جهاز الثيودوليت

التعديلات المؤقتة هي مجموعة من العمليات الضرورية لتجهيز جهاز الثيودوليت لإجراء عمليات الرصد في المحطة. وتشمل هذه العمليات إعداده، وتوسيطه، وتسويته، وإزالة اختلاف المنظر، وتتم هذه العمليات في أربع خطوات:

• الإعداد: تثبيت جهاز الثيودوليت على حامل ثلاثي القوائم مع التسوية التقريبية والتمركز فوق علامة المحطة.
• التمركز: وضع المحور الرأسي لجهاز الثيودوليت مباشرة فوق علامة المحطة باستخدام لوحة التمركز المعروفة أيضًا باسم تريبراتش .
• التسوية: تسوية قاعدة الجهاز لجعل المحور الرأسي عموديًا، وعادةً ما يتم ذلك باستخدام ميزان فقاعي مدمج.
• التركيز: إزالة خطأ اختلاف المنظر من خلال التركيز الصحيح للعدسة الشيئية والعدسة العينية. لا تحتاج العدسة العينية إلى تعديل إلا مرة واحدة عند كل نقطة. أما العدسة الشيئية، فيتم إعادة تركيزها في كل مرة لاحقة من هذه النقطة نظرًا لاختلاف المسافة إلى الهدف.

يقوم المساح برصد الأهداف، حيث يضبط زاوية التلسكوب الرأسية والأفقية بحيث تتطابق الشعيرات المتقاطعة مع نقطة الرصد المطلوبة. تُقرأ الزاويتان إما من مقياس ظاهر أو داخلي، ثم تُسجلان. بعد ذلك، يُرصد الجسم التالي ويُسجل دون تغيير موضع الجهاز والحامل الثلاثي.

كانت أولى قراءات الزوايا تتم من خلال مقاييس الورنية المفتوحة المرئية مباشرة للعين. تدريجياً، تم تغليف هذه المقاييس لحمايتها مادياً.استُخدمت أيضًا مقاييس الميكرومتر الزاوية ^{[ 3 ]} (لا ينبغي الخلط بينها وبين الميكرومتر (الجهاز) ، وهو جهاز يُستخدم لقياس الأطوال). وأخيرًا، أصبحت قراءات الزاوية قراءةً بصريةً غير مباشرة، مع مسارات ضوئية ملتوية لعرضها في مكان مناسب على الجهاز. تحتوي أجهزة الثيودوليت الرقمية الحديثة على شاشات عرض إلكترونية.

تُستخدم الميكرومترات أيضًا في التلسكوبات والمجاهر لقياس القطر الظاهري للأجرام السماوية أو الأجسام المجهرية، أو المسافات الزاوية بين جسمين من هذه الأجسام. وقد اخترع الميكرومتر المستخدم مع التلسكوب حوالي عام 1638 على يد عالم الفلك الإنجليزي ويليام جاسكوين . ^{[ 4 ]}

خطأ في الفهرسة

يجب أن تُشير الزوايا على المحور الرأسي إلى 90 درجة (100 درجة ) عندما يكون محور الرؤية أفقيًا، أو 270 درجة (300 درجة) عند تحريك الجهاز. يُطلق على نصف الفرق بين الوضعين اسم خطأ المؤشر. ولا يُمكن التحقق من ذلك إلا على أجهزة الرصد الفلكي.

خطأ المحور الأفقي

يجب أن يكون المحوران الأفقي والرأسي لجهاز الثيودوليت متعامدين؛ وإلا سيحدث خطأ في المحور الأفقي. يمكن اختبار ذلك بمحاذاة فقاعة الكحول الأنبوبية موازيةً لخط بين برغيي قاعدة، ثم ضبط الفقاعة في المنتصف. يحدث خطأ في المحور الأفقي إذا انحرفت الفقاعة عن المنتصف عند عكس اتجاهها (تدويرها 180 درجة). ولضبطها، يقوم المشغل بإزالة نصف المسافة التي انحرفت عنها الفقاعة باستخدام برغي الضبط، ثم يعيد ضبط مستوى الجهاز، ويختبره، ويُحسّن الضبط.

خطأ في التوجيه

يجب أن يكون المحور البصري للتلسكوب عموديًا أيضًا على المحور الأفقي؛ وإلا، فسيكون هناك خطأ في المحاذاة.

يتم تحديد خطأ المؤشر، وخطأ المحور الأفقي ( خطأ محور الدوران )، وخطأ التوجيه بانتظام عن طريق المعايرة ، ويتم إزالتها بالتعديل الميكانيكي. ويُؤخذ وجودها في الاعتبار عند اختيار إجراء القياس بهدف التخلص من تأثيرها على نتائج قياسات جهاز الثيودوليت.

قبل اختراع جهاز الثيودوليت، كانت تُستخدم أدوات مثل الجروما والمربع الهندسي والديوبترا ، بالإضافة إلى دوائر مدرجة أخرى (انظر جهاز قياس الزوايا ) وأنصاف دوائر (انظر جهاز قياس الزوايا ) للحصول على قياسات الزوايا الرأسية أو الأفقية. ومع مرور الوقت ، جُمعت وظائف هذه الأدوات في جهاز واحد قادر على قياس كلتا الزاويتين في آن واحد.

وردت كلمة "ثيودوليت" لأول مرة في كتاب " ممارسة هندسية تُسمى بانتومتريا" ( 1571) للكاتب ليونارد ديجز . ^{[ 5 ]} أصل الكلمة غير معروف. قد يكون الجزء الأول من الكلمة اللاتينية الحديثة "ثيو-ديليتوس" مشتقًا من الكلمة اليونانية " θεᾶσθαι " التي تعني "ينظر أو يتأمل بانتباه". ^{[ 6 ]} أما الجزء الثاني، فيُنسب غالبًا إلى تحريف غير علمي للكلمة اليونانية " δῆλος " التي تعني "واضح" أو "جلي". ^{[ 7 ] [ 8 ]} وقد اقتُرحت اشتقاقات أخرى من اللاتينية الحديثة أو اليونانية، بالإضافة إلى أصل إنجليزي من كلمة "alidade" . ^{[ 9 ]}

كانت النماذج الأولية للثيودوليت في بعض الأحيان أدوات سمتية لقياس الزوايا الأفقية، بينما احتوت نماذج أخرى على حامل سمتي-ارتفاعي لقياس الزوايا الأفقية والرأسية. وقد رسم غريغوريوس رايش نموذجًا لأداة سمتية-ارتفاعية في ملحق كتابه "مارغريتا فيلوسوفيكا" الصادر عام 1512. ^{[ 5 ]} وفي العام نفسه، صنع مارتن فالدسيمولر ، وهو طوبوغرافي ورسام خرائط، هذا الجهاز ^{[ 10 ]} وأطلق عليه اسم "بوليمتروم" . ^{[ 11 ]} وفي كتاب ديغز الصادر عام 1571، استُخدم مصطلح "ثيودوليت" لوصف أداة لقياس الزوايا الأفقية فقط، ولكنه وصف أيضًا أداة تقيس الارتفاع والسمت، وأطلق عليها اسم " أداة طوبوغرافية " . [ ^{12 ] ولعل} أول أداة تُقارب الثيودوليت الحقيقي هي تلك التي بناها جوشوا هابيميل عام 1576، والتي كانت مزودة ببوصلة وحامل ثلاثي القوائم. ^{[ 10 ]} تقارن موسوعة 1728 بين جهاز قياس الزوايا وجهاز نصف الثيودوليت . ^{[ 13 ]} وحتى أواخر القرن التاسع عشر، كان يُطلق على الجهاز المستخدم لقياس الزوايا الأفقية فقط اسم الثيودوليت البسيط ، بينما كان يُطلق على جهاز قياس الزوايا الأفقية اسم الثيودوليت العادي . ^{[ 14 ]}

صُنع أول جهاز يجمع بين الميزات الأساسية للثيودوليت الحديث عام 1725 على يد جوناثان سيسون . ^{[ 14 ]} كان هذا الجهاز مزودًا بحامل سمتي ارتفاعي مع تلسكوب للرؤية. احتوت القاعدة على موازين تسوية وبوصلة ومسامير ضبط. وكانت الدوائر تُقرأ باستخدام مقياس الورنية .

• 
  جهاز ثيودوليت جيسي رامسدن العظيم لعام 1787
• 
  جهاز ثيودوليت يعود تاريخه إلى عام 1851، يُظهر تصميمه المفتوح، ومقاييس الارتفاع والسمت التي تُقرأ مباشرة.
• 
  جهاز ثيودوليت من نوع الترانزيت بدوائر قطرها ست بوصات، صنع في بريطانيا حوالي عام 1910 بواسطة شركة تروتون وسيمز
• 
  جهاز قياس الزوايا Wild Heerbrugg T2، الذي صممه هاينريش وايلد في الأصل عام 1919
• 
  مقطع عرضي لجهاز قياس الزوايا من نوع وايلد يوضح مسارات الضوء المعقدة للقراءة البصرية، والبنية الداخلية.
• 
  جهاز قياس الزوايا المدرسي (حوالي عام 1950)
• 
  Bundeswehr Zeiss Rk 76 A1 – السبعينيات

أصبح جهاز الثيودوليت أداةً حديثةً ودقيقةً في عام 1787، مع ظهور جهاز جيسي رامسدن الشهير ، الذي ابتكره باستخدام محرك تقسيم دقيق للغاية من تصميمه الخاص. ^{[ 14 ]} استُخدمت أجهزة رامسدن في عملية التثليث الرئيسية لبريطانيا العظمى . في ذلك الوقت، كانت تُصنع أجهزة القياس عالية الدقة في إنجلترا على يد صانعين مثل إدوارد تروتون . ^{[ 15 ]} لاحقًا، صُنعت أول أجهزة ثيودوليت عملية في ألمانيا على يد بريثاوبت بالتعاون مع أوتزشنايدر ، ورايشنباخ، وفراونهوفر . ^{[ 16 ]}

مع تطور التكنولوجيا، استُبدلت الدائرة الجزئية العمودية بدائرة كاملة، مما أدى إلى ظهور جهاز الثيودوليت العابر . وقد طُوّر هذا الجهاز من أجهزة العبور الفلكية التي كانت تُستخدم في القرن الثامن عشر لقياس مواقع النجوم بدقة، والتي كانت تحتوي على دوائر عمودية وأفقية مُدرّجة بدقة. وقد رُوّج لعملية الانتقال إلى جهاز العبور في أوائل القرن التاسع عشر على يد صانعي أدوات مثل إدوارد تروتون وويليام سيمز ، ^{[ 17 ]} وأصبح هذا التصميم هو التصميم القياسي للثيودوليت. وقد حفّزت احتياجات مُحددة تطوير جهاز الثيودوليت، مثل هيئة المسح البريطانية ، التي أصدرت في عشرينيات القرن التاسع عشر متطلبات لأجهزة ثيودوليت قادرة على توفير دقة كافية لعمليات التثليث ورسم الخرائط واسعة النطاق. وفي ذلك الوقت، أصدرت هيئة المسح الهندية متطلبات لأجهزة أكثر متانة واستقرارًا، مثل جهاز الثيودوليت ذي مركز الثقل المنخفض من طراز إيفرست .

كان مهندسو السكك الحديدية العاملون في بريطانيا خلال ثلاثينيات القرن التاسع عشر يُطلقون على جهاز الثيودوليت اسم "ترانزيت". ^{[ 18 ]} وشهدت أربعينيات القرن التاسع عشر بداية فترة من التوسع السريع في بناء السكك الحديدية في أنحاء كثيرة من العالم، مما أدى إلى ارتفاع الطلب على أجهزة الثيودوليت في كل مكان تُنشأ فيه خطوط السكك الحديدية. ^{[ 19 ]} كما لاقى رواجًا بين مهندسي السكك الحديدية الأمريكيين الذين كانوا يتجهون غربًا، وحلّ محل البوصلة والسدسية والثمانية المستخدمة في السكك الحديدية. وفي وقت لاحق ، جرى تكييف أجهزة الثيودوليت لتناسب مجموعة أوسع من التركيبات والاستخدامات. وفي سبعينيات القرن التاسع عشر، اخترع إدوارد صموئيل ريتشي نسخة مائية مثيرة للاهتمام من جهاز الثيودوليت (تستخدم آلية بندول لموازنة حركة الأمواج) . ^{[ 20 ]} وقد استخدمتها البحرية الأمريكية لإجراء أولى المسوحات الدقيقة للموانئ الأمريكية على سواحل المحيط الأطلسي وخليج المكسيك. ^{[ 21 ]}

في أوائل عشرينيات القرن العشرين، شهد تصميم أجهزة قياس الزوايا (الثيودوليت) نقلة نوعية مع طرح جهاز Wild T2 من إنتاج شركة Wild Heerbrugg السويسرية. صمم هاينريش وايلد جهاز ثيودوليت بدوائر زجاجية مقسمة، حيث تُعرض القراءات من كلا الجانبين على عدسة واحدة قريبة من التلسكوب، مما يُغني الراصد عن تحريك رأسه لقراءتها. لم تكن أجهزة وايلد أصغر حجمًا وأسهل استخدامًا وأكثر دقة من منافسيها في ذلك الوقت فحسب، بل كانت أيضًا محكمة الإغلاق ضد المطر والغبار. أفاد المساحون الكنديون أنه على الرغم من أن جهاز Wild T2 بدوائر قطرها 3.75 بوصة لم يكن قادرًا على توفير الدقة اللازمة للتثليث الأساسي، إلا أنه كان يُعادل في دقته تصميمًا تقليديًا بقطر 12 بوصة. ^{[ 22 ]} استمر إنتاج أجهزة Wild T2 وT3 وA1 لسنوات عديدة.

في عام ١٩٢٦، عُقد مؤتمر في تافيستوك بمقاطعة ديفون في المملكة المتحدة، حيث تمت مقارنة أجهزة قياس الزوايا من إنتاج شركة وايلد مع نظيراتها البريطانية. تفوقت منتجات وايلد على نظيراتها البريطانية، ما دفع شركات تصنيع مثل كوك، تروتون وسيمز وهيلجر وواتس إلى العمل على تحسين دقة منتجاتها لمنافسة نظيراتها. طورت شركة كوك، تروتون وسيمز جهاز قياس الزوايا من طراز تافيستوك، ولاحقًا جهاز فيكرز V. 22. ^{[ ٢٣ ]}

واصل وايلد تطوير أجهزة DK1 وDKM1 وDM2 وDKM2 وDKM3 لشركة كيرن آراو. ومع التحسينات المستمرة، تطورت هذه الأجهزة تدريجيًا لتصبح جهاز الثيودوليت الحديث الذي يستخدمه المساحون اليوم. وبحلول عام 1977، كانت كل من وايلد وكيرن وهيوليت-باكارد تقدم "محطات شاملة" تجمع بين قياسات الزوايا وقياس المسافة الإلكتروني ووظائف الرقائق الإلكترونية في وحدة واحدة.

تعتمد تقنية التثليث ، التي ابتكرها جيما فريسيوس حوالي عام 1533، على رسم مخططات اتجاهية للمناظر الطبيعية المحيطة من زاويتين منفصلتين. يتم وضع ورقتي الرسم البياني فوق بعضهما البعض، مما يوفر نموذجًا مصغرًا للمناظر الطبيعية، أو بالأحرى للأهداف الموجودة فيها. ويمكن الحصول على المقياس الحقيقي بقياس مسافة واحدة في كل من التضاريس الحقيقية والتمثيل البياني.

التثليث الحديث، كما مارسه ويليبرورد سنيليوس على سبيل المثال ، هو نفس الإجراء الذي يتم تنفيذه بوسائل رقمية. ويُعدّ التعديل الكتلي الفوتوغرامتري لأزواج الصور الجوية المجسمة شكلاً حديثاً ثلاثي الأبعاد.

في أواخر ثمانينيات القرن الثامن عشر، كُلِّف جيسي رامسدن ، وهو رجل من يوركشاير من هاليفاكس بإنجلترا، والذي كان قد طوّر آلة تقسيم لقياس الزوايا بدقة تصل إلى ثانية قوسية (≈ 0.0048 ملي راديان أو 4.8 ميكرو راديان)، ببناء جهاز جديد لهيئة المساحة البريطانية . استُخدم جهاز رامسدن لقياس الزوايا على مدى السنوات القليلة التالية لرسم خريطة لكامل جنوب بريطانيا باستخدام التثليث.

في قياس الشبكات، يُسرّع استخدام التمركز القسري العمليات مع الحفاظ على أعلى دقة. يمكن إزالة جهاز الثيودوليت أو الهدف بسرعة من لوحة التمركز القسري أو تثبيته فيها بدقة تصل إلى أجزاء من المليمتر. تستخدم هوائيات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المستخدمة حاليًا في تحديد المواقع الجيوديسية نظام تثبيت مماثل. يجب قياس ارتفاع نقطة مرجعية جهاز الثيودوليت - أو الهدف - فوق نقطة مرجعية أرضية بدقة متناهية.

• 
  مسح باستخدام جهاز قياس الزوايا
• 
  فنيو هيئة المسح الساحلي والجيوديسي الأمريكية يرصدون باستخدام جهاز ثيودوليت Wild T3 بدقة 0.2 ثانية قوسية (≈ 0.001 ملي راديان أو 1 ميكرو راديان) مثبت على حامل رصد. التُقطت الصورة خلال رحلة ميدانية إلى القطب الشمالي (حوالي عام 1950).  

يشير مصطلح "الثيودوليت العابر" أو "العبور " اختصارًا، إلى نوع من الثيودوليت يتميز بتلسكوب قصير بما يكفي للدوران دورة كاملة حول محوره الأفقي ومحوره الرأسي. يحتوي هذا النوع على دائرة رأسية مُدرجة بزاوية 360 درجة، وتلسكوب قابل للدوران 360 درجة (وبالتالي "يعبر التلسكوب"). وبعكس اتجاه التلسكوب وتدوير الجهاز في الوقت نفسه 180 درجة حول المحور الرأسي، يُمكن استخدام الجهاز في وضع "اللوحة اليسرى" أو "اللوحة اليمنى" (حيث تشير "اللوحة" إلى دائرة المنقلة الرأسية). وبقياس الزوايا الأفقية والرأسية نفسها في هذين الوضعين، ثم حساب متوسط ​​النتائج، يُمكن التخلص من أخطاء التمركز والمحاذاة في الجهاز. بعض أجهزة العبور قادرة على قراءة الزوايا بدقة تصل إلى 30 ثانية قوسية (≈ 0.15 ملي راديان ). عادة ما تكون أجهزة قياس الزوايا الحديثة من تصميم جهاز قياس الزوايا العابر، ولكن تم استبدال الألواح المحفورة بألواح زجاجية مصممة ليتم قراءتها بواسطة الثنائيات الباعثة للضوء والدوائر الرقمية، مما أدى إلى تحسين الدقة بشكل كبير حتى مستويات ثانية قوسية (≈ 0.005 ملي راديان ).