دستگاه ژیروتئودولیت چیست؟

عملکرد gyro-theodolite (ژایروتئودولیت) چگونه است؟

ژیروتئودولیت (ژيروسكوپ + تئودوليت) در مهندسی نقشه‌برداری چه کاربردی دارد؟

مقدمه

در نقشه‌برداری، ژیروتئودولیت (با نام دیگر ژیروسکوپ نقشه‌برداری) ابزاری است متشکل از یک قطب‌نمای ژیروسکوپی که بر روی یک تئودولیت سوار شده است. ژیروکامپس یا قطب نمای ژیروسکوپی از اثر جامع سرعت زاویه ای چرخش زمین و میدان گرانش استفاده می کند تا محور چرخش ژیروسکوپ دارای دو درجه آزادی به طور خودکار شمال واقعی را پیدا کند. بنابراین از ژیروتئودولیت برای تعیین جهت شمال حقیقی استفاده می شود. این دستگاه، ابزار اصلی برای جهت یابی در نقشه برداری معدن و مهندسی تونل است که در آنجا رصد ستارگان امکان پذیر نیست و سامانه تعیین موقعیت جهانی GPS نیز کار نمی کند.

ژیروسکوپ سوار بر تئودولیت T16 — ژیروسکوپ ویلد مدل GAK 1 سوار بر تئودولیت T16

یادآوری: ژیروکامپس gyrocompass ؛ نوعى قطب نما است که همواره شمال حقيقى را نشان می‌دهد، به عبارت دیگر قطب نمای ژیروسکوپی نوعی قطب نماست که به میدان مغناطیسی وابسته نیست و جهت یابی را به کمک ژیروسکوپ انجام می‌دهد

تاریخچه

در سال 1852 فیزیکدان فرانسوی لئون فوکو کشف کرد که یک ژایرو (ژیروسکوپ) با دو درجه آزادی، شمال را نشان می دهد. این اصل توسط ماکس شولر در سال 1921 برای ساخت اولین ژیروسکوپ نقشه برداری وام گرفته شد. در سال 1949 ژیروتئودولیت که آن زمان به آن نشانگر نصف النهار meridian indicator یا meridian pointer می گفتند اولین بار توسط آکادمی معدنی کلاوستال Clausthal Mining Academy در زیر زمین استفاده شد. چندین سال بعد این ابزار با اضافه شدن تلسکوپی با قابلیت تصحیح خودکار کلیماسیون ارتقا پیدا کرد. در سال 1960 کمپانی Fennel Kassel اولین سری از ژیروتئودولیت با نام سری KT1 را تولید کرد. بعدها کمپانی Fennel Kassel و سایرین، تجهیزات ژیروسکوپی دیگری را تولید کردند که می شد آن ها را روی تئودولیت های معمولی سوار کرد.

Wild GAK 1 ژیروتئودولیت Photo Keith Samuelson — ژیروتئودولیت Wild GAK 1 (عکس از Keith Samuelson)

عملکرد

در حال نگارش..

اولین ژئوتئودولیت توسط H. Wild در 1922 اختراع شد. این دستگاه از کمپانی فِنِل به دستگاه Wild GAK1 که در سال 1965 معرفی شد، شبیه است.

کاربردها

ژیرو تئودولیت ها در ابتدا در غیاب ستارگان و GPS مورد استفاده قرار گرفت. برای مثال جاییکه یک کانال باید از زیر یک رودخانه عبور کند، یک شفت قائم در هر طرف رودخانه باید با یک تونل افقی به هم متصل می شدند. ژیروتئودولیت را می توان روی سطح زمین و مجدد در پایین شفت استفاده کرد تا امتدادهای لازم برای تونل زدن بین پایه دو شفت مشخص شود. در زمان ساخت تونل مانش که در زیر کانال مانش از فرانسه به انگلستان کشیده شد، ژیروتئودولیت برای توجیه تونل ها مورد استفاده قرار گرفت.

محدودیت ها

اگرچه ژیروتئودولیت در استوا و در نیمکره های شمالی و جنوبی به خوبی کار میکند، اما نمی توان این دستگاه را در قطب شمال و جنوب به کار گرفت. در قطبین، محور زمین دقیقا عمود بر محور افقی ژیروسکوپ است و نصف النهار تعریف نشده است. برای کارکرد مطمئن معمولا از ژیروتئودولیت ها در محدوده 15 درجه قطب که در آن زاویه بین دوران زمین و جهت ثقل خیلی کوچک است، استفاده نمی شود.
برخلاف سیستم ناوبری اینرشیال، یک ژیروتئودولیت نمی تواند در حین کار جا به جا شود. این ابزار باید در هر سایت از ابتدا راه اندازی شود.
اگر رصد ستارگان امکان پذیر باشد، با دقتی 100 برابر دقت ژیروتئودولیت می توان زاویه یک امتداد با نصف النهار را اندازه گیری کرد. اگر چنین دقت بالایی نیاز نباشد، بدون نیاز به مشاهدات شبانه، می توان نتایج سریعی را با ژیروتئودولیت به دست آورد. دقت اين ژيروتئودوليت ها بسته به نوع آنها 25-20 ثانيه است

ژیروتئودولیت

قبل از دوران GPS ژیروتئودولیت ابزار مهمی برای تعیین دقیق جهت شمال بود. امروز نیز در مکان هایی که GPS کار نمی کند مانند معادن و تونل ها می توان از ژیروسکوپ همراه با سایر تجهیزات استاندارد استفاده کرد.

ژیروتئودولیت در آزمون نظام مهندسی نقشه‌برداری

سؤال آزمون نظام مهندسی نقشه‌برداری (مهر 99)

32. در نقشه برداری، ژیرو-تئودولیت به چه دستگاهی گفته می‌شود؟
الف) ترکیبی از ژیروسکوپ و ترازیاب برای ترازیابی در زیر زمین
ب) زاویه یاب مخصوص برای تعیین آزیموت حقیقی در تونل‌ها
ج) توتال استیشن مخصوص شمال یاب با کاربرد در زیر زمین
د) ترکیبی از ژیروسکوپ شمال یاب و زاویه یاب برای تعیین آزیموت حقیقی در زیر زمین