем данные замеров на горизонтальную плоскость, усредняем значения 2-х возвышений (произведение длины на синус вертикального угла) замеров 1-3 и 2-3, тем самым фиксируем новый пикет (3) в пространстве. В использовании только длин и вертикальных углов есть один подводный камень - три стороны задают треугольник с точностью до зеркального отражения относительно сторон, поэтому пришлось ввести колонку "ориентация", которая предполагает бинарные данные (лево-право).

Другими словами, имея фиксированные 2 точки в пространстве можем определить положение 3-й, проведя к ней 2 замера длина+вертикальный угол и определившись с ориентацией. Обернули это всё в функцию, и итеративно применили к входным данным.

Заключение.
Было бы здорово претендовать на "новаторство", однако благодарны будем за ссылки на подобное, и конечно же за конструктивную критику. А в остальном, в случае удачи, можно гордо бить себя пяткой в грудь, заявляя что буржуйский DistoX с муторной калибровкой "корня зла" - компаса не нужен :).

Сноски:
¹Анекдот про перспективу "Как у Шарика".
Последний раз редактировалось ngry 05 ноя 2013, 09:32, всего редактировалось 1 раз.

Shman

Re: Без компаса

Сообщение Shman » 31 окт 2013, 13:20

Здорово!
Просто и гениально.

Выдавайте на гора скрипт, будем тестить.

Аватара пользователя
Grach
Сообщения: 152
Зарегистрирован: 16 сен 2012, 20:11
Откуда: оттуда
Контактная информация:

Re: Без компаса

Сообщение Grach » 31 окт 2013, 14:26

Ну вот.
Наконец то дождался :-):
Приятно, что долгие уговоры и дискуссии с "любителями компаса" таки не пропали зря!
Идея может сработать!. И не только на горизонталях но и на вертикалях...
Однако ребята, про "новаторство" забудьте!
То что вы предлагаете называется ТРИЛАТЕРАЦИЯ и использовалась еще строителями пирамид :-):
На поверхности нашего шарика есть куча сетей построенная таким способом (где это экономически выгодно)
И еще в далекие 80-е я пытался реализовать нечто подобное, но в эпоху рулеток это оказалось трудоемко и неэффективно :-(
Способы уравнивания таких сетей хорошо описаны, хотя бы в той литературе ссылки на которую я где-то тут давал. Так что не изобретайте велосипед, просто почитайте, если что не ясно - звоните
Теперь критика.
Достоинства:
1 метод может с успехом использоваться для прокладки базовых ходов в местах где буссоль сложно (неудобно, невозможно) установить.
2 больше достоинств пока не вижу. Увы...
Недостатки:
1 скорее всего треугольники должны быть как можно равнобедренные, то есть вытянутый треугольник с двумя слишком острыми углами скорее всего не даст хороший результат
2 стороны треугольника должны лежать в одной плоскости, следовательно при уравнивании необходимо учитывать поправку, а это дополнительное измерение
3 достаточно большое количество замеров
4 сложность записи (это лечатся программой)
  • и самое главное
5 не уверен что метод подходит для полной 100%-ной сьемки. Не думаю, что этим способом можно достоверно описать конфигурацию пещеры, а вот для прокладки базовых ходов он хорош.
Так что скорее всего дисто хоронить рановато...
Мнение:
Если обеднить буссоль, дисто, ваше предложение и соответствующий софт, то может получится хорошая жизнеспособная метода!
вообще-то я злой, но добрый

Аватара пользователя
ngry
Сообщения: 231
Зарегистрирован: 07 янв 2013, 12:33
Откуда: Киев

Re: Без компаса

Сообщение ngry » 31 окт 2013, 14:46

Grach писал(а):стороны треугольника должны лежать в одной плоскости, следовательно при уравнивании необходимо учитывать поправку, а это дополнительное измерение
Стороны треугольника всегда лежат в одной плоскости (но не всегда горизонтальной), это следует из 1-й аксиомы стереометрии :), а информацию для поправки мы берем из измерений вертикального угла. В своём зародыше, методика предлагала делать на треть замеров больше, но пока, не найдя ошибок в своих рассууждениях удалось сократить это количество, вместе с упрощением скрипта.

Аватара пользователя
Grach
Сообщения: 152
Зарегистрирован: 16 сен 2012, 20:11
Откуда: оттуда
Контактная информация:

Re: Без компаса

Сообщение Grach » 31 окт 2013, 15:39

Не ерничай
Я имел ввиду именно эту самую горизонтальную плоскость :nez-nayu:
вообще-то я злой, но добрый

zah
Сообщения: 10
Зарегистрирован: 31 окт 2013, 16:04

Re: Без компаса

Сообщение zah » 31 окт 2013, 17:19

В 2010-2012 году мы как один из вариантов съемки применяли "метод треугольников" при съемке Мацестинской.
Немного из практики:
1. Обустраивать пикеты желательно так, чтобы возможно было сделать замеры и "наложенных" треугольников.
К примеру ABC, к нему примыкает A'BC, значит делаем еще и замер AA', вы удивитесь, но не все треугольники после этого так уж легко отстроить.
2. Прибор желательно фиксировать, к примеру штативом.
3. Применять, что-то типа "мишеней", одинакового цвета :), размера:), материала, тоже зафиксированные.
4. Лучше спланировать расстановку пикетов в спокойной обстановке, вне пещеры:)
5. Пикеты не обязательно к одной "плоскости", да это и не реально.
6. Данные лучше сразу в 3д, потом из готовой модели строить все что надо. В принципе имея треугольник и примыкающие к нему + вертикальные углы, можно определить их координаты в пространстве, потом уже проще, облако точек, крути как хочешь. У геодезистов вроде как есть подобные программы. У нас пещера была небольшая пользовались для пересчета простенькими калькуляторами, потом
уже экспериментировали: и азимуты высчитывали:), и координаты вычисляли:)
Вывод, имхо:
По трудоемкости - на порядок больше, по точности - если откинуть человеческий фактор, точнее конечно, но в "плоской" топо так много допущений и вопросов:), одним выкидыванием компаса это не решить.
И вопрос на засыпку:) - как протяженность пещеры вычислять будете?

Аватара пользователя
ngry
Сообщения: 231
Зарегистрирован: 07 янв 2013, 12:33
Откуда: Киев

Re: Без компаса

Сообщение ngry » 31 окт 2013, 17:32

как протяженность пещеры вычислять будете?
Проективную протяженность пещеры мы вычисляем по методике Грача, тоесть по данным плана пещеры строим скелетную линию, и считаем её длину. Для этого (вычисления проективной длины) пару лет назад мы написали программку "Cave Valuer", скачать можно тут.

Про наш метод вычисления длины написали статью, и рассказали на конференции "УкрОбраз 2010", см тут, сама статья pdf

zah
Сообщения: 10
Зарегистрирован: 31 окт 2013, 16:04

Re: Без компаса

Сообщение zah » 31 окт 2013, 17:43

Хорошая программа.
Проективная длину Долгой проверял ей, разница между заявленной и от программы минимальна.
Но, я так понимаю, это все таки не протяженность, а проективная длина.
для горизонтальных, не критично, а для вертикальных?

Аватара пользователя
ngry
Сообщения: 231
Зарегистрирован: 07 янв 2013, 12:33
Откуда: Киев

Re: Без компаса

Сообщение ngry » 31 окт 2013, 17:47

Но, я так понимаю, это все таки не протяженность, а проективная длина. Для горизонтальных, не критично, а для вертикальных?
А что мешает применить программу не к плану, а к разрезу-развёртке? :) Вообще-то, строго говоря, нужно заниматься созданием 3-х мерной модели пещеры, считать её скелетную линию, и тогда говорить о длине.

zah
Сообщения: 10
Зарегистрирован: 31 окт 2013, 16:04

Re: Без компаса

Сообщение zah » 31 окт 2013, 18:09

Про развертку - оригинально:), но не совсем корректно получится, да и не в этом суть.
Вы правы - без 3-х мерной модели никак:)

Shman

Re: Без компаса

Сообщение Shman » 31 окт 2013, 20:22

Попробовал.
Кольцо 15 пикетов, 36,4 м, сходимость 45 мм по вертикали и 63 по горизонтали. Углы старался делать острые, от 4 до 20 градусов. Строил в Компас 3Д - чертежная программа, аналог Автокада.

1. При известной степени мазохизма, можно обойтись и без угломера.
2. Название метода "без компаса" не точное. Точнее "в основном без компаса", поскольку в тех замерах, где точность замера азимута не играет существенной роли, а именно: "обстрел" стен вокруг пикета, оптимальнее применять компас. А вести ход мне понравилось. Быстро и точно.
3. Не получается вести съемку со штатива "через пикет", а только последовательно, с земли или тура. А это снижает точность, дальность одного промера в объемах, и, соответственно скорость съемки.


Добавлено.
Ага, а вот и первый ляп. 36 метров - это по пикетажке, а само кольцо в полтора раза меньше.

Аватара пользователя
ngry
Сообщения: 231
Зарегистрирован: 07 янв 2013, 12:33
Откуда: Киев

Re: Без компаса

Сообщение ngry » 01 ноя 2013, 10:25

Shman писал(а):Название метода "без компаса" не точное
Это маркетинговое название, согласен с Грачём в том что это метода для прокладки магистрального хода, уточнять положение стен можно и с компасом :)
Shman писал(а):Не получается вести съемку со штатива "через пикет"
Думал над этим, наверно удобно будет использовать лазерную указку, в роли заменителя помощника :). Пусть она светит на пикет, который нужно "пропустить". Правда за указкой придется возвращаться :)

zah
Сообщения: 10
Зарегистрирован: 31 окт 2013, 16:04

Re: Без компаса

Сообщение zah » 01 ноя 2013, 15:36

Извините, что вмешиваюсь.
А если точки съемки на стенах размещать (или у стен) в местах изменения конфигурации хода.
Тогда не надо все эти левы-правы записывать, точки съемки - будут границами хода, а делая "наложение" треугольльников - не нужно будет описывать "ориентацию".
Штатив однозначно нужен, причем и на пикет тоже, навскидку хотя бы дрожь в руках компенсировать можно:), потом дальномеры
такие "точные" цифры выдают, что без четкой фиксации приборов и точного переноса прибора для следующего измерения,
при отстройке этого множества треугольников при компьютерной обработке невязки, а она будет, ошибки будут соизмеримы с ошибками съемки с компасом.
Можно установить штативы (допустим 3-4) или "рейки" с креплением для прибора и пикета, при съемке просто менять местами прибор и пикеты, не меняя положения штативов, отработав первые 2 штатива переносим их и т.д.
Медленно, зато точно и очень бюджетно:) Высота "реек" или штативов не обязательна должна быть одинакова, однако, высоту пикета, прибора над "полом", надо замерять.

Аватара пользователя
ngry
Сообщения: 231
Зарегистрирован: 07 янв 2013, 12:33
Откуда: Киев

Re: Без компаса

Сообщение ngry » 01 ноя 2013, 16:12

Когда-то я купил себе бюджетный штатив, из разряда "не жалко потерять"
Изображение
от дрожания рук он наверняка поможет, да и стоит около $6.

Насчёт как обойтись без ориентации, пожалуйста поподробнее.

zah
Сообщения: 10
Зарегистрирован: 31 окт 2013, 16:04

Re: Без компаса

Сообщение zah » 01 ноя 2013, 19:26

Имеем треугольник ABC, с ним стыкуется допустим A'BC, дополнительный промер AA', снимет необходимость укзания ориентации,
плюс добавит возможность считать невязки ужесразу на уровне двух первых стыкующихся треугольников.
Веселый штативчик:)
Если он не изменит своего положения как минимум в трех замерах прибором и постоит еще немного в этом же положении с "мишенью", то сгодится:)

zah
Сообщения: 10
Зарегистрирован: 31 окт 2013, 16:04

Re: Без компаса

Сообщение zah » 01 ноя 2013, 19:52

Вот, имхо, интересная модель Crabopod RX-3000:
Изображение

Shman

Re: Без компаса

Сообщение Shman » 02 ноя 2013, 20:11

и точного переноса прибора для следующего измерения,
Вот и я том же. Поэтому и снимаю "через пикет":
1 - 0
1 - 2
3 - 2
3 - 4
5 - 4
5 - 6 и т.д.
Нечетные пикеты - точки установки приборов, четные где угодно: на потолке, стене, полу. И нет необходимости переноса, точку нечетного пикета выбираешь там, где комфортно (а значит точно) снимать.

Андрей написал небольшой скрипт для Microsoft Excel, что из входных данных в приведенном формате получает традиционный "from to azimuth length clino".
И все-таки, выложите его в студию.

svisla
Сообщения: 29
Зарегистрирован: 20 сен 2012, 09:39

Re: Без компаса

Сообщение svisla » 02 ноя 2013, 21:20

Андрей написал небольшой скрипт для Microsoft Excel, что из входных данных в приведенном формате получает традиционный "from to azimuth length clino".

И все-таки, выложите его в студию.
Я сейчас в Крыму, но скрипт успел дописать :)
Выслал его Никите, он в ближайшее время выложит его.
Всем привет

Аватара пользователя
ngry
Сообщения: 231
Зарегистрирован: 07 янв 2013, 12:33
Откуда: Киев

Скрипт, для преобразования трилатерации в "привычный" формат

Сообщение ngry » 04 ноя 2013, 10:02

Наконец-то испорченный телефон передал всю информацию, файл в приложении. Cкрипт весьма сыроват.
Вложения
Topo_trilateration.zip
Видимо, нужен excel версии >= 2007 на русифицированной виндовс.
(95.06 КБ) 1413 скачиваний
Последний раз редактировалось ngry 04 ноя 2013, 16:16, всего редактировалось 1 раз.

Аватара пользователя
ngry
Сообщения: 231
Зарегистрирован: 07 янв 2013, 12:33
Откуда: Киев

Re: Без компаса

Сообщение ngry » 04 ноя 2013, 10:22

zah писал(а):Имеем треугольник ABC, с ним стыкуется допустим A'BC, дополнительный промер AA', снимет необходимость укзания ориентации,
плюс добавит возможность считать невязки ужесразу на уровне двух первых стыкующихся треугольников.
Изображение
Пожалуйста, объясните, как замеры вроде A-A1 или A-A2 избавят от необходимости указывать ориентацию, а то я сходу не пойму.

Зы, рисовал вроде бы в непредназначенной для топо программе GeoGebra, нужной для школьников и их учителей, но похоже удобная штука :)

Shman

Re: Без компаса

Сообщение Shman » 05 ноя 2013, 13:30

Попробовал минимальный вариант в одной плоскости, с углами 0.
Без натуры, в чертежной программе. Но ваш скрипт сработал не корректно. Или я чего запорол: последний азимут 402.
Авторы, посмотрите, что не так.

http://rghost.ru/49947038

А в натуре, повороты и перекрестки будут проходиться неуклюже. Трудно с треугольниками разворачиваться.
13-15 в Золушке и проверим.

zah
Сообщения: 10
Зарегистрирован: 31 окт 2013, 16:04

Re: Без компаса

Сообщение zah » 05 ноя 2013, 15:27

ngry писал(а):Пожалуйста, объясните, как замеры вроде A-A1 или A-A2 избавят от необходимости указывать ориентацию, а то я сходу не пойму
На вашей схеме нет промера AA', если бы он был, то образовалась бы фигура ("пирамида" в объеме, "четырехугольник" в плоскости) ABCA', при подобных данных четыре стороны "четырехугольника" и две диагонали, после расчета проложения, что касается плоскости, или по четыре стороны "пирамиды", четырех треугольников, что касается объема, эта фигура не имеет второго варианта отображения, поэтому дополнительно указвать ориентацию нет смысла.

На вашем первоначальном рисунке, который под пикетажкой, добавить промеры а1а4 и а3а5.
В вашем чертеже в треугольнике а1а2а3, какие-то две точки "фиксированные", далее пошла "ориентация", в нашем случае "зафиксирован" весь первый базовый треугольник. То есть имеем сразу три точки с заранее известными координатами в "пространстве". Точке А, допустим дать координату (0;0;0), сориентировать точку B строго на север, дать ей соответствующие координаты, точку C, от А, под прямым углом к B (на запад или на восток), дать координаты.
Все - базовый треугольник готов. Надо "привязать" все это к GPS? Достаточно замера в точке А. Теоретически :), можно и пересчитать в "GPS-координаты" все ваши точки съемки.
Еще нюанс: при таком количестве замеров, уже на уровне фигуры ABCA' видна будет какая точность съемки.
Там решать дать программе уравнять или переснять.

Аватара пользователя
ngry
Сообщения: 231
Зарегистрирован: 07 янв 2013, 12:33
Откуда: Киев

Re: Без компаса

Сообщение ngry » 05 ноя 2013, 17:28

zah писал(а):То есть имеем сразу три точки с заранее известными координатами в "пространстве"...
Мы начинали с того что строили такие вот пирамидки, и всё казалось хорошо, и не нужна ориентация, однако Андрею, вроде бы удалось найти контр-пример, т. е. даже имея замер А-А' было 2 возможных решения, разобрать путаницу помогла как раз ориентация. Сейчас я что-то не могу нарисовать этого контр-примера, хотя логично что квадратное уравнение имеет 2 корня (а мы ведь имеем дело с квадратными уравнениями).

Также мы решили, что такое количество замеров (4 линии выходящих из каждой точки, кроме начальных-конечных, где 3 линии) - это конечно здорово, и уточняет всё, но сильно усложняет пикетажку, а для того чтоб найти локацию третьей точки по известным 2-м достаточно 2-х промеров + ориентация.

При построении сети с помощью "пирамидок" будем получать более точное значение по z-координате, так как будем усреднять 3 высоты а не 2, однако, я думаю что это не настолько критично.

Shman

Re: Без компаса

Сообщение Shman » 05 ноя 2013, 20:50

А все-таки, как насчет азимута 402?
Все-таки прикладной аспект должен превуалировать над теоретическими изысками, ведь так?
4 замера с одного пикета... С 2-мя разберутся единицы.

Аватара пользователя
камнеед
Сообщения: 186
Зарегистрирован: 18 сен 2012, 18:00
Откуда: Севастополь

Re: Без компаса

Сообщение камнеед » 05 ноя 2013, 22:03

Все это конечно хорошо, что вы так матюкаетесь на компас, но на практике точность дистометра, а тем более угломера на нем оставляет желать лучшего. Есть модели которые не сохраняют несколько замеров в памяти и нельзя вычислить среднее показание длины и угла. И что делать когда "Лейка"(2 года назад) выдает глубину колодца 5,3 метра а "боч"(На этих выходных) 6,25 метра. ??? По моему на практике точность топосъемки будет примерно такая же, как и с применением компаса. Все будет зависеть от заточенности рук и головы и количества спирта в крови. А так идея конечно интересная.

Ответить