Возможности технологии Trimble FineLock в тахеометрах Trimble S серии
В 1997 году в тахеометрах Geodimeter 6000 впервые увидела свет технология автоматического поиска, захвата и отслеживания целей Autolock. В 2007 в тахеометрах Trimble S8 появилась технология FineLock, а через год – Long Range FineLock. В этой статье мы расскажем об особенностях и преимуществах каждой технологии и об их отличиях между собой.
Огромным преимуществом технологии Autolock в тахеометрах Trimble S серии является большое поле зрения приемного трекера. Однако при измерении близко расположенных призм (например, при измерениях в туннеле по нескольким призмам, расставленным через регулярный интервал) это уже не является преимуществом. Если призмы расположены слишком близко друг к другу, то при измерениях с Autolock инструмент не может навестись точно на центр каждой призмы поскольку его приемный трекер получает отражения сразу от множества призм.
В технологии FineLock используется только точный внутренний детектор приемного трекера с очень узким полем зрения, что позволяет устранить мешающие помехи от соседних призм и выполнить точное наведение на центр каждой призмы.
Где есть технологии Autolock/FineLock
Технология Autolock есть во всех тахеометрах Trimble S серии. Технология FineLock доступна в некоторых моделях тахеометров Trimble S7 и S9. Технология Long Range FineLock доступна только в некоторых моделях тахеометров Trimble S9.
Сравнение режимов Autolock и FineLock
Технология Autolock работает как с активными, так и с пассивными целями. Технология FineLock выполняет измерения только по пассивным отражателям.
В режиме Autolock активная или пассивная призма:
- Обнаруживается
- Автоматически распознается в поле зрения
- Автоматически захватывается
- Измеряется
- Отслеживается, как только начала перемещение
Режим FineLock служит только для измерений по пассивным призмам:
- Для измерения призма должна быть размещена в поле зрения датчика FineLock
- Инструмент захватывает призму только во время измерения. Если измерение не производится, то система не захватывает призму. Это значит, что в режиме FineLock движущаяся призма не отслеживается.
Режимы Autolock и FineLock взаимоисключающие и устанавливаются с помощью программы Trimble Access. После соединения с тахеометром нужно перейти в меню Инструмент > Настройки автонаведения и затем выбрать поле Захват цели.
Экран Функции инструмента показывает, какой из режимов установлен. Нажмите и удерживайте кнопку Autolock/FineLock на этом экране – и получите быстрый доступ к настройкам автонаведения.
При активном режиме FineLock иконка цели в панели состояния показывает символ + 
Сравнение поля зрения
Угол поля зрения и дальность действия в различных режимах:
Поле зрения | Дальность | |
| Зрительная труба | 1.5° / 26.7 мрад | – |
| Технология Autolock | 2.1° / 36.1 мрад | 0.2м – 800м |
| Технология FineLock | 0.14° / 2.5 мрад | 20м – 700м |
| FineLock с апертурой объектива | 0.14° / 2.5 мрад | 5м – 60м |
| Long Range FineLock | 0.14° / 2.5 мрад | 250м – 2500м |
Из приведенной выше таблицы следует, что для получения невозмущенного измерения с технологией FineLock вторая призма должна располагаться вне поля зрения равного 0.14 градуса. Задание минимального смещения в угловой мере неудобно для восприятия, поэтому вместо этого чаще используется линейная величина смещения. Это минимальное расстояние между призмами, на котором не будет оказано влияние при наведении на одну из них.
На рисунке ниже в поле зрения зрительной трубы красным цветом показано узкое поле зрения датчика FineLock и отклонение Δ – минимальное смещение, которое требуется для того, чтобы избежать помех от соседней призмы.
Вычисление углового разрешения
Минимальное смещение требует бОльший угол, чем просто величина поля зрения сенсора. Технология FineLock имеет поле зрения 2.5 мрад (0.14°). Для простоты расчета предположим, что обе призмы расположены примерно на одинаковом удалении. Отраженный от призмы пучок на расстоянии 10 м проецируется на приемный диод FineLock с присоединенной апертурой и создает лазерное пятно диаметром 40 μm. Это примерно 20% от размера чипа детектора. С запасом надежности в 10%, угол между двумя соседними призмами не должен быть менее 1.5 мрад. Как показано на рисунке ниже, призма вне такого поля зрения не вызовет помехи:
Однако это простейший случай, в котором основная цель захвачена и находится в центре трекера. Если же инструмент не наведен ни на одну из призм, то минимальное разрешение целей в 1.5 мрад может привести к ситуации на рисунке ниже, на котором сразу оба лазерных пучка проецируются на приемный диод.
Поэтому разрешения целей в 1.5 мрад будет недостаточно. Достаточное разрешение целей будет достигнуто при угле 2.75 мрад, что немного больше размера приемного диода FineLock. Однако и этот расчет выполнен в предположении, что две цели находятся на одинаковом удалении (что совсем не обязательно в реальности).
Если призмы находятся на разных удалениях, то ситуация усложняется. Цель на коротком расстоянии всегда генерирует большое и более рассеянное пятно, чем цель на большом расстоянии, что приводит в общем случае к необходимости увеличить угловое разрешение.
Приняв все во внимание, рекомендуется угловое разрешение 4 мрад (0.23°), которое соответствует минимальному линейному расстоянию в таблице ниже:
Расстояние до цели | Минимальное расстояние “Δ” |
25м | 0.1м |
50м | 0.2м |
100м | 0.4м |
200м | 0.8м |
Формула для вычисления: Δ = 0.004*Расстояние
Такое угловое разрешение можно наглядно представить при взгляде в зрительную трубу, поскольку радиус круга сетки нитей составляет 4.4 мрад. В качестве практического правила можно принять, что для полного исключения помех соседние призмы всегда должны быть вне этого круга:
FineLock с апертурой объектива
Если вы ведете измерения на коротких расстояниях менее 20м, то для получения надежных и точных результатов измерений вам необходимо использовать FineLock с апертурой.
| P/N | Описание |
| 51030010 | FineLock Lens Aperture for S series (15мм линза на апертуру тахеометров S серии с функцией FineLock) |
Оптический путь трекера не проходит сквозь фокусирующую линзу инструмента и поэтому трекер сфокусирован на бесконечность. Когда цель расположена близко к инструменту, принятое от нее лазерное пятно большое и сильно рассеянное. Если для измерений вы используете технологию Autolock, то размер лазерного пятна все еще небольшой по сравнению с приемной зоной трекера даже на коротких расстояниях. Однако в технологии FineLock используется намного меньший приемный детектор, что приводит к тому, что лазерное пятно становится больше зоны детектора на расстояниях менее 20 м (рисунок слева). В этом случае трекер не может точно и надежно захватить цель. Поэтому FineLock без апертуры объектива может использоваться только на расстояниях свыше 20 м. С апертурой в плоскости передней линзы глубина резкости увеличивается, что приводит к узкому и резкому пятну, подходящему для работы точного детектора FineLock (рисунок справа):
Когда вы используете апертуру, минимальное расстояние для работы технологии FineLock снижается до 5 м. Диапазон рабочих расстояний в режиме FineLock с апертурой составляет от 5 м до 60 м. На совсем коротких расстояниях (< 5м) вы можете измерять только в режиме Autolock.
При использовании режима FineLock с апертурой убедитесь, что вы включили соответствующую опцию в программе Trimble Access. В модуле Топография поставьте галочку рядом с “Использ. апертура FineLock” в меню Инструмент > Настройки автонаведения
Размеры окна FineLock
В полевой программе Trimble Access вы имеете возможность установить размеры окна FineLock. Это максимальная величина, на которую инструмент может сместиться от начального положения, чтобы захватить цель.
Когда инструмент поворачивается к положению цели, а трекер не получает сигнал, то он повышает чувствительность для его обнаружения. Если сигнал не принимается (например, из-за закрытой цели), то усиление чувствительности может привести к тому, что будет обнаружен слабый сигнал от соседней цели на границе приемной зоны трекера и инструмент наведется на неправильную цель.
Используя параметры размеров окна вы можете задать, насколько инструмент может повернуться влево/вправо и вверх/вниз. Если инструмент в режиме FineLock наводится на цель и при этом превышает один или оба параметра размеров окна, то он автоматически возвращается на начальную позицию.
Размеры окна зависят от условий измерений. Важными параметрами при этом являются:
- Разница расстояний между номинальной и мешающей целью
- Разница направлений и зенитных углов между целями
Пределы окна находятся между 1.25 мрад и 4.0 мрад. Размеры окна можно задавать по нижней границе для больших расстояний, поскольку лазерное пятно небольшое и угловое смещение между целями будет малым. На коротких расстояниях лазерное пятно большое и поэтому может скорее повлиять на соседнее наведение. Для коротких расстояний рекомендуется минимальное разрешение 4 мрад, с максимальным размером окна в 3.75 мрад (установка по умолчанию).
Размеры окна FineLock устанавливаются в Trimble Access в меню Инструмент > Настройки автонаведения > Расш.
Long Range FineLock
Если вам требуется функционал FineLock на расстояниях свыше 700м, выбирайте модель инструмента Trimble S9 с функцией Long Range FineLock. Передающий модуль расположен под зрительной трубой тахеометра (там, где у других тахеометров S серии располагается створоуказатель или камера Vision).
Дальность работы режима LongRange FineLock составляет 250-2500м, при этом обычный FineLock также доступен в моделях LongRange FineLock и может использоваться для измерений в диапазоне 20-700м. При использовании режима LongRange FineLock для получения точных превышений вам необходимо выполнять измерения при двух кругах, поскольку передатчик имеет смещение от оси зрительной трубы.
В моделях тахеометров с функцией LongRange FineLock режим LR также активируется в Функциях инструмента.
Иконка призмы, указывающая на включенный режим Long Range FineLock выглядит следующим образом: 
(сравни с обычный FineLock 
)
Об угловых единицах
Часто поле зрения в тахеометрах (например, для зрительной трубы, трекера и даже размеров окна FineLock) определяют в миллирадианах. 1 мрад – одна тысячная радиана – легко преобразуется в линейные величины. На расстоянии 100м угол в 1 мрад (0.001 рад) равен смещению (дуге) α = 0.001рад*100м = 0.10 м. Поэтому размеры окна величиной ±4 мрад соответствуют величинам ±0.4 х 0.4 м на расстоянии 100м.