테오돌라이트

Theodolite

1958년 소련에서 제조되어 지형측정에 사용되는 다이렉트 판독형 테오올라이트

테오올라이트(/θiˈdəlatt/)[1]는 수평면과 수직면에서 지정된 가시점 사이의 각도를 측정하기 위한 정밀 광학기기이다.종래의 용도는 토지 측량이었지만, 건축이나 인프라 구축, 기상이나 로켓 [2]발사등의 특수한 용도에도 폭넓게 사용되고 있습니다.

수평축과 수직축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착된 이동식 망원경으로 구성되어 있으며 각도 판독값을 제공합니다.이것들은 망원경의 방향을 나타내며, 망원경을 통해 관찰된 첫 번째 지점과 동일한 테오돌라이트 위치에서 다른 지점들의 후속 목격을 관련짓는 데 사용된다.이러한 각도는 마이크로라디안 또는 초호까지 정확하게 측정할 수 있습니다.이러한 판독치로부터 계획을 그리거나 기존 계획에 따라 객체를 배치할 수 있습니다.현대의 테오올라이트는 각도와 거리가 전자적으로 측정되고 컴퓨터 메모리에 직접 읽히는 토탈 스테이션으로 알려져 있습니다.

통과 시오돌라이트에서 망원경은 천정을 통과하는 수직면을 통해 망원경을 회전시키면서 트라니온 축을 중심으로 회전할 수 있을 정도로 짧다. 비통과 계기의 경우 수직 회전이 제한된 호로 제한된다.

광학 레벨은 때때로 테오올라이트로 오인되기도 하지만 수직 각도를 측정하지 않으며 수평 평면에서의 레벨링에만 사용됩니다(종종 중간 정도의 정확도의 수평 범위 및 방향 측정과 결합됨).

동작 원리

신등석의 축과 원
광학적 판독치 테오올라이트 도표

목격 준비

주요 기사:테오돌라이트의 임시 조정

임시 조정은 관측소에서 관측할 수 있는 테오돌라이트를 준비하기 위해 필요한 일련의 작업입니다.여기에는 시차 설정, 센터링, 레벨업 및 제거가 포함되며, 다음 4단계로 수행됩니다.

  • 설정: 대략적인 레벨링 및 스테이션 마크의 중심 맞춤과 함께 테오올라이트를 삼각대에 고정합니다.
  • 센터링: 트리브라흐라고도 하는 센터링 플레이트를 사용하여 스테이션 마크 바로 위에 테오올라이트의 수직 축을 놓습니다.
  • 레벨링: 일반적으로 내장된 버블 레벨로 수직 축을 수직으로 만들기 위한 계측기 베이스 레벨링.
  • 포커싱: 물체와 아이피스의 적절한 포커싱을 통해 시차 오류를 제거합니다.아이피스는 스테이션에서 한 번만 조정하면 됩니다.목표물까지의 거리가 다르기 때문에 이 스테이션에서 이후의 모든 목격에 대해 목표물의 초점이 다시 맞춰집니다.

목격담

관측자는 망원경의 수직 및 수평 각도 방향을 조정하여 십자선이 원하는 관측 지점에 정렬되도록 합니다.두 각도는 노출된 척도 또는 내부 척도에서 판독하여 기록한다.그런 다음 계측기와 삼각대의 위치를 움직이지 않고 다음 물체를 보고 기록합니다.

최초의 각도 판독치는 눈으로 직접 볼 수 있는 개방 버니어 눈금에서 나왔다.점차 이러한 눈금은 물리적 보호를 위해 폐쇄되었고, 마침내 간접적인 광학 판독값이 되었고, 이를 보기 위해 기구에서 편리한 장소로 가져올 수 있는 복잡한 광로가 제공되었습니다.현대의 디지털 테오돌라이트는 전광판을 가지고 있다.

측정 오류

인덱스 오류
수직 축의 각도는 시야 축이 수평일 경우 90°(100grad)로 표시되어야 하며, 계측기가 전환될 경우 270°(300grad)로 표시되어야 합니다.두 위치 간의 차이의 절반을 지수 오차라고 합니다.이는 운송 계기에서만 확인할 수 있습니다.
수평축 오류
테오올라이트의 수평축과 수직축은 수직이어야 한다. 그렇지 않으면 수평축 오차가 존재한다.이는 두 개의 풋 나사 사이의 라인에 평행하게 튜브형 스피릿 버블을 정렬하고 버블을 중앙에 설정하여 테스트할 수 있습니다.관 모양의 스피릿 버블이 180°로 반전될 때 거품이 중심에서 벗어나면 수평축 오류가 있습니다.오퍼레이터는 조정 나사를 사용하여 거품이 빠져나간 양의 절반을 제거한 다음 조정 레벨을 다시 조정하고 테스트 및 미세화합니다.
콜리메이션 오류
망원경의 광축도 수평축과 수직이어야 합니다. 그렇지 않으면 콜리메이션 오류가 발생합니다.

인덱스 오류, 수평축 오류(트리니언 축 오류) 및 콜리메이션 오류는 교정에 의해 정기적으로 결정되며 기계적 조정에 의해 제거됩니다.측정 절차 선택 시 테오올라이트의 측정 결과에 미치는 영향을 제거하기 위해 해당 측정 절차의 존재를 고려한다.

역사

이력

테오올라이트 이전에는 그로마, 기하학적 정사각형 및 디옵트라와 같은 기구와 다양한 눈금의 원(원주 참조)과 반원(그래프미터 참조)을 사용하여 수직 또는 수평 각도 측정을 수행했다.시간이 지남에 따라 두 가지 기능을 동시에 측정할 수 있는 단일 기기로 결합했습니다.

"이오돌라이트"라는 단어의 첫 번째 발생은 측량 교과서인 레오나르도 [3]디지의 판토메트리아(1571)에서 찾을 수 있다.그 단어의 어원은 알려지지 않았다.새 라틴어 theo-delitus의 첫 부분은 그리스 θεᾶσθαι에서,"또는 경청에 대해 정말 정말 바라보기만 해도"[4]두번째 부분은 종종 그리스 단어:δῆλος의unscholarly 변화에 기인한다고" 분명한"또는" 맑은"[5][6] 다른 New-latin나 그리스 파생 클래스 뿐만 아니라"그alidade"의 영어 기원으로 제안되야 한다는 점을 의미하길 수 있다.[7]

초기 테오올라이트의 선구자는 때때로 수평각을 측정하는 방위각 기구였고, 다른 것들은 수평각과 수직각을 측정하는 알타지무트 마운트를 가지고 있었다.그레고리우스 라이쉬는 1512년 그의 책 마르가리타 [3]철학의 부록에서 알타지무트 악기를 설명했다.지형학자이자 지도 제작자인 마틴 발트세뮐러는 그 해에[8] 그것을 [9]폴리메트룸이라고 부르며 만들었다.1571년 디지스의 책에서, "테오돌라이트"라는 용어는 수평 각도를 측정하는 기구에만 적용되었지만, 그는 또한 그가 지형학적 모든 기구라고 불렀던 고도와 방위각을 측정하는 기구를 설명했습니다.[10]아마도 진정한 테오올라이트에 가까운 최초의 악기는 1576년 Josua Habemel에 의해 만들어진 것으로, 나침반과 삼각대가 [8]완비되었다.1728 Cyclopaedia는 "그래프미터"를 "반쪽 신석"[11]에 비교합니다.19세기까지만 해도 수평각을 측정하는 기구는 단순한 테오올라이트,[12] 알타지무트 기구인 플레인 테오올라이트라고 불렸다.

현대식 테오올라이트의 본질적인 특징을 결합한 최초의 악기는 1725년 조나단 [12]시슨에 의해 만들어졌습니다.이 기구는 조준 망원경과 함께 알타지무트 마운트를 가지고 있었다.베이스 플레이트에는 스피릿 레벨, 나침반, 조정 나사가 있습니다.그 원들은 버니어 눈금으로 판독되었다.

  • Jesse Ramsden's Great Theodolite of 1787

    제시 램즈든의 1787년 위대한 테오올라이트

  • A theodolite of 1851, showing the open construction, and the altitude and azimuth scales which are read directly

    1851년의 신등석으로, 개방된 구조와 직접 판독되는 고도 및 방위 눈금을 보여준다.

  • A theodolite of the transit type with six-inch circles, manufactured in Britain c. 1910 by Troughton & Simms

    트라우튼 & 심스에 의해 1910년 경 영국에서 제조된 6인치 원을 가진 트랜싯 타입의 테오솔라이트

  • Wild T2 theodolite originally designed by Heinrich Wild in 1919

    1919년 하인리히 와일드가 원래 설계한 와일드 T2 테오올라이트

  • Sectioned Wild theodolite showing the complex light paths for optical readout, and the enclosed construction

    광학적 판독을 위한 복잡한 광로를 보여주는 단면 야생 신등석 및 밀폐 구조

신등석 개발

1787년 제시 램든의 유명한 위대한 테오올라이트가 소개되면서, 테오올라이트는 현대적이고 정확한 악기가 되었다. 제시 램든은 그가 직접 디자인한 [12]매우 정확한 분할 엔진을 사용하여 만들었다.람덴의 기구는 영국의 삼각측정을 위해 사용되었다.이 시기에 에드워드 트라우튼과 [13]같은 제조자들에 의해 영국에서 가장 정밀도가 높은 기구들이 만들어졌다.나중에 브라이탑트가 우츠슈나이더, 라이첸바흐, 프라운호퍼와 [14]함께 최초의 실용적인 독일 테오돌라이트를 만들었다.

기술이 발전함에 따라 수직 부분원은 완전한 원으로 대체되었고 수직원과 수평원 모두 미세하게 눈금이 매겨졌다.이것은 통과 신석이었다.이런 유형의 테오돌라이트는 정확한 별의 위치를 측정하기 위해 사용된 18세기 천문 교통 기구에서 개발되었습니다.이 기술은 에드워드 트라우튼과 윌리엄[15] 심스와 같은 악기 제조자들에 의해 19세기 초에 테오돌라이트로 이전되었고 표준적인 테오올라이트 디자인이 되었다.테오올라이트의 개발은 특정한 필요에 의해 촉진되었다.1820년대에 영국의 Ordnance Survey와 같은 국가 측량 프로젝트의 진전은 대규모 삼각 측량 및 지도 작성에 충분한 정확도를 제공할 수 있는 테오돌라이트에 대한 요구를 만들어냈다.당시 인도 조사는 무게 중심이 낮은 에베레스트 패턴 테오돌라이트 같은 보다 견고하고 안정적인 기구에 대한 요구사항을 만들어냈다.

1830년대에 영국에서 일하는 철도 기술자들은 흔히 신등석을 "트랜짓"[16]이라고 불렀습니다.1840년대는 세계 많은 지역에서 고속철도 건설의 시작이었고, 이로 인해 철도가 [17]건설되는 곳이라면 어디든 테오돌라이트에 대한 수요가 높았다.그것은 또한 서쪽으로 밀고 있는 미국의 철도 기술자들에게 인기가 있었고, 철도 나침반, 육분각, 옥탄트를 대체했다.Theodolite는 나중에 더 다양한 설치와 용도에 적응되었다.1870년대에 에드워드 새뮤얼 리치(Edward Samuel Ritchie)[18]에 의해 흥미로운 수인성 버전의 테오올라이트가 발명되었다.미 해군이 대서양과 걸프만 [19]연안의 미국 항구를 처음으로 정밀 조사하기 위해 사용했다.

1920년대 초에 Wild Heerbrugg에 의해 만들어진 Wild T2의 도입으로 테오돌라이트 디자인의 단계적 변화가 일어났다.하인리히 와일드는 관찰자가 그것들을 읽기 위해 움직일 필요가 없도록 양쪽에서 나온 하나의 접안렌즈로 양쪽에서 나온 판독치가 있는 유리 원 모양의 테오돌라이트를 설계했다.와일드 악기는 동시대 경쟁 제품들보다 더 작고, 사용하기 쉽고, 정확할 뿐만 아니라 비와 먼지로부터도 밀폐되어 있었다.캐나다 조사관들은 3.75인치 원을 가진 Wild T2가 기본 삼각 측량에 대한 정확도를 제공할 수는 없었지만 12인치 기존 [20]설계와 동일한 정확도였다고 보고했습니다.Wild T2, T3, A1 악기는 여러 해 동안 만들어졌다.

1926년 영국 데본의 타비스톡에서 Wild Theodolite와 영국인을 비교하는 회의가 열렸다.The Wild 제품은 영국의 Theodolite를 능가했기 때문에 쿡, Troughton & Simms, Hilger & Watts와 같은 제조업체는 경쟁업체에 맞도록 제품의 정확도를 향상시키려 했습니다.쿡, 트라우튼, 심스는 타비스톡 패턴 테오올라이트를 개발했고 나중에는 비커스 V.[21]22를 개발했습니다.

Wild는 Kern Aarau사를 위해 DK1, DKM1, DM2, DKM2, DKM3를 개발했습니다.지속적인 개선으로 계측기는 꾸준히 발전하여 오늘날 평가관이 사용하는 현대식 테오솔라이트로 발전하였습니다.1977년까지 Wild, Kern 및 Hewlett-Packard는 각도 측정, 전자 거리 측정 및 마이크로칩 기능을 하나의 단위로 결합한 "Total stations"를 제공했습니다.

측량업무

주요 기사:삼각 측량(측량)
한 학생이 신등석 작업을 하고 있다.

1533년경 Gemma Frisius에 의해 발명된 삼각측량은 두 개의 개별적인 관점에서 주변 경관의 방향도를 만드는 것으로 구성됩니다.두 개의 그래프 용지가 겹쳐져 있고, 풍경 또는 그 안의 목표물의 축척 모델을 제공합니다.실제 지형과 그래픽 표현 모두에서 하나의 거리를 측정하면 실제 척도를 얻을 수 있습니다.

예를 들어 Snellius에 의해 실천된 것과 같은 현대의 삼각측량은 수치적 수단으로 실행되는 것과 동일한 절차이다.항공 사진의 스테레오 쌍의 사진 측량 블록 조정은 현대적인 3차원 변형입니다.

1780년대 후반, 영국 핼리팩스 출신의 요크셔 사람인 제시 램즈든은 영국 무기 조사를 위한 새로운 기구를 만들도록 의뢰받았습니다.Ramsden Theodolite는 이후 몇 년 동안 삼각측량을 통해 영국 남부 전역을 지도화하는 데 사용되었다.

네트워크 측정에서 강제 센터링을 사용하면 최고 정밀도를 유지하면서 작업 속도를 높일 수 있습니다.Theodolite 또는 대상은 밀리미터 미만의 정밀도로 강제 센터링 플레이트에서 빠르게 제거되거나 소켓에 꽂힐 수 있습니다.오늘날 측지학적 위치에 사용되는 GPS 안테나는 유사한 장착 시스템을 사용합니다.지상 벤치마크 위에 있는 테오올라이트(또는 대상)의 기준점 높이를 정확하게 측정해야 한다.

  • Surveying theodolite

    측량 신등석

  • U.S. National Geodetic Survey technicians observing with a 0.2 arcsecond (≈ 0.001 mrad or 1 µrad) resolution Wild T3 theodolite mounted on an observing stand. Photo was taken during an Arctic field party (c. 1950).

    미국 국립지질조사국(National Geodetic Survey) 기술자가 관측대에 장착된 0.2초( 0 0.001 mrad 또는 1 µrad) 해상도의 와일드 T3 테오올라이트를 관측합니다.사진은 북극 야전 파티(1950년경) 중에 촬영되었다.

트랜싯테오올라이트

트랜싯 테오돌라이트(transit Theodolite) 또는 줄여서 트랜싯(transit)이라는 용어는 망원경이 수직축뿐만 아니라 수평축에서 완전한 원을 그리며 회전할 수 있을 정도로 짧은 테오돌라이트의 한 종류를 가리킨다.360도 눈금이 있는 수직 원과 "넘어갈 수 있는" 망원경("스코프 통과")이 특징입니다.망원경을 반대로 돌리는 동시에 기기를 수직 축을 기준으로 180도 회전시키면 기기를 '플레이트-왼쪽' 또는 '플레이트-오른쪽' 모드로 사용할 수 있습니다('플레이트'는 수직 연장기 원을 나타냅니다).이 두 모드에서 동일한 수평 및 수직 각도를 측정한 다음 결과를 평균화함으로써 계측기의 센터링 및 콜리메이션 오류를 제거할 수 있습니다.일부 트랜짓 계측기는 30초(- 0.15 mrad)까지 직접 각도를 읽을 수 있습니다.현대의 테오돌라이트는 보통 통과이론라이트 디자인이지만, 각인된 판은 발광 다이오드 및 컴퓨터 회로로 판독할 수 있도록 설계된 유리판으로 대체되어 아크초( 0 0.005 mrad) 수준까지 정확도가 크게 향상되었습니다.

기상 풍선과 함께 사용

천장 풍선 또는 파일럿 풍선이라고 불리는 특별한 기상 풍선의 수평 및 수직 각도를 추적하기 위해 특별히 제작된 테오돌라이트를 사용하여 상공에서 바람을 측정하는 데 사용한 오랜 역사가 있습니다.초기 시도는 19세기 초에 이루어졌지만, 기구와 절차는 100년이 지나서야 완전히 개발되었습니다.이 방법은 제2차 세계대전 이후 광범위하게 사용되었으며 1980년대 이후 무선 및 GPS 측정 시스템으로 점차 대체되었다.

피발테오올라이트는 프리즘을 이용해 광로를 90도 구부려 전체 180도 고도가 변경돼도 작업자의 눈 위치가 변하지 않는다.테오돌라이트는 일반적으로 견고한 강철 스탠드에 장착되며, 수평이 되고 북쪽을 가리키도록 설치되며, 고도와 방위 눈금은 0도를 가리킵니다.풍선은 신등석 앞에 놓이고, 그것의 위치는 보통 1분에 한 번씩 정확하게 추적된다.풍선은 조심스럽게 제작되고 채워지기 때문에 상승률을 미리 꽤 정확하게 알 수 있다.시간, 상승 속도, 방위각 및 각 고도에 대한 수학적 계산은 다양한 [22]고도에서 풍속과 방향을 적절하게 추정할 수 있다.

현대의 전자 테오돌라이트

전형적인 현대식 전자 테오올라이트:니콘 DTM-520

현대의 전자 시어도라이트에서 수평 및 수직 원의 판독은 보통 회전식 인코더로 이루어집니다.이것들은 망원경의 고도와 방위각을 나타내는 신호를 만들어 마이크로프로세서에 공급합니다.CCD 센서가 망원경의 초점 평면에 추가되어 자동 표적 지정 및 잔류 표적 오프셋의 자동 측정이 모두 가능합니다.이 모든 것이 프로세서의 임베디드 소프트웨어에 실장되어 있습니다.

현대의 많은 테오돌라이트는 일반적으로 적외선을 기반으로 하는 통합된 전기 광학 거리 측정 장치를 갖추고 있으며, 계측기로 정의된 극좌표에서도 측정이 가능하지만, 충분한 nu를 사용하여 해당 영역의 기존 좌표계로 변환될 수 있다.컨트롤 포인트의 mber.이 기술은 절제 솔루션 또는 무료 측점 위치 측량이라고 불리며 지도 측량에서 널리 사용됩니다.

이러한 기기는 자기 등록식 역도계 또는 구어체적으로 토탈 스테이션이라고 불리는 인텔리전트한 테오돌라이트이며 필요한 각도 계산과 거리 계산을 모두 수행합니다.결과나 원시 데이터는 견고한 노트북, PDA, 프로그램 가능한 계산기[23] 등의 외부 프로세서에 다운로드 할 수 있습니다.

자이로테오돌라이트

주요 기사:자이로테오라이트

자이로테오라이트는 천문학적 별 광경이 없을 때 자오선의 남북 기준 방위각이 필요할 때 사용됩니다.이는 주로 지하광업과 터널 엔지니어링에서 발생한다.예를 들어 도관이 강 밑을 통과해야 하는 경우 강 양쪽의 수직 갱도가 수평 터널로 연결될 수 있습니다.자이로테오라이트는 표면에서 작동한 후 축의 하단에서 작동하여 두 축의 베이스 사이에 터널을 뚫는 데 필요한 방향을 식별할 수 있습니다.인공 지평선이나 관성 항법 시스템과는 달리 자이로테오라이트는 작동 중에 위치를 바꿀 수 없습니다.각 사이트에서 다시 시작해야 합니다.

자이로테오돌라이트는 자이로 나침반을 포함한 부착물이 있는 정상적인 테오돌라이트로 구성됩니다. 이 장치는 진정한 북쪽을 찾기 위해 지구의 회전을 감지하고 따라서 중력 방향, 즉 자오선의 평면을 찾아냅니다.자오선은 지구 자전의 축과 관측자를 모두 포함하는 평면이다.자오선 평면과 수평의 교차점은 이러한 방식으로 발견되는 진정한 남북 방향을 정의합니다.자석 나침반과 달리 자이로 나침반은 북극을 향한 표면 방향인 진정한 북쪽을 찾을 수 있다.

자이로테오라이트는 적도와 북반구와 남반구 모두에서 기능할 것이다.자오선은 지리적 극점에서 정의되지 않는다.자이로테오라이트는 지구축이 스피너의 수평축과 정확히 수직인 극에서는 사용할 수 없으며, 실제로 지구의 자전과 중력 방향 사이의 각도가 너무 작아서 안정적으로 작동하기 어려운 극에서 약 15도 이내에서는 일반적으로 사용되지 않는다.천문학적 별 광경을 통해 자이로테오돌라이트의 100배 이상의 정확도를 얻을 수 있습니다.이러한 추가 정밀도가 필요하지 않은 경우 자이로테오돌라이트는 야간 관측 없이도 신속하게 결과를 얻을 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

제조원

레퍼런스

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외부 링크