1. Automatizarea lucr ărilor topografice
1.1. Generalităţi Domenii ca electronica şi informatica au cunoscut, începând cu anii 1970, transform ări profunde, dezvolt ări spectaculoase şi acestea au influen ţat şi măsur ătorile terestre. Au apărut schimbări atât în direcţia realizării instrumentelor cât şi a tehnologiilor de lucru, care au dus de exemplu la accelerarea automatiz ării proceselor din domeniu. Automatizarea se reflectă în : - culegerea datelor din teren; - prelucrarea acestora; instrumente; - obţinerea produselor finale şi întreţinerea lor. Automatizarea în domeniul măsur ătorilor s-a f ăcut în special în realizarea instrumentelor. Astfel până în anii ’80 au fost f ăcuţi paşi în realizarea instrumentelor pentru ob ţinerea directă a distanţei orizontale şi a diferenţei de nivel. Amintim aici instrumentele cu diagrame, cu refracţie: Dahlta 010A, Redta 002, Kern. Etape de automatizare în domeniul realizării instrumentelor: ia modulelor de mă m ă surare direct dir ect ă a distan ţ distan ţ elor elor . La 1) prima etapă s-a realizat odat ă cu apari ţ ia început acestea aveau o precizie de ordinul a 10 cm, iar în prezent precizia acestora a ajuns la ordinul submilimetrilor. Modulul de măsurare a distanţei a fost la început separat de aparat, ca mai târziu să fie integrat în acesta. Realiz ările din domeniul mecanicii fine, a informaticii şi a electronicii au dus la apari ţia memoriilor sau a cipurilor, la apari ţia microprocesoarelor. Acestea au dus la perfec ţionarea instrumentelor din toate punctele de vedere: dimensiuni, performanţe. Au apărut teodolite electronice, apoi staţii electronice totale simple şi în final staţii electronice motorizate. La staţiile electronice motorizate, mişcările de rotaţie ale instrumentului sunt realizate de servomotoare integrate în instrument care lucreaz ă după programe speciale, speciale, permiţând astfel executarea anumitor tipuri de lucr ări. ia dispozitivelor de desenare automat ă, care funcţionează ca elemente subperiferice 2) apari ţ ia ale aparatului în funcţie de soft permi ţând desenarea par ţială sau totală. Tipuri de dispozitive: - care permit realizarea rapid ă a desenului, folosite pentru realizarea corecturilor la desen (dispozitive cu rulou); - cele care realizeaz ă desenul final (de exemplu mesele de desen – ploterele) Dispozitivele cu rulou au fost înlocuite de consolele interactive. transformări în tehnologia de lucru 3) transformă Topografia clasică este înlocuită de topografia numeric ă, care are ca obiectiv realizarea planului numeric digital. Planul numeric deschide posibilităţi mari de automatizare a lucr ărilor topo-inginereşti şi anume: - a procesului de proiectare (se reflect ă mai bine în domeniul căilor de comunicaţie); - a procesului de aplicare pe teren; - a diferitelor procese topografice. Au apărut tehnologii noi care permit monitorizarea de la distanţă a diferitelor fenomene cum ar fi: alunecări de teren, tasările din zonele miniere, alunecarea versan ţilor, urmărirea comportării barajelor şi care folosesc două sau mai multe sta ţii totale monitorizate comandate de la distanţă cuplate cu un calculator la un centru de calcul local. Dup ă înregistrarea datelor la centrul local acestea se transmit la un centru regional.
1.2. Automatizarea în culegerea datelor din teren – evolu ţie în timp. - aranjarea datelor culese pe cale clasic ă în formulare standardizate care permiteau introducerea rapidă în calculator; - culegerea oarbă – înregistrarea datelor pe o band ă magnetică – de casetofon- trecerea de pe banda magnetică pe calculator se f ăcea prin intermediul unui teletype (maşină de scris care
perfora o bandă). Dezavantaj: nu se puteau face verific ări pe loc; Avantaj: - economie de timp pe teren. - culegerea independent ă folosindu-se terminale de teren – calculator cu memorie intern ă mare; datele citite erau tastate la calculator. Avantaj: valoarea tastat ă putea fi verificată. - apariţia carnetelor electronice de teren – care permiteau înregistrarea automat ă a citirilor efectuate cu tahimetre electronice sau cu sta ţii totale direct în memoria acestui carnet electronic. Înregistrarea se face direct de la instrument la carnet prin cablu dup ă apăsarea tastei de înregistrare. Trecerea datelor de la carnet la calculatorul din birou se face tot prin cablu. Schema procesului procesului tehnologic de preluare şi prelucrare a datelor m ăsurate în teren
Procesul de ridicare
Culegerea datelor folosind:
- instrumente clasice; - instrumente electronice; - digitizarea planurilor.
Crochiuri (descrierea staţiilor)
Prelucrarea datelor datelor şi întocmirea fişierelor
Borderouri -se alcătuieşte fişierul element
punctelor
Desen plan şi corectarea lui
Fisier definitiv al unctelor
Fisier definitiv al elementelor
Plan definitiv
Banca de date a planului numeric Figura 1.1.
- apariţia memoriei interne şi externe la instrumentele cu care se execut ă măsur ătorile. Datele sunt înregistrate fie în memoria internă sau externă, care poate fi un modul de memorizare sau un
carnet electronic de teren. Elementele înregistrate sunt cele originale: distan ţe înclinate, unghiuri orizontale şi verticale, restul fiind date prelucrate. - ultimul tip de memorie este reprezentat de cartelele de memorie (PCMCIA), capacitatea acestora mergând de la 0,5 la 1-2 Megabytes. Transferul datelor se face de la instrument la calculator prin cablu sau printr-un cititor de cartele. - trebuie menţionat şi faptul că apariţia calculatoarelor portabile, gen laptop, a condus la posibilitatea transfer ării directe a datelor în î n calculator pe teren.
1.3. Automatizarea în domeniul realiz ării instrumentelor Primul pas: - instrumente ce realizeaz ă măsurarea distanţei orizontale şi a diferenţei de nivel (tahimetre cu diagramă şi cele cu refracţie)
Figura 2
Al doilea pas: - dispozitive de măsurare electronică a distanţelor. Exemple: Di60, Di10, Di4, Di4L, Di1600, Di2000, Di3000. (Di reprezintă prescurtarea de la distomat). În timp acestea au evoluat de la precizii de ordinul metrilor la precizii de i mm. Astfel la primele tipuri, precizia era: p = ±5mm ± 10 Dkm (1.1) iar în prezent p = ± 1 mm ± 1-3 ppm (p ăr ţi per milimetru) Precizia cu care se determin ă diferenţele de nivel sunt comparabile cu cele realizate din nivelmentul trigonometric. Apariţia acestor dispozitive a divizat procesul de automatizare în dou ă categorii: 1. instrumente modulare 2. instrumente integrate Dacă aceste dispozitive de m ăsurare electronică a distanţelor se ataşează pe teodolitele sau tahimetrele clasice se ob ţin aşa-numitele tahimetre electro-optice modulare sau integrate. Tahimetre electro-optice modulare – constituite din tahimetre clasice (optice) şi dintr-un dispozitiv de măsurare electronică a distanţelor care se ata şează pe lunetă. În acest caz axa dispozitivului electro-optic este paralel ă cu axa lunetei. Precizia se încadreaz ă în formula (1.1) de mai sus. Pasul următor la tahimetrele electro-optice modulare a fost ata şarea unui microcalculator care permitea determinarea distanţei orizontale şi a diferenţelor de nivel prin interven ţia operatorului.
– constituite dintr-un teodolit sau tahimetru clasic care au dispozitivul electronic integrat în lunet ă. Axele celor două coincid, iar precizia este aceea şi ca la tahimetre electro-optice modulare. E.O.T. 2000 este un teodolit obi şnuit , iar la bază are un bloc procesor şi un minicalculator. Comparaţie între cele dou ă tipuri de tahimetre electro-optice: - tahimetrele electro-optice modulare au ca avantaje c ă sunt ieftine şi permit să fie utilizate şi sub forma de teodolit sau tahimetru simplu. - tahimetrele electro-optice integrate sunt mai scumpe, dar permit ridicarea productivit ăţii muncii. Tahimetre electro-optice integrate
Al treilea pas: apariţia teodolitelor sau tahimetrelor electronice (digitale) şi care cuplate cu dispozitive electronice de măsurare a distanţelor au dat na ştere la tahimetre electronice modulare şi integrate. Tahimetre electronice modulare sunt formate dintr-un teodolit sau tahimetru electronic, un dispozitiv electronic de măsurare a distanţelor şi un minicalculator. Reprezentative pentru aceast ă categorie sunt tahimetrul DKM 3A fabricat de firma Kern şi teodolitele Theo 1600, Theo 2000, Theo 3000. Acestora din urm ă li se pot ataşa distomatele Di600, Di2000, Di 3000. Ultima generaţie de diistomate au şi microprocesoare care permit prelucrarea par ţială a elementelor măsurate astfel încât pe display s ă se afişeze fie elementele m ăsurate, fie anumite rezultate par ţiale în urma unor prelucr ări (distanţe orizontale, înclinate, diferen ţe de nivel, creşteri de coordonate sau chiar coordonate). În cazul distan ţelor mari acestea urmeaz ă a fi corectate cu valori depinzând de condi ţiile atmosferice, reducerea la orizontul de lucru, reducerea la planul de proiec ţie. Preciziile asigurate la măsurarea distanţelor sunt date de precizia dispozitivului de m ăsurare electronică, adică ±1 mm ± 1-3 ppm/km. Precizia m ăsur ării diferenţelor de nivel depinde de precizia măsur ării unghiului vertical a tahimetrului sau teodolitului şi este comparabil ă cu cea de la nivelmentul geometric. Primele exemplare erau greoaie şi practic nu justificau utilizarea lor din punct de vedere economic. Tahimetrele electronice integrate sunt aşa numitele staţii totale. Sunt formate din: - teodolit sau tahiometru digital; - dispozitiv electronic de măsurare a distanţei integrat în lunetă; procesor pentru prelucrarea prelucrarea simplă a datelor măsurate. Preciziile pentru distanţe şi diferenţe de nivel sunt de acela şi ordin de mărime ca şi la cele asigurate de tahimetrele electronice modulare. Aceste tahimetre permit aplicarea automat ă a corecţiilor datorate condiţiilor atmosferice, reducerea la orizontul de lucru şi la planul de proiec ţie. Procesorul instrumentului are o serie de programe care permit atât realizarea unor calcule simple (distanţe orizontale, ∆h, ∆X, ∆Y) cât şi a unor calcule complexe ( intersec ţii înainte, înapoi, compensări de drumuiri). Primele instrumente apărute erau foarte grele şi incomod de mânuit. Dintre ele amintim: Recota, RETA, Rec Elta, Tahimat. Al patrulea pas: motorizarea aparatelor, prin incorporarea servomotoarelor care permit rota ţia automată în jurul axelor. 2. Principiul 2. Principiul măsur ării electronice a distan ţ elor elor
Dezvoltările moderne în electronică au f ăcut posibilă măsurarea distanţei folosind un semnal electromagnetic. Măsur ătoarea este efectuat ă în câteva secunde şi cu un grad foarte mare al preciziei.
Instrumentele au fost pentru prima dată introduse în anii ‘50 şi fiecare fabricant de echipamente topografice produce o varietate de echipamente EDM.
2.1. Conceptul de baz ă al măsurătorii Conceptul de baz ă este simplu. Un instrument EDM capabil s ă transmită un semnal electromagnetic este pus în sta ţie, iar semnalul este direc ţionat către un reflector aflat la celălalt capăt al liniei de măsurare, de unde este reflectat c ătre transmiţător. Timpul parcurs pe acest dublu traseu este m ăsurat de către transmiţător şi deoarece viteza luminii este cunoscut ă cu precizie, distan ţa este calculat ă cu formula: D=Vx t
(2.1.)
unde D reprezintă distanţa între staţii, V este viteza semnalului, iar t reprezintă timpul. Semnalul electromagnetic transmis este sub forma undelor radio, luminii infraro şii, luminii vizibile sau fascicolului laser - fiecare dintre ele având propriet ăţi diferite şi cu toate acestea toate călătorind cu aceea şi viteză. Pentru a înţelege mai mai bine complexitatea EDM-ului este necesar ă cunoaşterea proprietăţilor radiaţiei electromagnetice şi a metodelor folosite în măsurarea intervalului de timp.
2.2. Proprietăţile semnalului Lumina, razele infraroşii şi undele radio sunt toate forme de radia ţie electromagnetică şi precum căldura 0şi sunetul, sunt forme de energie. Lungimea de und ă şi şi diferen ţ a de faz ă Figura 1 arat ă o undă electromagnetică transmisă de la un punct de m ăsurare X la un al doilea punct Y, unde este reflectată înapoi de-a lungul unei c ăi paralele şi este receptată în staţia X. Sunt 5 unde întregi şi o fracţiune de undă în dublul traseu. Distanţa între oricare două puncte similare ale undei este lungimea de und ă (λ), adică XA = AB, etc. = o lungime de und ă. Undele sunt în faz ă când între punctul de plecare şi punctul de sosire exist ă un număr întreg de lungimi de und ă. În acest caz îns ă, există o por ţiune de undă neterminată la punctul de sosire X şi aceasta poart ă numele de diferenţă de fază (∆λ). Frecven ţă Frecven ţă Undei îi trebuie un timp foarte scurt pentru a parcurge distan ţa de la X la Y. Frecven ţa sa este numărul de lungimi de undă complete (cicluri) pe care le parcurge în decurs de o secund ă. Unitatea din Sistemul Internaţional pentru frecvenţă, corespunzând unui ciclu pe secund ă, este hertz-ul. Multiplii hertz-ului sunt derivaţi în mod obişnuit prin adăugarea prefixului kilo, mega şi giga:
1 hertz = 1 Hz 103 hertz = 1 kilohertz = 1kHz 106 hertz = 1 megahertz = 1 MHz 109 hertz = 1 gigahertz = 1 GHz
Figura 2.1. Timpul necesar undei de a parcurge distan ţa de la X la Y este num ărul de lungimi de und ă (n) împăr ţit la frecvenţa (f) a undei. În formula (2.1.), dacă înlocuim pe t cu (n/f), D = V x (n/f) (2.2.) Domeniul de de lucru al EDM constă, prin urmare, în a socoti num ărul de lungimi de und ă şi de a măsura diferenţa de fază. Figura 2.2. arată o parte a spectrului electromagnetic. Lungimile de und ă de pe diferite benzi variază de la 10.000 m (unde lungi) la 0.001 mm la undele din domeniul vizibil, c ărora le corespund frecvenţe de la 30kHz la 30x10 10 kHz. Numai pe acest domeniu al undelor se pot măsura distanţe cu precizia standard cerut ă de măsur ători.
Figura 2.2. Diferenţa de fază ce poate fi determinat ă de instrumentele EDM este de a mia parte din lungimea de undă. Pentru cele mai multe m ăsur ători, o precizie de ± 1 cm este acceptabil ă.
Prin urmare lungimea de und ă derivată este de 1000 x 1 cm = 10 m, care conform figurii 2 îi corespunde o frecven ţă de 30 MHz. Domeniul frecvenţelor potrivite măsur ărilor reprezintă numai o mică secţiune a întregului spectru electromagnetic. Din păcate, acest domeniu de frecvenţe nu este potrivit transmisiei directe prin atmosfer ă de către instrumentele EDM, deoarece undele tind să se atenueze, s ă se risipească şi sufer ă datorită interferenţei. Undele cu frecvenţa foarte înaltă nu sunt aşa de mult influenţate de aceste efecte şi este posibilă modularea unei unde de frecven ţă înaltă cu o undă de măsurare de frecvenţă joasă şi transmiterea lor împreună. Unda de frecvenţă înaltă acţionează ca o purtătoare pentru unda de frecvenţă joasă şi se spune c ă prima este modulată prin acest proces. Printre altele, undele din domeniul vizibil şi infraroşu sunt potrivite ca purt ătoare. Într-un limbaj simplist, unda din domeniul vizibil poate fi asemănată cu o panglica sub ţire de oţel din care este confec ţionată ruleta. Oţelul este „modulat“ de grada ţiile metrice imprimate pe el şi le poartă cu el când ruleta este întinsă în timpul măsur ătorilor liniare. Viteza Toate undele electromagnetice c ălătoresc cu aceeaşi viteză (c) de 299.792,5 km/s, dar când acestea se propag ă prin atmosfera terestr ă viteza lor (v) scade. Varia ţiile în temperatur ă, presiune şi umiditate afectează viteza, rezultatul fiind c ă valoarea acesteia nu este chiar constant ă. Analogia care se poate face este m ăsurarea cu o panglic ă de oţel a cărei lungime se modifică continuu, deci au trebuit impuse anumite standarde instrumentelor EDM, a şa cum standardele pentru panglicile de otel sunt temperatura de 20 oC şi tensiunea de 44,5N. Valorile normale standardizate sunt presiunea de 760 mmHg şi temperatura de 12 oC şi în aceste condiţii s-a demonstrat că semnalele electromagnetice se propag ă cu o viteză de 99,97% din viteza lor (c) în vid. Viteza (v) prin atmosfera terestr ă este, prin urmare, (299.792,5 x 99,97%) = 299.708,0 km/s. Dac ă în timpul măsur ătorilor valorile temperaturii, presiunii şi umidităţii difer ă de valorile standard, trebuie aplicate corec ţii.
2.3. Sistemele EDM Sistemele dezvoltate pentru transmisia undelor electromagnetice pot fi împ ăr ţite în două clase şi anume: (a) sistemul microundelor (domeniul lungimilor de undă mari) (b) sistemul electro-optic (domeniul lungimilor de undă medii şi scurte) (a) Sistemul microundelor Aşa cum sugereaz ă numele, acest grup de instrumente EDM utilizeaz ă microundele pentru a măsura distanţe de la 20 m la maximum 150 km, cu o precizie de 3-4 mm per km. Un instrument tipic din aceast ă clasă este Wild DI 60 care opereaz ă pe frecvenţa de 15 MHz. Aceste instrumente sunt folosite în principal în scopuri geodezice. Sunt rar folosite în cadastru sau în lucr ări topografice de construc ţii, excepţie poate f ăcând construcţia autostr ăzilor care se întind pe mai mulţi kilometrii, unde tehnicile geodezice ar fi folosite oricum. (b) Sistemul electro-optic Instrumentele folosite în acest sistem de m ăsurare pot fi divizate în două clase, în funcţie de care parte a spectrului o folosesc pentru transmiterea semnalului. Instrumentele care folosesc lumina vizibilă formează clasa lungimilor de undă medii, pe când cele care folosesc lumina infraroşie formează clasa lungimilor de undă scurte. Toate instrumentele moderne din clasa lungimilor de und ă scurte emit o undă purtătoare din domeniul infraroşu generată de o diodă de galiu-arseniu (GaAs). Lungimea de und ă este mai mică de 1 micrometru. Energia electrică este asigurată de o baterie de nichel-cadmiu sau de
către o baterie de maşină de 12 V. Fasciculul de raze este invizibil şi inofensiv şi va produce distanţa corectă chiar dacă este întrerupt de trafic.
2.4. Numărarea lungimilor de und ă Toate instrumentele EDM măsoar ă numai o parte a unui ciclu, adic ă diferenţa de fază, dar distanţa D, măsurată electromagnetic, este dat ă de formula: D = nλ + ∆λ (2.3.) unde n este un număr necunoscut de lungimi de und ă. De aceea, anumite mijloace de a determina valoarea întregului n trebuie să existe în instrument. O metodă de calculare a numărului este de a măsura o dreaptă cu trei frecvenţe u şor diferite. Două frecvenţe sunt suficiente dac ă domeniul maxim al instrumentului este mai mic de 2 km. Dacă frecvenţele alese sunt în apropierea valorii de 30 MHz, lungimea de und ă ar fi de 10 metrii pentru parcursul dublu. Jumătate din lungimea de undă reprezintă echivalentul valorii de 5 metri pentru parcurgerea unui „singur“ traseu. Cele trei lungimi de und ă utilizate pentru măsur ători sunt: w1 = 5,000000 m w2 = 4,987532 m w3 = 4,761904 m Lungimile alese pentru măsurare sunt: 400 w1 = 401 w2 = 2000 m 20 w1 = 21 w3 = 100 m Presupunând că lungimea dreptei măsurate AB este 835,300 m, diferen ţele de fază rezultate din măsur ătorile cu lungimilor de undă w1, w2, w3 sunt ∆w1 = 0,300, ∆w2 = 2,382 şi ∆w3 = 1,967, respectiv Distanţa AB = nw1 + ∆w1 (2.4.) = nw2 + ∆w2 (2.5.) = nw3 + ∆w3 (2.6.) Din relaţiile (2.4.) şi (2.5.): n(w1 – w2) = ∆w2 - ∆w1 şi deoarece
400w1 = 401w2 w2 = (400/401)w1
n[w1 – (400/401)w1] = 2,382 – 0,300 nw1/401 = 2,082 nw1 = 834,9 ≈ 835 deci n = 167 Aceast ă valoare se va repeta la fiecare 2000m. Din relaţiile (4) şi (6): n(w1 – w3) = ∆w3 - ∆w1 deci Prin urmare
şi deoarece
20w1 = 21w3 w3 = (20/21)w1
deci Prin urmare
n[w1 – (20/21)w1] = 1,967 – 0,300 nw1/21 = 1,667
nw1 = 35 deci n=7 Aceast ă valoare se va repeta la fiecare 100m.
2.5. Măsurarea diferen ţei de fază Până de curând, diferenţa de fază a fost măsurată la instrumentele din clasa lungimilor de undă scurte printr-un aparat electromecanic, dar ultimele tipuri de aparate folosesc metodele digitale. Semnalul transmis declan şează un mecanism de num ărare în interiorul instrumentului, care este oprit la întoarcerea razei reflectate. Num ărul pulsurilor admise prin poarta de numărare, atâta timp cât aceasta este deschis ă, este socotit şi afişat. Fiecare puls reprezintă o lungime scurtă cunoscut ă, de regulă 1 milimetru. Este posibil acum să se rezolve diferenţa de fază cu o precizie de 1/10000 dintr-un ciclu, iar indicarea milimetrului este acum ceva comun. Precizia instrumentelor
Precizia echipamentului EDM cuprinde două elemente şi anume: (a) mărginirea instrumentală (b) influenţa neregularităţilor atmosferice Cele mai multe instrumente au o eroare instrumental ă de aproximativ ± 5 mm. Neregularităţile atmosferice de presiune, temperatur ă şi umiditate produc erori care variaz ă de la 1 la 10 mm per km.
3. Instrumente Leica
Tahimetrele electronice produse de firma Leica au la baz ă formatul instrumentelor topografice produse de firmele Wild şi Kern (pe care le-a asimilat), precum şi o parte electronică produsă de o serie de firme americane. Prima sta ţie totală a fost TC1. Tahimetrul electronic integrat înregistra măsur ătorile pe bandă magnetică, datele fiind apoi transferate în calculator pentru prelucrare. Ulterior staţiile totale au fost modernizate şi au apărut modelele: - Seria TC300, TC 400, TC700, TC800 - Seria TC 1000., TC 1100, TC1600, TC1800 - Seria TC2000, TC2002, TC3000 - Seria motorizată TCM1100, TCM 1800 Staţiile totale au un tablou de comand ă cu 10 taste şi cursor la prima serie şi ajung la ultimele tipuri cu tablouri asemănătoare cu tastatura de PC. Sta ţiile totale din seria pân ă la 1000 sunt staţii totale de precizie medie, cele între 1000 şi 2000 sunt staţii totale de precizie, iar cele de peste 2000 sunt sta ţii totale de precizie ridicat ă, folosite la montaje industriale, navale, industria aviatică, etc. Performanţele staţiilor totale produse de firma Leica a evoluat şi în ceea ce prive şte măsurarea distanţelor şi utilizarea elementului reflectorizant. Astfel s-au realizat sta ţii care au măsurat distanţele numai cu prisme, apoi s-au realizat sta ţii totale care utilizau şi folii reflectorizante (până la 200-400m) şi în cele din urmă s-au realizat şi staţii totale care nu foloseau nici un element reflectorizant (iar distanţa măsurată f ăr ă reflector s-a tot mărit de-a lungul ultimilor ani). Staţiile totale cele mai performante sunt dotate şi cu: - fascicol de căutare a prismei; - fascicol de aliniere a operatorului în opera ţiile de trasare Performanţele staţiilor totale a crescut şi în ce priveşte capacitatea de înregistrare a datelor măsurate: - bandă magnetică TC1 - Memorie internă – care a evoluat de la a stoca câteva sute de blocuri pân ă la 4000 de blocuri - Cartele magnetice PCMCIA care permit stocarea datelor textuale până la 2 Megabytes. Staţiile totale permit rezolvarea tuturor problemelor legate de achizi ţia datelor spaţiale. Performanţţele acestora s-au mărit odată cu apariţia staţiilor totale motorizate denumite TDM. Acestea sunt sta ţii electronice totale la care rotaţia în jurul axei principale VV şi rotaţia lunetei se realizează cu ajutorul unor servomotoare miniaturizate integrate în instrument. Ele sunt utilizate fie la urmărirea unor ţinte mobile, fie la urmărirea comportării în timp a unor mari obiective sau alunecări de teren. Pentru a putea realiza acest tip de m ăsur ători cu staţiile motorizate este necesar s ă se facă la începutul măsur ătorilor un tur de orizont informativ. Acest tur de orizont este realizat de operator şi stocat in memoria instrumentului. Urmează măsur ători efectuate la anumite intervale de timp şi care nu mai necesit ă prezenţa operatorului la aparat, acesta putând fi manevrat de la distan ţă. Instrumentul foloseşte turul de orizont informativ pentru începerea măsur ătorilor şi pentru găsirea ţintelor. Punctarea ţintelor se face cu ajutorul unor senzori foto-electrici în momentul când se înregistreaza o intensitate maxim ă pentru semnalul reflectat. Asemenea m ăsur ători se execut ă de obicei cu cel puţin două staţii electronice totale motorizate. Prin compararea rezultatelor m ăsurate obţinute în diferite etape (perioade) cu ciclul iniţial de observaţii se trag concluzii cu privire la comportarea obiectului observat. Staţiile totale TDM5000 au deschis perspectiva cre ării instrumentelor pentru a căror utilizare este nevoie doar de o singur ă persoană, operatorul fiind de fapt purtătorul de prismă. Acesta deţine ataşat de prismă un carnet electronic de teren asem ănător tabloului de comandă din staţia totală, putând efectua opera ţiile de accesare a comenzilor de pe acesta.
Performanţele staţiilor totale au fost îmbunătăţite odată cu crearea posibilităţii de a realiza şi raportarea în teren a datelor preluate şi prelucrate. Raportarea acestora se face cu ajutorul programului existent în staţia totală. Mărirea capacităţii de stocare a datelor a permis chiar adăugarea de hăr ţi în aceste staţii totale, la birou, înainte de începerea m ăsur ătorilor, prelucrarea şi raportarea punctelor măsurate şi editarea desenului înc ărcat în staţia totală cu modificările survenite pe teren. Transferul datelor a suferit multe îmbunătăţiri în ultimii ani, ultimele staţii totale permiţând transferul atât de date m ăsurate, coordonate, fişiere desen, cu ajutorul cablului, pe cartele de memorie PCMCIA, prin intermediul tehnologiei Bluetooth sau WLAN.
3.1. Staţia totală - Seria Leica TPS400 Seria Leica TPS400 Geosystems este solu ţia ideală pentru măsur ătorile terestre, având o centrare cu laser şi nivele electronice, instrumentul poate fi preg ătit imediat de măsurare. Şuruburile cu mişcare fină la infinit şi precizia lunetei Leica cu o m ărire de 30 de ori ajută la vizarea cu o mare precizie a fiecărui punct măsurat. Distomatul electronic integrat poate măsura pe ţinte de vizare, prisme `sau chiar şi f ăr ă reflector pe orice suprafaţă dată. Informaţiile pot fi interschimbate între acest aparat şi un calculator cu ajutorul unui cablu standard RS232, conexiune USB sau Bluetooth. Datele pot fi configurate pentru a asigura comunicarea cu majoritatea colectorilor de date. Seria TPS400 a fost special creat ă pentru şantier. Aparatele din aceast ă serie sunt rezistente la apă şi la praf şi sunt bine protejate de influen ţele mediului înconjur ător. Instrumentele TC sunt echipate cu un distomat cu infraro şu (IR) si instrumentele TCR cu laser roşu pentru măsur ători f ăr ă prismă.
Caracteristici tehnice
Date Tehnice
TPS 403
TPS 405
Măsurători de unghiuri (Hz,V) Metoda
Continuă
Rezoluţia display-ului
1’’ / 0,1 mgon / 0,01 mil
TPS 407
Abatere standard (ISO 17123-3)
3’’ (1mgon)
5’’(1.5 mgon)
7’’ (2mgon)
Luneta Puterea de mărire
30 x (42x cu adaptorul FOK53)
Câmpul lunetei
1o30’ (26 m la 1km)
Distanţa minimă de vizare
1.7 m
Fire reticulare
Iluminat
Compensator Sistem
Compensator electronic cu ulei, pe 2 axe
Domeniul de lucru
+/- 4’ (0.07 gon)
Setting acuracy
1’’
1.5’’
2’’
Măsurarea distan ţelor (IR) Cu prisma circular ă tip GPR1
3 500 m
Cu folie reflectoare (60x60 mm)
250 m
Abaterea standard Fin / Rapid / Continuu
2 mm + 2 ppm / 5 mm + 2 ppm / 5 mm + 2 ppm
Timpul necesar unei măsur ători < 1 sec / < 0,5 sec / 0,3 sec Fin / Rapid / Continuu Măsurători de distanţa f ără reflector (RL) Cu ţinta de vizare Kodak Gray Card
80 m (TCR 400) / 170 m (TCR400 power)
Cu prisma circular ă tip GPR1
5 000 m (TCR 400) / 10 000 m (TCR400 power)
Comunicare Capacitatea memoriei interne
10 000 de blocuri (măsur ători)
Interfaţă
RS 232
Extensia fişierelor
GSI / IDEX / ASCII (si posibiliatea de a definii alte formate)
Operativitate Ecran Tastatur ă
Grafic160 x 280 pixeli, alfanumeric 8 linii x 31 caractere 4 taste soft
Centrarea cu laser Tipul
Punct laser cu luminozitatea ajustabilă în 10 paşi
Acurateţea
1,5 mm la înălţimea instrumentului de 1,5 m
Condiţiile atmosferice
Intervalul
de
temperatur ă
operaţional Rezistenţa la apă şi la praf (conform IEC 60529) Intervalul de depozitare Umiditatea
temperatur ă
-20°C la +50°C IP54
de -40°C la +70°C 95 %
Greutatea Greutatea (incluzând bateria si trepiedul)
5,2 Kg
Surse de alimentare Tipul bateriei Voltaj / capacitate
NiMH GEB 111: 6V, 2100 mAh / GEB121: 6V, 4200 mAh
Surse externe
cablu tip GEV71 pentru 11.5V pana la 14V
Timpul de lucru cu GEB121
Aproximativ 6 ore
Numărul distanţelor măsurate cu GEB121
Aproximativ 9000
Tasta on/off este localizata pe partea laterala la majoritatea aparatelor Leica.
3.2. Tastatura si display
1) bara de selecţie. Câmpul pentru măsur ători. 2) Simboluri 3) Taste cu funcţii fixe 4) Taste de navigare. Controleaz ă bara-input în editare şi introducere sau controlul barei de selecţie. 5) Taste funcţii. Au funcţie variabilă afişată pe ultima linie a display-ului deasupra tastei. 6) Bara de funcţii soft. Afişează funcţiile care pot fi chemate cu tastele func ţii.
3.3. Taste cu func ţie fixă [PAGE] Derulează paginile, în cazul în care avem mai multe. [MENU] Acces la programe, set ări, data manager, calibr ări, parametri de comunicare, informaţii despre sistem şi transfer date.
[USER ] Tasta programabilă cu funcţie din meniul FNC . [FNC] Acces rapid la func ţiile pentru măsurare . [ESC] Ieşire dintr-un dialog sau editor cu activarea valorii precedente. Întoarce la nivelul anterior. Confirma text; continuă cu câmpul următor.
Tasta Trigger Tr ăgaciul are trei set ări :ALL, DIST, OFF. Tasta poate fi activata in meniul Configuration . Taste soft
Funcţiile sunt afişate pe ultima linie a ecranului. Pot fi activate prin tastele-func ţii corespunzătoare. Valabilitatea fiecărei funcţii depinde de programul/funcţiile activate.
3.4. Funcţii soft : [ALL] măsoar ă distanţa, unghiurile şi înregistrează punctul. [DIST] măsoar ă distanţa f ăr ă să înregistreze. [REC] salvează valorile afişate. [ENTER] şterge valorile afişate şi aşteaptă introducerea unei noi valori. [ENH] permite introducerea coordonatelor. [LIST] afişează lista cu punctele valabile. [FIND] porneşte căutarea pentru punctul introdus. [EDM] afişează setările EDM. [IR/RL] schimbă distomatul de pe IR pe RL . [SetHz] setează direcţia orizontala pe valoarea introdus ă. [Hz=0] setează direcţia orizontala pe 0. [HOLD] blochează direcţia orizontala şi poate fi eliberata cu [RELEASE]. [PREV] întoarce la dialogul anterior. [NEXT] continua cu dialogul următor. schimbă funcţiile soft schimba funcţiile soft salvează valorile afişate . Confirmă mesajul afişat.
Simboluri In funcţie de versiunea de soft sunt afi şate diferite situaţii particulare. O săgeată dublă indica un câmp de selec ţie. Cu tastele de navigare se poate selecta op ţiunea dorita . Ieşire dintr-o selecţie cu tasta Enter sau cu tastele de navigare.
Indica faptul ca sunt active câteva pagini care pot fi afi şate cu [PAGE]. Indica poziţia telescopului I or II. Indica faptul ca cercul orizontal este setat cu increment la stânga (sens antiorar).
Simbol de situatie "EDM type" Infraroşu EDM (invizibil) pentru măsuratori pe prismă şi ţinte reflectorizante. Reflectorless EDM (visibil) pentru măsuratori f ăr ă prismă. Status symbol "Battery capacity" Simbolul bateriei indica nivelul capacit ăţii bateriei. Status
Symbol "Compensator" Compensatorul este activ. Compensatorul este oprit.
3.5. Meniu arborescent [MENU] > F1 – F4 - Confirma selecţia meniului. [PAGE] Trece la pagina următoare.
Aceste instrumente folosesc un laser din domeniul vizibil pentru centrare. Activarea laserului de centrare se face ap ăsând următoarele taste : [FNC] > [Level/Plummet]. Este afişat compensatorul electronic. Calarea riguroas ă se realizează cu ajutorul unei nivelei electronice. Calarea riguroasă se face din şuruburile de pe ambaz ă, iar cele doua direc ţii de calare sunt prezente concomitent pe ecran. Când bulele electronice sunt între repere aparatul este calat. Introducerea caractere numerice si alfanumerice se face cu func ţiile din bara de jos a ecranului si tastele corespunzătoare lor prin activarea funcţiei INPUT. Caracterul "*" poate fi utilizat când nu cunoa ştem numărul sau codul unui punct.
Semne +/- In setul de caractere alfanumerice nu sunt tratate ca semne matematice. Caractere aditionale * Simbolul Wildcard se foloseşte la căutarea punctelor. In modul Edit poziţia zecimalelor nu poate fi schimbat ă. Poziţia zecimalei este s ărită. Opţiunea de căutare puncte (Point Search) permite căutarea măsur ătorilor sau punctelor fixe în memoria internă. Procedura de căutare întâi gaseşte punctele fixe apoi m ăsur ătorile. Dacă sunt găsite mai multe puncte, punctele sunt listate în ordine cresc ătoare. Măsurare După ce pornim aparatul şi-l setam corect este gata de m ăsurare. In displayul de măsurare putem să chemăm atât tastele fixe cât şi tastele funcţii, la fel ca tasta trigger şi funcţiile ei. Exemplu de display de m ăsurare:
Activarea funcţiilor soft. Tasta FNC În [FNC] găsim multe funcţii utile.
Light On /Off Activează/dezactivează lumina la display. Level/Plummet Activează compensatorul electronic şi intensitatea razei laser. IR/ RL Toggle Schimbă între cele doua tipuri de EDM: IR (Infrared) si RL (Reflectorless). Modificarea este anunţată timp de aproape o secunda. IR: Infrared: măsur ători pe prismă. RL: Laser vizibil: măsur ători f ăăa prismă până la 80m . Laser Pointer Activează/dezactivează raza laser pentru a ilumina punctul. Modificarea este anun ţată timp de aproape o secunda, dup ă care este salvat ă.
3.6. Target Offset (Măsurători excentrice). Dacă nu putem să măsur ăm direct pe reflector sau dacă nu putem să vedem direct punctul, valorile Offset (∆Longitudinal, ∆transversal şi/sau ∆cota ) pot fi introduse. Valorile pentru unghi şi distanta sunt calculate pentru punctul c ăutat.
H_Offset +: dacă punctul căutat este mai sus decât cel m ăsurat .
Procedura: 1. numele punctului şi înălţimea reflectorului. 2. introducem offsetul (∆Longitudinal, ∆transversal şi/sau ∆cota). 3. definim perioada de valabilitate pentru offset. [RESET]: aducem excentricitatea la 0. 4. [SET]: calculează valorile corecte şi sare la aplicaţia din care a fost chemat. Unghiul şi distanta sunt afişate ca şi cum ar fi fost măsurate direct. Perioada de valabilitate poate fi reglata astfel: Reset after REC = valoarea offsetului este adusa la 0 dup ă ce punctul a fost salvat. Permanent The offset = valoarea offsetului este aplicata la toate m ăsur ătorile. Valoarea offsetului este mereu adusa la 0 dac ă păr ăsim programul . 3.7. Height Transfer (Calculul cotei) Aceast ă funcţie determină cota punctului de staţie prin măsurarea a maximum 5 puncte, cu coordonate cunoscute, în ambele pozi ţii ale aparatului. Exemplu:
1) Reflector 1 2) Reflector 2 3) Reflector 3 4) Instrument Procedura: 1. Selectam punctul cunoscut şi introducem înălţimea reflectorului. 2. După care vizăm şi măsur ăm cu : [ALL] calculează şi afişează cota H0 .
[AddPt] adăugăm un alt punct de cot ă cunoscut ă. [FACE] măsurarea aceluiaşi punct în pozi ţia a doua. 3. [SET] salvăm modificările şi staţia. Programe
Aplicaţii pre-setate Acestea sunt programe ce preced ă programele propriu-zise şi sunt utile la set ările respective şi la organizarea datelor. Sunt afi şate după ce am selectat o aplica ţie .
[•] Setare efectuata. [ ] Setare neefectuata. Set job Toate datele sunt salvate in JOBS, ca în directoare. Joburile con ţin diverse tipuri de date şi măsur ători (exemplu: măsur ători, coduri, puncte fixe, sta ţii) şi pot fi manipulate individual (vizualizare, editare, ştergere). [NEW]creare job nou. [SET] setare job cu revenire la programul precedent. Toate înregistr ările ulterioare sunt stocate în acest job/director. - Dacă nu a fost setat nici un job şi o aplicaţie a fost deschisă sau în "Meas & Rec" se fac măsur ători cu [ALL] sau [REC] , atunci sistemul creeaz ă automat un job nou cu numele "DEFAULT". Setting Station Fiecare coordonată calculată este relaţionată la coordonatele staţiei setate. Pentru definirea staţiei sunt necesare cel pu ţin coordonate plane (E, N). Cota sta ţiei se introduce dac ă este necesar ă .Coordonatele pot fi introduse manual sau selectate din memoria interna . Dacă nu a fost setat ă nici o staţie şi nici o aplicaţie nu a fost deschisa şi în "Meas & Rec" se fac măsur ători cu [ALL] sau [REC] , atunci ultima staţie este considerat ă staţie curenta . Orientation (Orientarea sta ţiei) La orientare , direcţia Hz poate fi introdusă manual sau poate fi folosit un punct de coordonate cunoscute. Aplicatii Aplicaţiile sunt programe predefinite, acestea acoper ă un spectru larg de facilit ăţi şi îndatoriri zilnice in teren .
Sunt active urm ătoarele aplicaţii: • Surveying (drumuire cu radiate) • Setting Out (trasare) • (poligonatie) Tie Distance • Area (plan) (arie plana) • Free Station (retrointersectie) • Reference Line (linie de referinta) • Remote Height (puncte inaccesibile) [MENU] 1. apasam tasta[MENU] . 2. selectam "Program" .
3. activam programul dorit. [PAGE] pagina următoare. 3.8. Surveying Cu acest program se pot m ăsura un număr nelimitat de puncte. Este comparabil cu "Meas & Rec", dar include staţia, orientarea şi codurile.
Procedeu: 1. Introducem nume punct, codul şi înălţimea reflectorului dacă este necesar ă . 2. [ALL] măsoar ă şi înregistrează punctul. Două metode de codificare: 1. Codificare simpla: Se introduce un cod pe linia de coduri. Codul este salvat cu m ăsur ătoarea corespunzătoare. 2. Codificare avansata: Se apasă tasta-soft [CODE]. Codul este căutat in lista de coduri. Setting out Acest program calculeaz ă elementele necesare unei tras ări din coordonate sau prin introducerea manuală a unghiurilor, distanţei orizontale şi cotei. Diferenţele între punctul căutat şi cel staţionat pot fi afişate continuu. 3.9. Trasarea punctelor din coordonate Procedura: Selectăm punctul. [DIST] Porneşte măsurarea şi calculează elementele de trasat. [REC] Salvează valorile afişate. [Dir&Dis] Introducem elementele de trasare . [MANUAL] Activează introducerea simplificata a punctului f ăr ă ptID şi f ăr ă memorarea lui . Polar setout (trasare polara) Indicatorii elementelor de trasare polara . Hz,
1) Actual 2) Punct căutat Hz: Offset unghiular: pozitiv, dacă punctul de trasat este la dreapta fa ţă de direcţia actuală. Offset longitudinal: pozitiv daca punctul căutat este mai departe.
Offset pe cota: pozitiv daca punctul c ăutat este mai sus ca cel m ăsurat. Orthogonal setout (trasare ortogonala) Deplasarea punctului măsurat faţă de cel căutat este data in elemente longitudinale şi transversale .
1) Actual 2) Punct căutat Ofset longitudinal: pozitiv, dacă punctul este îndepărtat. Offset transversal (perpendicular pe viz ă) : pozitiv, daca punctul c ăutat este la dreapta . Cartesian setout (trasare carteziana) Trasarea este bazata pe un sistem de coordonate şi offsetul este împăr ţit în nord şi est.
1) Actual 2) Punct cautat East offset . Nord offset .
3.10. Free Station (retrointersectie) Aceast ă aplicaţie este utilă pentru a determina pozi ţia aparatului prin măsur ători pe puncte cunoscute, minim două şi maxim cinci.
Sunt posibile urm ătoarele secven ţe de măsurători pe punctele vizate: 1. Doar Hz- şi V- (intersecţie înapoi) 2. Distanţe şi Hz- şi V- (minim 3 puncte) Rezultatele finale sunt est, nord, cota sta ţiei, include şi orientarea aparatului .
Deviaţia standard şi erorile evaluate sunt afi şate. Facilităţi de măsurare Măsurarea în poziţia I sau II sau ambele sunt mereu posibile. Dac ă un punct este măsurat de mai multe ori în aceea şi poziţie ultima măsuratoare corect ă este utilizată în calcul. Procedura: 1. Introducem numele sta ţiei şi înălţimea instrumentului. 2. Introducem numele punctului vizat şi înălţimea reflectorului.
[ALL] Măsoar ă unghiul şi distanta (intersectie pe 3 puncte). [REC] Salvează unghiurile Hz şi V. [AddPt] Adăugăm alt punct. [COMPUTE] Calculează şi afişează coordonatele staţiei, dacă avem cel pu ţin 2 puncte şi distanţa măsurată. 3/I Indica faptul ca punctul al treilea a fost măsurat în poziţia I . 3/I II Indica faptul ca punctul al treilea a fost măsurat în poziţia I si II. Rezultatele afişează coordonatele staţiei, erorile de măsurare şi abaterile standard ale punctului determinat.
3.11. Reference Line (Linie de Referinţă) Acest program uşurează o trasare simplă sau verifică axele unei construc ţii, axa unui drum, etc. Linia de referinţă poate fi definită referitor la o linie de bază cunoscuta. Linia de referinţă poate fi deplasată faţă de linia de bază atât longitudinal cât şi transversal, sau poate fi rotit ă în jurul primului punct de bază dacă este necesar. Linia de baza poate fi definit ă prin 2 puncte de baz ă, aceasta poate fi f ăcută in două moduri: - prin măsurarea punctelor - introducem coordonatelor. de la tastatura sau selectarea lor din memorie Procedura: 1. Măsurăm punctele de baz ă: Introducem numele punctelor şi le măsur ăm cu [ALL] , sau [DIST] / [REC].
1) primul punct de baza 2) al doilea punct de baza 3) Linia de baza
4) Linia de referinţă Linia de bază Linia de bază poate fi deplasată longitudinal, paralel sau rotită. Această linie nouă se numeşte linie de referinţă. Toate măsur ătorile se refer ă la această linie de referinţă.
Introducerea parametrilor: Folosim tastele săgeţi pentru a selecta deplasarea şi parametri de rotaţie ai liniei de referinţă.
Este posibila introducerea urm ătorilor parametri: Offset+: Deplasarea liniei de referinţă la dreapta, referitor la direcţia bazei (1-2). Line+: Deplasarea longitudinală a primului punct din linia de referinţă în direcţia punctului de bază 2 . Rotate+: Rotaţia liniei de referinţă în sens orar în jurul punctului de referin ţă. H-Offset+: Deplasare pe cotă; linia de referinţă este mai sus decât punctul de baza 1. Semnificaţia tastelor soft: [NewBL] Definirea unei noi linii de bază. [L&O] Deschide aplicaţia "Orthogonal Setout". [RefLine] Deschide aplicaţia "Reference Line" . [SHIFT=0] Deplasarea/rotaţia la zero. Funcţia [RefLine] calculeaz ă din măsur ători sau coordonate longitudinale, transversale sau diferenţe de cotă punctul vizat relativ la linia de referin ţă . Înălţimea primului punct de referinţă este mereu folosit ă ca o cota de referin ţă in calculul diferenţei de nivel .
Dacă este activat modul de lucru tracking, valorile de corec ţie la poziţia reflectorului sunt afişate continuu.
3.12. Orthogonal Setout ( trasare ortogonala) Se pot introduce diferenţele de coordonate pentru punctul de trasat pentru a fi trasat fa ţă de linia de referinţă. Programul calculeaz ă diferenţa între punctul măsurat şi cel calculat. Programul afişează diferenţele de coordonate ortogonale ( ∆Line, ∆Offset, ) şi polare (∆Hz, ). Procedura: 1. Se introduc elementele trasării ortogonale sau este căutat punctul în memoria internă . 2. [SET] confirmă introducerea datelor şi calcularea acestora. Exemplu " trasare ortogonala "
1. setting out point : punct c ăutat 2. measured point : punct m ăsurat Semnul pentru diferenţele de unghi şi distantă este exact ca la aplica ţia "Trasare" .
3.13. Tie Distance (poligonaţie- măsurarea distan ţei între două prisme) Acesta aplicaţie calculează distanţa înclinată, distanţa orizontală, diferenţa de nivel şi azimutul între doua puncte măsurate consecutiv, selectate din Memorie sau introduse de la Tastatura. Sunt disponibile doua metode: F1 Polygonal (A-B, B-C) F2 Radial (A-B, A-C)
Metoda poligonala:
Metoda radiala:
Taste soft noi: [RADIAL] Comută pe metoda radial ă. [POLY] Comută pe metoda poligonal ă. 3.14. Area (plan) Aceast ă aplicaţie calculează aria în plan pentru un număr nelimitat de puncte măsurate în ordinea lor pe contur. Punctele pot fi măsurate, selectate din memorie sau introduse de la tastatura .
3.15. Determinarea cotelor punctelor inaccesibile Punctele aflate deasupra reflectorului pot fi calculate f ăr ă a avea nevoie de prismă pe punctul căutat.
Codificare
Codurile conţin informaţii despre punctele măsurate. Cu ajutorul codurilor, punctele pot fi împ ăr ţite pe grupe. Mai multe informaţii despre coduri se pot g ăsi in "Data management". GSI-codificare Code: nume cod Desc.: descriere Info1: ... Info8: informaţii pe multe linii, uşor de editat, în total 8 linii info
Procedura: 1. Mutam cursorul in linia "Code". 2. Introducem numele codului. 3. [ALL] măsoar ă şi salvează punctul vizat cu codul scris. [CODE] Caută codul în lista de coduri şi ofer ă posibilitatea introducerii informaţiilor auxiliare . Cu editorul de coduri din Survey Office o situaţie poate fi repartizata pe atribute. • Atributele cu "fixed status" sunt protejate la scriere. Nu pot fi editate sau rescrise. • Pentru atributele de tip "Mandatory" este necesar ă cel puţin o confirmare. • Atributele de tip "Normal" pot fi editate uşor. Blocurile de coduri individuale nu sunt adăugate la lista de coduri . Listele de coduri pot fi u şor create şi încărcate în aparat folosind „Data Exchange Manager” din Leica Survey Office. 3.16. File Manager File Manager conţine toate funcţiile pentru introducere, editare si verificarea datelor in teren .
Job Crearea unui nou job presupune introducerea numelui si operatorului. Adi ţional sistemul genereaz ă data şi ora la care a fost creat jobul. [DELETE] Stergem jobul existent. [SET] Setam jobul selectat. [NEW] Creare job nou. Fixpoints Punctele fixe valabile con ţin cel putin PtID şi coordonatele (E, N) sau (H). [DELETE] Şterge punctul selectat. [FIND] Porneşte căutare punct. Pot fi introduse denumiri exacte sau se poate folosi criteriul * wildcard.
[NEW] Introducerea unui punct fix. Measurements Măsur ătorile valabile în memoria internă pot fi căutate şi afişate sau şterse . [FIND] Afişează dialogul de căutare [VIEW] Afişează toate măsur ătorile. Codes La fiecare cod se poate ad ăuga o descriere şi maxim 8 atribute cu pân ă la 16 caractere . [SAVE] Salvare date. [VIEW] Porneşte dialogul de căutare. [ATTRIB] Introducerea atributelor. Initialize Memory Şterge joburile. [DELETE] Porneşte procesul de ştergere a datelor selectate. Şterge toate datele din memorie. Toate datele se pierd ! [ALL] Memory Statistic Afişează o statistică a joburilor : • Numărul de puncte fixe memorate. • Numărul de blocuri de date memorate (m ăsur ători, coduri, etc.). • Numărul de joburi libere sau nedefinite.
3.17. Data Transfer Cu aceasta func ţie datele pot fi transferate prin interfaţa serială. Cu acest tip de transfer integritatea datelor nu este verificata. Job: Selectăm jobul pentru transfer. Data: Selectăm datele pentru transfer (measurements, fixed points) Format: Formatul datelor. Selectam Leica-GSIformat, sau un format creat de utilizator cu "Format Manager" . [SEND] pornire transmisie.
System Info Afişează informaţii utile: starea bateriei, temperatura măsurată de instrument şi afişarea, respectiv setarea datei si orei.
4. Instrumente Zeiss
Subprogramul Depărtare Subprogramul Depărtare măsoar ă distanţa dintre 2 prisme succesive sau distan ţa de la prima prismă la celelalte. Tipul de m ăsurare este dat de modul de setare a tastei soft 5. P3 P2 P4
P1
P5
Statie
La apelarea subprogramului apare meniul care cere selectarea sistemului de coordonate: - sistem local - sistem de coordonate - se alege sistemul de lucru, apoi apare meniul ce con ţine înălţimea instrumentului şi a reflectorului; - tasta soft 5 este legat ă direct de măsur ătoare, putând fi selectată opţiunea 1-P sau P-P. Instrumentul măsoar ă distanţele dintre puncte când tasta soft este setat ă pe P-P şi distanţa de la 1–2, 1–3, 1–4, 1–5 când tasta soft este setat ă pe 1-P. - apare intervalul pentru introducerea informaţiilor despre punct. De regulă se pune numărul punctului din care se măsoar ă distanţa (P1). Se vizeaz ă reflectorul şi se declanşează măsur ătoarea cu Ent. Se vizeaz ă al doilea punct, se introduc informa ţiile despre el (P2) şi se apasă Ent. Se vor afişa valorile lui D, E, H, adică distanţa înclinată dintre prisme, distanta orizontală dintre prisme şi diferenţa de nivel dintre prisme. Se vizeaz ă al treilea punct, se repetă operaţiile de mai sus. Dac ă tasta soft 5 este setat ă pe opţiunea 1-P se vor obţine valorile D, E, şi H între primul punct (P1) şi al treilea punct (P3), iar dacă tasta soft 5 este setat ă pe opţiunea P-P, se vor obţine valorile D, E, şi H între al doilea punct vizat (P2) şi al treilea punct (P3). După terminarea măsur ătorilor în acest subprogram, dacă se trece în pagina 2 a meniurilor se poate ob ţine aria suprafeţei mărginită de prismele P1, P2, …, Pn, prin apelarea tastei soft 1, respectiv Sup. Dup ă apelarea tastei se afi şează aria suprafeţei şi numărul punctelor măsurate pe conturul acesteia.
Subprogramul Înalţime obiect Subprogramul „Înălţime obiect” permite măsurarea înalţimii unui obiect cu precizie f ăr ă a instala prisma pe obiectul respectiv.
P
St
Se aşează instrumentul în staţie la o distanţă aproximativ egală cu înălţimea obiectului de determinat. Se aşează prisma pe verticala punctului care se determin ă. Cu ajutorul tastei INP, sau prin apelarea programului Introducere, se introduc valorile în ălţimilor instrumentului şi a prismei. Se apelează subprogramul Înălţime obiect şi se continuă lucrul în el cu Ent. Apar două posibilităţi. Se afişează: - staţionare precedentă (numai cota) - măsurare punct de referinţă În primul caz trebuie s ă se introducă cota staţiei şi va rezulta cota punctului care se determin ă. În al doilea caz se cere introducerea informa ţiilor despre punct şi în acelaşi timp se afişează pentru verificare înălţimile aparatului şi a reflectorului. Se vizează reflectorul aşezat pe verticala punctului şi se declan şează măsur ătoarea cu Ent. Pentru scurt timp se afi şează pe prima linie a display-ului de pe Rec elementele referitoare la relaţia staţie – prismă. De asemenea este afi şată adresa unde se face înregistrarea. Se vizeaz ă apoi cu luneta punctul care trebuie determinat şi se declanşează măsur ătoarea cu Ent. Pe prima linie se afi şează distanţa orizontală până la prismă, decalarea punctului vizat fa ţă de verticala prismei şi diferenţa de nivel dintre centrul de vizare al aparatului şi punctul care se m ăsoar ă.
Subprogramul Distan ţă punct-dreaptă Permite ridicarea detaliilor prin metoda coordonatelor rectangulare sau metoda coordonatelor echerice sau metoda absciselor şi ordonatelor (aceeaşi metodă cu 3 denumiri).
Y 1 3
2
1
3
2
P1
P2 X
1 2 3
St
După apelare se confirmă lucrul cu Ent şi apar două variante:
SISTEM LOCAL SISTEM DE COORDONATE
2. Sistem de coordonate. Este necesar s ă se cunoască şi s ă se introducă sau să se citească din memoria aparatului. 1. Sistem local Apar două soluţii:
coordonatele punctului de sta ţie de la tastatur ă
STATIONARE PRECEDENTA (numai cota) MASURARE PUNCT i
Prima variantă: se folosesc numai cote. A doua variantă: se vizează prima prismă (P1), se introduc informaţiile despre punct şi se declanşează măsur ătoarea cu Ent. Se afişează pentru scurt moment elementele referitoare la relaţia aparat-prismă, după care se cere vizarea prismei P2. Se vizeaz ă prisma şi se apas ă Ent. Se afişează pe primul rând coordonatele lui P2 în raport cu P1, considerând linia P1-P2 ca axa X. Astfel YP2 = 0, iar XP2 va fi distanţa orizontală. Pe linia a doua se afi şează coordonatele punctului de staţie în raport cu aceea şi axă de lucru P1-P2; originea axei P1. Se apasă apoi tasta Ent pentru înregistrarea acestor valori. Se vizeaz ă apoi pe rând prisma din punctele de detaliu 1, 2, 3,…n, declan şând de fiecare dată măsur ătoarea cu Ent. După fiecare măsur ătoare se afişează pe prima linie valorile lui X, Y, ∆h pentru fiecare punct de detaliu. Revenirea în programul apelator se face cu tasta Men.
Subprogramul Plan vertical Permite aplicarea aceleiaşi metode de ridicare a detaliilor pe o faţadă de clădire.
i
i
P1
P
P2
i
Prismele se aşează la colţurile clădirii. După apelare se confirmă cu Ent. Apar două variante:
STATIONARE PRECEDENTA (numai cota) MASURARE PUNCT i
Se alege varianta „m ăsurare punt i” şi apare mesajul să se introducă informaţii despre P1, după care se declan şează cu Ent. Se procedeaz ă la fel şi pentru P2. Paşii şi afişajele sunt aceeaşi ca la prima metodă. Se plasează apoi o prismă la sol pe verticala pe care se g ăsesc punctele de detaliu. Se vizeaz ă şi se declanşează măsur ătoarea. Apoi se vizeaz ă detaliile pe clădire şi se apasă Ent. Se vor afişa valorile: zero pentru y, valoare oarecare pentru x, valoare oarecare pentru z. Pentru determinarea detaliilor dispuse pe alt ă verticală se aşează prisma la sol pe verticla respectivă şi se reia lucrarea. Diferenţa dintre cele dou ă metode: la Plan vertical nu este necesar să se pună prisma în fiecare punct de detaliu. Revenirea în meniul apelator se face cu Men.
Programul 6 – COORDONATE Programul Coordonate poate fi apelat din prima pagin ă a meniului principal prin ap ăsarea tastei 6. După apelarea programului se afi şează 5 subprograme:
STATIONARE STATIONARE PCT. CUNOSCUT LIBERA PUNCTE STATIONARE (nivelment) RADIATE TRASARE
Subprogramul Sta ţionare punct cunoscut. După apelarea subprogramului se afi şează înregistr ările din memorie. Programul permite introducerea coordonatelor punctului de staţie pe linia curentă de afişaj, respectiv linia 2. Introducerea coordonatelor se poate realiza in dou ă moduri: direct de la tastatur ă sau prin alegerea coordonatelor din memoria aparatului, coordonate ce sunt înregistrate deja în memorie. In primul caz se foloseşte tasta soft 3 (tasta Inp). Dup ă acţionarea ei se deplaseaz ă dreptunghiul în care este permis ă introducerea datelor pe pozi ţia dorită (X,Y, Z sau informaţii despre punct), folosind s ăgeţile. Se apasă Ent pentru apariţia prompter-ului şi cu tastele numerice se introduc valorile coordonatelor şi apoi numărul punctului. După fiecare introducere se confirmă cu ent. Apoi cu Men ap ăsată de două ori apare mesajul dacă „se înregistrează setul de date”. Se r ăspunde de regulă Da; cu Nu se revine în meniul principal. Se apasă din nou Men şi se afişează pe linia curentă coordonatele staţiei. A doua cale foloseşte tastele soft de la 5 la 9. 5. Uad - ultima adresă 6. ?Ad – se cere specificarea adresei. 7. ?Pt – se cere specificarea num ărului punctului 8. ?PI – se cere specificarea informa ţiei despre punct 9. ?↓ - se caută prin defilarea înregistr ărilor până la valoarea pe care o cunoa ştem (cota staţiei). După introducerea coordonatelor sau g ăsirea lor în memorie se confirmă cu Ent şi apare mesajul de selectare a orient ării, care ofer ă două posibilităţi.
INTRODUCEREA UNUI AZIMUT MASUR. SPRE PUNCT DE LEG. CUNOSC.
a) Introducerea unui azimut b) Măsurare spre punct de leg ătur ă cunoscut În primul caz se introduce valoarea direc ţiei dorite (poate fi o anumit ă valoare, de regulă orientarea, dar se poate introduce şi o valoare oarecare, de exemplu 0) c ătre un punct de
referinţă. După confirmarea valorii direcţiei se vizează punctul de referinţă, se introduc informaţiile referitoare la punctul vizat şi se confirmă cu Ent. Apare mesajul „Sta ţionare corect ă?” R ăspunsul cu Da duce la înregistrarea direc ţiei în Elta şi la memorarea staţionării iar cu Nu la saltul în programul Coordonate. În al doilea caz se vor introduce coordonatele punctului de leg ătur ă cunoscut de la tastatur ă sau din memorie, analog ca la introducerea coordonatelor punctului de sta ţie. In continuare se vizează punctul de legătur ă şi se declanşează măsur ătoarea. În continuare sunt afişate abaterile liniare ale punctului de leg ătur ă măsurat: dl, dq şi dz
Y P'
P
Legenda P' - punct masurat P - punctul de coordonate cunoscute dl - abatere longitudinala dq - abatere transversala
St X
ABATERI DEPASITE, MASURARE NOUA PUNCT DE LEGATURA URMATOR COMPENSARE
Apar afişate trei variante: 1. Abateri depăşite, mă surare nouă - această variantă se alege când diferen ţa între valorile măsurate între punctul de sta ţie si punctul de leg ătur ă şi valorile calculate (din coordonate) depăşesc toleranţele. 2. Punct de leg ătur ă următor – variantă aleasă în cazul în care din punctul de sta ţie se pot viza mai multe puncte de coordonate cunoscute şi se doreşte orientarea staţiei folosind mai multe puncte de legătur ă. 3. Compensare În acest caz, vor fi compensate abaterile rezultate, urmând a fi calculate valorile orient ării şi a scării. Apar taste soft noi : Del (Fct+1) – anularea m ăsur ătorii; Adi (Fct+3) – măsur ători
suplimentare; Prin confirmarea cu Ent se ajunge la meniu pentru scar ă, unde se poate selecta coeficientul de scar ă, care poate fi cel setat la meniul de introducere, cel calculat în urma efectu ării măsur ătorilor către punctele de legătur ă sau poate fi resetat la valoarea 1.000000. Dacă cota staţiei este cunoscut ă urmează saltul în meniul cu rezultate, dacă cota staţiei este necunoscut ă, apare mesajul dac ă „Se calculeaz ă cota?”. Dacă se r ăspunde cu Nu apare meniul cu rezultate, dacă se r ăspunde cu Da se va introduce cota punctului de sta ţie de la tastatur ă sau
din memorie, cu ajutorul tastelor soft. Dup ă confirmarea cotei cu Ent se va afi şa meniul cu rezultate în care apar rezultatele staţionării, respectiv coordonatele punctului de sta ţie X, Y, Z, factorul de scar ă şi unghiul de orientare a sta ţiei. Apare mesajul „Staţionare corectă?”. R ăspunsul cu Da duce la memorarea sta ţionării, iar cu Nu la saltul în programul Coordonate.
Subprogramul Sta ţionare nivelment. Acest program este folosit pentru ob ţinerea cotelor punctelor de sta ţie cu o precizie comparabilă cu cea a nivelmentului geometric. Dup ă apelare se confirmă cu Ent şi apoi se introduce numărul staţiei căreia i se va determina cota şi se confirmă cu Ent. Se cere apoi apelarea punctului a c ărei cotă se cunoaşte. Punctul se apeleaz ă din memorie sau se introduce cota de la tastatur ă. După confirmarea introducerii se cere m ăsurarea spre punctul cotat prin vizarea prismei. Pe ecran sunt afi şate înălţimile prismei şi a instrumentului (pentru verificare). Se declanşează măsur ătoarea şi se afişează trei variante: 1. Abateri depăşite, mă surare nouă - această variantă se foloseşte când valoarea lui dz afi şată depăşeşte toleranţa. 2. Punct de leg ătur ă următor - variantă utilizată când se vor alege cel pu ţin două determinări plecând de la două puncte de cote cunoscute. 3. Compensare – este varianta care se alege când abaterea nu este dep ăşită, dz încadrându-se în toleranţă. După compensare va fi afi şată cota staţiei şi mesajul „Staţionare corectă?”. R ăspunsul cu Da duce la memorarea sta ţionării, iar cu Nu la saltul în programul Coordonate.
Subprogramul Trasare. Subprogramul Trasare este folosit la trasarea unui punct din proiect. Se cunosc fie coordonatele punctului ce urmeaz ă a fi trasat, fie elementele de trasare ale acestuia: distan ţa orizontală, orientare şi cota. Acest subprogram poate fi aplicat numai dup ă trecerea prin subprogramul 1 „Staţionare punct cunoscut”. După apelarea lui se confirmă cu Ent, apoi se afişează datele staţiei şi mesajul dacă „Staţionarea este corect ă?”. Se r ăspunde cu Da şi se afişează cele doua variante:
COORDONATE: X Y Z DISTANTA SI AZIMUT: E HZ H
1. Coordonate: X, Y, Z 2. Distan ţ a şi azimut: E, Hz, H În prima variantă se va efectua trasarea când se dau coordonatele punctului de trasat X,Y,Z. Pe display se afi şează înregistr ările din memorie şi operatorul va trebui să aducă pe linia curentă punctul proiectat care trebuie trasat, dac ă acesta a fost înregistrat în memorie în prealabil la birou, sau va introduce pe linia curentă coordonatele punctului proiectat folosind tasta soft 3 (Inp) şi tastatura.
Se apasă tasta Men, va apare mesajul dac ă se înregistrează datele. Se r ăspunde cu Da. În continuare se vizeaz ă prisma aşezată aproximativ pe locul unde se găseşte punctul din proiect şi se declanşează măsur ătoarea cu Ent. Pe display se afi şează pe prima linie abaterile dl, dq şi dr – care sunt diferente longitudinale, transversale şi de nivel, iar pe linia a doua dx, dy, dz – care sunt diferente de coordonate.
P
Y P'
dx
St
Legenda P' - punctul initial P - punctul din proiect cunoscute dx - diferenta de coordonate pe axa X dy - diferenta de coordonate pe axa Y dl - abatere longitudinala dq - abatere transversala X
Se deplasează apoi prisma corespunz ător semnelor abaterilor, se vizeaz ă şi se declanşează măsur ătoarea din nou. Se vor afi şa alte valori. Se continua astfel cu itera ţiile până când abaterile devin zero. Pentru a doua variant ă se procedeaz ă asemănător, numai că valorile introduse sunt distanţa orizontală, orientarea şi cota. Aceste elemente de trasare se introduc folosind tasta soft 3 (Inp), iar după ce se confirmă înregistrarea lor, acestea vor ap ărea pe linia 1 a display-ului. Instrumentul se roteşte până când unghiul afişat în Elta ajunge la valoarea 0, iar pe aceast ă direcţie se va viza prisma a şezată la o distanţă aproximativ egală cu cea din proiect. Se declanşează măsur ătoarea cu Ent şi vor fi afişate corecţiile dl, dq, dr , respectiv dx, dy, dz ca în cazul anterior. Pentru anularea lui dz se ridic ă sau se coboar ă prisma până când dz devine 0. Revenirea la meniul Coordonate se face cu tasta Men.
Subprogramul Sta ţionare liberă. Acest subprogram permite determinarea coordonatelor punctului de sta ţie prin intersecţie înapoi. După apelare se confirmă cu Ent şi se introduce numărul punctului de staţie. După confirmarea introducerii se afişează înregistr ările din memorie şi mesajul „Apelare punct de legătur ă 1”. Se vizeaz ă prisma din punctul de legătur ă 1, după ce acesta a fost adus pe linia curentă de înregistrare sau i-au fost introduse coordonatele de la tastatur ă. După vizarea prismei se apasă Ent, se declanşează măsur ătoarea. Se cere apoi „Apelare punct de leg ătur ă 2”. Se aduc coordonatele punctului de leg ătur ă 2 pe linia curent ă din memorie sau se introduc de la tastatur ă. Se vizeaz ă apoi prisma aşezată în punctul 2 si se declan şează măsur ătoarea. După măsurare se afişează cele 3 situaţii cunoscute deja de la subprogramul Sta ţionare punct cunoscut: 1. Abateri depăşite, mă surare nouă 2. Punct de leg ătur ă următor
3. Compensare Dacă abaterile se încadrează în toleranţe, prin compensare vor fi calculate coordonatele plane ale punctului de staţie. Se afişează mesajul „Se calculeaz ă cota?”, iar prin r ăspunsul cu Da se va calcula cota punctului de sta ţie din punctele de legătur ă, aşa cum s-a ar ătat în subprogramul Staţionare nivelment. În final sunt afişate coordonatele finale ale punctului de sta ţie. Revenirea în meniul apelator se
face cu tasta Men.
Subprogramul Puncte radiate. După apelarea acestui subprogram se confirm ă lucrul cu Ent şi apar două variante:
SISTEM LOCAL SISTEM DE COORDONATE
1. Sistem local 2. Sistem de coordonate. În cazul 1, în care de la început se dore şte lucrul în sistem local, nu este necesar ă trecerea prin subprogramul „Staţionare punct cunoscut” În acest caz punctul de sta ţie are coordonatele zero. Pentru varianta a doua este necesar ă trecerea prin subprogramul „Staţionare punct cunoscut”. Se parcurg paşii necesari respectivului subprogram, iar dup ă r ăspunsul afirmativ la întrebarea „Staţionarea este corect ă?”, se cere măsurarea punctului radiat. Se vizeaz ă prisma din punctul radiat, se declanşează măsur ătoarea cu Ent, se afi şează coordonatele rectangulare ale punctului măsurat, cerându-se informaţii despre punctul radiat următor. În cazul în care tasta soft pentru incrementare este activată (Ion), numărul punctului se schimbă automat cu valoarea incrementului.
Programul 10 – EDITOR Programul Editor poate fi apelat din pagina a doua a meniului principal şi permite trecerea în revistă a înregistr ărilor din instrument pentru a verifica: formatul înregistr ărilor, valorile dintro înregistrare în vederea edit ării sau pentru a şterge înregistr ări din memorie. Astfel prin activarea tastei soft Del programul Editor permite anularea liniilor de date. Programul Editor permite editarea înregistr ărilor din memorie prin activarea tastei soft Edt, precum şi introducerea unor valori în memorie sau pe o linie de înregistrare, folosind tasta soft Inp. De asemenea poate fi introdus un cod suplimentar la un şir de linii de date cu ajutorul tastei soft Cad sau a unei întregi linii de informaţii cu ajutorul tastei soft Inf. În acest program sunt active o serie de taste soft, utile pentru c ăutarea înregistr ărilor ce vor fi editate sau şterse: Uad – afişarea ultimei adrese. Anularea sau transferarea ultimei adrese; ?Ad – căutarea în memorie după adresă ?Pt – căutarea în memorie după un număr de punct
?PI – căutarea în memorie după linii cu un identificator stabilit de detaliu ?↓ - se caută prin defilarea înregistr ărilor până la valoarea pe care o cunoa ştem şi dorim să o edităm sau să o ştergem. Tot – ştergerea tuturor liniilor de date.
Programul 11 – TRANSFER DATE Acest program are scopul de a permite transferul datelor înregistrate în memorie la un periferic pentru editare şi prelucrare sau transferul de date de la periferic la instrument în operaţiile de trasare. Pentru transferul datelor este necesar s ă se instaleze programul de transfer date, furnizat de fabricant, într-un computer, iar sta ţia totală să fie conectată la computer cu ajutorul unui cablu de conectare. Selectarea direcţiei de transfer a datelor se face folosind cele dou ă subprograme ce apar în meniul iniţial al programului. Comunicarea între tahimetrul electronic Rec Elta 5 şi periferic se poate face numai dac ă parametrii necesari transferului sunt setaţi corect atât la instrument cât şi la periferic. Astfel se va verifica ca parametrii de transfer existen ţi: viteza de transfer (baud rate), num ărul de biţi, paritatea, etc. să fie setaţi identic atât în programul de transfer din computer cât şi în subprogramul „Parametrii de transfer” din Rec Elta. Transferul datelor de la Rec Elta la periferic cere selectarea datelor ce vor fi f ăcute folosind tastele soft din linia a patra a display-ului. A→A – transferul datelor de la adresa i la j Adr – transferul unei adrese exacte P→P – transferul de la num ărul punctului i la numarul punctului j Pt – transferul unui număr de punct stabilit. Tot – transferul tuturor adreselor din memorie. După înregistrarea selecţiei transferul va deveni efectiv numai dac ă vom da un r ăspuns afirmativ mesajului afişat pe display. Datele transferate vor fi salvate într-un fi şier de tip text, cu extensia .dat. 4.2. Rec Elta 13C
Model îmbunătăţit al lui Rec Elta 5. Este un instrument de precizie (afi şează secunda). Precizia de măsurare este de ± 7 – 10cc. Are compensator la cercul vertical cu 2 axe. Afi şează şi eroarea de compensare pe cele 2 axe. Are un singur tablou de comand ă şi un singur display. Pornirea se face cu tasta FCT. Oprirea se face cu tasta FCT şi TAB simultan. Rec Elta 13C nu mai are modul de memorie, în schimb are cartel ă. Are memoria internă de aproximativ 1200 de blocuri (puncte măsurate) şi capacitatea de înregistrare a instrumentului poate fi mărită până la 0.5; 1.2 sau 2 MB. Rec Elta 13C are un meniu principal cu o singur ă pagină cu numai 6 programe. MASURARE
REGLAJE (PREGATIRE) TRANSFER DATE EDITOR
COORDONATE SPECIAL
1
2
3
6
7
8
Iniţializarea instrumentului se face atât pentru cercul vertical prin bascularea lunetei cât şi pentru cercul orizontal. După cuplarea alimentării aparatului îşi face singur un test dup ă care cere operatorului să realizeze iniţializarea. După iniţializare apar mesaje ca: - cartelă neintrodusă; - introdu cartela DA/NU. Apoi se afişează meniul principal.
Programul M ăsurare: 1 Pe prima linia apar submeniurile de m ăsurare: Hz-V; D-Hz-V; E-Hz-H şi X-Y-Z. Apar trei taste soft: Sta – pentru verificarea st ării parametrilor; Bat – controlul bateriei; Set – setări de citiri 0 sau oarecare. Se începe lucrul cu Ent . De regulă se procedeaz ă astfel: - se verifică starea parametrilor: înălţimea instrumentului, a prismei, constanta adi ţională, factorul de scar ă, eroarea de index, de colima ţie, valorile înclinărilor axului principal, unităţi de m ăsur ă, originea pentru unghiul vertical şi sistemul de coordonate, valoarea presiunii şi a temperaturii. Se fac schimb ările şi se apasă Men. Pentru introducerea de valori pe o anumit ă direcţie se apasă tasta soft Set, se confirmă şi cu tasta soft 6 se introduc informa ţii despre staţie. Se introduce apoi informaţia despre punctul de referin ţă. Se activează sau nu tasta de incrementare (3). Se verifică elementele pe care le m ăsoar ă instrumentul (ele sunt afişate pe prima linie) şi eventual se schimb ă folosind tastele soft 7 sau 8, dup ă care se vizează punctul şi se declanşează măsur ătoarea. După măsurare şi înregistrare automat numărul punctului creşte cu o unitate când tasta soft de incrementare 3 este activat ă şi se introduc informaţii despre punctul următor. Programul Coordonate 2: După apelare afişează 6 subprograme: STATIONARE PUNCTE POLARE PUNCT CUNOSCUT JALONARE STATIONARE LIBERA (TRASARE) PROGRAM PC SUPRAFATA
1
2
3
6
7
8
Subprogramul 1) Staţionare în punct cunoscut: - identic cu Rec Elta 5, precum şi subprogramul 2) Staţionare liber ă. Subprogramul 3) Program PC lucreaz ă când este introdusă cartela Subprogramul Puncte polare corespunde metodei radierii de la Rec Elta 5. Subprogramul Jalonare (sau trasare) este folosit la proiectele de trasare când se dau coordonatele punctului de trasat sau distan ţele şi unghiurile orizontale.
Subprogramul Suprafaţa d ă direct valoarea suprafeţei când se măsoar ă puncte de pe conturul unei suprafeţe. Programul permite calculul ariei şi prin introducerea coordonatelor punctelor de pe contur de la tastatur ă sau din memoria aparatului.
Programul Special 3: STATIONARE IN ELEVATIE
PROGRAME PC
DISTANTA PCT - DREAPTA DISTANTE
1
2
3
6
Subprogramul Staţionarea în elevaţie – ca la Rec Elta 5 Subprogramul Distanţă punct-dreaptă – corespunde metodei coordonatelor echerice de la Rec Elta 5 Subprogramul Distanţe: - măsurarea între două prisme la Rec Elta 5. Program PC – lucrează cu cartelă. Un prim program PC permite lucrul cu programele din cartel ă, care sunt practic tot programe pentru probleme speciale: - trasări de curbe; intersecţia unei drepte cu o curb ă; intersecţia a două curbe; trasări de profile longitudinale şi transversale; calculul şi compensarea unei drumuiri. Avantajul programelor de pe cartelă este că ele pot fi modificate după dorinţa operatorului. În acelaşi timp operatorul îşi poate face programe proprii care s ă fie executate cu aparatul.
Programul Reglaje – Preg ătire 6: 1
2
3
5
6
7
9
SETARI UNITATI AFISAJ SEMNAL EDM COMPENSATOR
INDEX V / COLIMATIE Hz
PROIECTIE CORECTII
Sunt 7 subprograme: Index V / Colimaţia Hz – verifică eroarea de colimaţie la cercul vertical şi orizontal; Compensator – la fel ca la Rec Elta 5. Semnal EDM – verifică coaxialitatea între axa optică şi cea a fscicolului distomatului. Afişajul are acelea şi caracteristici ca la Rec Elta 5. Unit ăti şi Setări sunt identice cu cele de la Rec Elta 5. Subprogramul 8 Centru de proiec ţie foloseşte introducerea corecţiei datorate planului de proiecţie folosit prin introducerea coordonatelor medii ale centrului zonei şi a cotei medii. Programele Transfer date şi Editor sunt identice ca la Rec Elta 5.
5. Topcon
Firma Topcon produce o gam ă largă de staţii totale, fiind unul din cei mai mari producători de echipamente şi sisteme de măsurare. „The total station is our own invention ” conform siteului „http://www.topcon-positioning.eu/” arată interesul firmei în aceast ă direcţie. Staţiile totale au prefixul GTS şi GPT.
Seria GTS
Seria GPT 3000
Seria GPT 7500
Seria GPT 9000
Staţia totală IS (Imaging Station)
5.1. Sta ţ ia total ă TOPCON GTS-602
1. Lentilele obiectivului 2. Sistem de gidare 3. Mâner de cărat 4. Colimator 5. Şurub de prindere a mânerului 6. Marcă de măsurare a înălţimii 7. Dispozitiv de centrare optică 8. Muf ă pentru alimentare la bateria externă 9. Muf ă pentru cablu transfer date 10. Ambaza 11. Şuruburi de calare 12. Tastatura 13. Display
1. Manşon de focusare a lunetei 2. Şurub de prindere a mânerului 3. Marca de măsurare a înălţimii 4. Buton de on/off 5. Baterie 6. Şurub de mişcare fină în plan orizontal 7. Clemă de blocare a mişcării fine în plan orizontal 8. Şurub de fixare în ambaz ă 9. Şuruburi pentru rectificarea nivelei sferice 10. Nivela sferică 11. Nivela torică 12. Şurub de mişcare fină în plan vertical 13. Clemă de blocare a mişcării fine în plan vertical 14. Reticulul lunetei 15. Braţe de apucare a lunetei
5.2. Descrierea aparatului Este o staţie totală produsă de firma TOPCON. Este o sta ţie totala numai cu înregistrare internă, memoria ei fiind de 2 MB pentru programe şi 320 Kb pentru înregistrarea datelor, care asigur ă o înregistrare a aproximativ 5000 de puncte. Instrumentul are o precizie de măsurare a unghiurilor de 2” (0,6 mgon) iar precizia de măsurare a distanţelor este de ± 2 mm + 2ppm. Este prev ăzut cu un compensator biaxial ce actionează în intervalul de pâna la 3’. Dispozitivul de centrare are puterea de m ărire de 3x, iar intervalul de focusare este de la 0.5 m la ∞. Puterea de mărire a lunetei este de 30x. Unitatea EDM măsoar ă cu o singur ă prismă până la 3 km în cazul de vizibilitate foarte bună. Conţine un set de programe pentru diferite tipuri de m ăsur ători precum: trasare (LAYOUT), determinarea cotei unui punct inaccesibil (REM), determinarea distan ţei dintre două prisme (MLM) şi un program destinat pentru efectuarea drumuirilor cu radiate (STDSURVEY). Tastatura este usor de folosit ea cuprinzând 6 taste func ţionale (F), 15 taste numerice/alfanumerice, precum şi 1 buton de on/off situat pe um ărul lunetei. Displayul are 10 linii a câte 40 caractere fiecare, în care sunt afi şate datele măsurate precum şi informaţii pentru ghidarea sistematică a operatorului.
5.3. Modul de măsurare în programul STANDARD SURVEY După punerea în staţie şi calare, pornim instrumentul de la butonul ON/OFF, pe display vor apărea 6 pictograme, fiecare pictogram ă având sub ea asociat ă câte o tastă funcţională de la 1 la 6.
5.4. Descrierea meniurilor MENIUL SETUP
Conţine submeniurile JOB, SYSTEM OPTIONS, JOB OPTIONS, SCALE FACTOR, TEMPERATURE/PRESIUNE. În submeniul JOB se poate crea un nou proiect, se poate deschide un proiect existent sau se poate sterge un proiect În submeniul SYSTEM OPTIONS se setează modul de măsurare a unghiurilor verticale (unghiuri zenitale sau unghiuri de pant ă), modul de afişare în fişier a coordonatelor rectangulare, formatul fişierului de date, precum şi optiunea de afisare sau nu a coordonatelor în timp real. Submeniul JOB OPTIONS permite modificarea parametrilor, cum ar fi unităţile de măsur ă pentru distanţe şi unghiuri. Submeniul SCALE FACTOR perimte setarea unui factor de scar ă atunci când lucr ăm direct în planul de proiec ţie. TEMPERATURE/PRESSURE permite introducerea temperaturii şi presiunii dacă acestea au fost măsurate. Daca nu se seteaz ă aceşti parametri ei sunt defini ţi implicit de aparat. MENIUL RECORD Conţine submeniurile
OCCUPATION POINT, BACKSIGHT POINT, BACKSIGHT OBSERVATIONS, FORESIGHT OBSERVATIONS, SIDE SHOT OBSERVATIONS. Submeniul OCCUPATION POINT permite introducerea punctelor de sta ţie. În acest submeniu putem introduce num ărul punctului de staţie, înalţimea instrumentului, codul
punctului şi coordonatele X, Y, Z. Dac ă nu se seteaz ă coordonatele punctului de sta ţie, programul preia implicit un set de coordonate din fişierul de date. Submeniul BACKSIGHT POINT se refer ă la punctul de orientare al sta ţiei. Acest submeniu permite setarea cercului orizontal pe o anumită direcţie sau selectarea unui punct de coordonate cunoscute din memoria instrumentului. Prin activarea submeniului BACKSIGHT OBSERVATIONS se declan şează operaţia de măsurare a unghiului orizontal, unghiului vertical precum şi a distanţei către punctul de orientare. Submeniul FORESIGHT OBSERVATIONS declanseaz ă măsuratoarea către punctul din faţă al drumuirii. SIDE SHOT OBSERVATIONS permite măsurarea punctelor radiate din drumuire. Pentru a efectua o drumuire cu radieri prin acest program trebuie parcur şi următorii pasi: 1. Meniul SETUP Æ Submeniul JOB Æ NEW JOB 2. Meniul RECORD Æ Submeniul OCCUPATION POINT Æ Introducerea punctului de staţie 3. Meniul RECORD Æ Submeniul BACKSIGHT POINT Æ SET 4. Meniul RECORD Æ Submeniul BACKSIGHT OBSERVATIONS Æ ENTER 5. Meniul RECORD Æ Submeniul FORESIGHT OBSERVATIONS Æ ENTER 6. Meniul RECORD Æ Submeniul SIDE SHOT OBSERVATIONS Æ ENTER Numerotarea punctelor de detaliu se face in mod automat. În cazul în care se schimb ă punctul de staţie, se reiau toate opera ţiile de mai sus, mai puţin prima operaţie, care odată stabilită r ămâne neschimbată pe tot parcursul sesiunii de m ăsurare. MENIUL XFER permite transferul de fisiere din aparat c ătre o unitate de calcul (PC) sau invers.
5.5. Topcon Seria GTS 220 Seria GTS 220 cuprinde instrumente GTS-223, GTS-225, GTS-226 şi GRS 229, unde ultima cifr ă prezintă precizia de măsurare electronică a unghiurilor (abaterea standard bazat ă pe DIN 18723) în secunde sex, respectiv 3”, 5”, 6” şi 9”. Display-ul foloseşte un ecran LCD care are 4 linii şi 20 de caractere pe linie. În general, primele trei linii din partea de sus a display-ului afişează datele măsurate, iar linia de jos afişează funcţiile tastelor soft care modifică modul de măsurare.
Afişajul ecranului are următoarea semnificaţie:
Tastele instrumentului au următoarele funcţii:
Tasta
Numele tastei Funcţia Tasta pentru măsurarea Modul de măsurare pentru coordonate coordonatelor Tasta pentru distanţelor
ANG
măsurarea Modul de măsurare pentru distanţe
Tasta de măsurare a unghiurilor
Modul de măsurare pentru unghiuri
Tasta meniu
Comută între modul meniu şi modul normal. Se foloseşte şi pentru a seta aplica ţiile de măsurare. Permite revenirea la modul de măsurare sau la nivelul de lucru anterior Intrare în modul Colectare Date direct din modul normal de măsurare. Poate fi folosită şi ca tast ă de înregistrare în modul normal de măsurare. şi Permite pornirea închiderea
MENU Tasta Escape ESC
Tasta de ON/OFF
POWER F1-F4
instrumentului. Taste funcţie (sau soft)
Funcţiile tastelor soft sunt următoarele:
R ăspund mesajelor afişate.
Structura programelor este prezentată în schema următoare: Prin apăsarea taste [MENU], instrumentul intr ă în acest mod de lucru în care sunt posibile efectuarea de măsur ători speciale şi diverse reglaje ale instrumentului.
6. Instrumente Sokkia
6.1. Sokkia SET 3
Are o tastatur ă elementar ă care permite operatorului să-şi dea seama dup ă inscripţiile de pe taste ce trebuie s ă facă.
0 SET
+/RCL
S-O
7
8
9
4
5
6
CE
CA 0
1
2
3
ENT
Selectarea modului teodolit - Opreşte introducerea datelor înainte de ap ăsarea tastei Enter - Stop măsurare şi transfer în modul de baz ă (unghi şi distanţă)
CA
0 SET
-
Fixarea unghiului orizontal la zero. Confirmarea fix ării la 0 se face ap ăsând tasta Enter. Când utilizăm opţiunea măsurarea distanţei între două puncte fixăm punctul de start la valoarea ultimului punct măsurat.
-
+/RCL
-
Schimbă semnul înaintea datei înaintea introducerii. Recheamă datele de la memorie. 7
-
Introduce cifra 7 Măsoar ă distanţa înclinată 8
-
Introduce cifra 8 Măsoar ă distanţa orizontală 9
-
Introduce cifra 9 Măsoar ă diferenţa de nivel
CE
-
Introduce valori Măsoar ă unghiul orizontal spre stânga, spre dreapta sau prin metoda repeti ţiei
-
EDM pentru localizarea prismei Poate fi setat pe On sau Off S-O
-
Introducerea punctului zecimal Trasare distanţe 4
-
Introduce cifra 4 Măsoar ă coordonate X şi Y 5
-
Introduce cifra 5 Măsoar ă de la distanţă înălţimi ale obiectelor 6
-
Introduce cifra 6 Măsoar ă distanţa orizontală între două prisme
-
Afişează unghiul de înclinare al axei principale
-
Iluminarea displayului şi a reticulului lunetei 0
-
Introduce cifra 0 Introduce unghiul orizontal dorit 1
-
Introduce cifra 1 Introduce distanţa de trasat 2
-
Introduce cifra 2 Introduce unghiul orizontal de trasat
3
-
Introduce cifra 3 Introduce coordonatele sta ţiei
ENT
- Asigur ă transferul datelor introduse în memorie şi confirmarea intr ărilor cu 0 SET
Instrumentul este lipsit de memorie internă pentru înregistrarea datelor. Datele se înscriu manual în carnetul de teren. Tipurile urm ătoare de instrumente înl ătur ă acest inconvenient. Performanţele lui SET3 pot fi îmbunătăţite prin utilizarea unui carnet electronic de teren, compatibile fiind SDR4, SDR20, SDR31, SDR33. Carnetele electronice de teren au diferite performan ţe si capacităţi. Primele carnete electronice au folosit numai la înmagazinarea datelor, urm ătoarele tipuri au prevăzut şi programe specializate care permit cre şterea performanţelor instrumentului. În momentul în care carnetul de teren este interfaţat la instrument, comanda instrumentului se face de la tastatura carnetului. SET3 este o sta ţie de precizie ridicat ă alături de SET 2 şi SET 4. SET5 şi SET6 sunt staţii totale de precizii medii. Următoarele staţii totale SOKKIA au fost cele din seria SET2000, SET3000 care au îmbun ătăţit staţiile totale obişnuite. Acestea nu mai au nevoie de carnete electronice de teren. Power SET3000 este ultima sta ţie totală SOKKIA care are carnetul electronic încorporat, folose şte atât reflectoare cât şi aplice reflectorizante pentru distanţe mai mici de 20 m. Panoul de comand ă are 8 linii şi 20 de coloane, iar microcalculatorul încorporat rulează programe într-un sistem de operare compatibil MS-DOS. Programele sunt dechise în sensul c ă pot fi completate de c ătre operator cu programe sau subprograme noi. Power SET3000 are o capacitate de înregistrare pentru 1500 de blocuri, dar aceasta poate fi mărită cu ajutorul unei cartele PCMCIA de la 0,5 la 1,2 Mb. Cu aceste staţii totale din ultima genera ţie se pot efectua lucr ări ce de exemplu: - drumuiri cu radieri (atât calcul cât şi compensare) - intersecţii înapoi şi înainte - ridicarea detaliilor clădirilor - trasări de aliniamente şi de cote - transcalcul de coordonate - calcul de suprafe ţe - trasarea prin metoda absciselor şi ordonatelor - executarea profilelor transversale şi longitudinale.
6.3. Modul de m ăsurare cu SET3 1. M ă surarea unghiurilor şi a distan ţ elor După aşezarea în staţie se face indexarea cercurilor prin rotirea lunetei şi apoi a teodolitului în jurul axei VV. Indexarea este confirmată printr-un mesaj sonor; se apas ă tasta CA pentru trecerea aparatului în starea de a şteptare. Se introduce 0 pe direcţia de vizare astfel:
CA – SET – ENT - CA Se vizează prisma aşezată în punctul în care ne intereseaz ă, iar după caz declanşarea măsur ătorii se face prin apăsarea tastelor 7, 8, 9 sau 4. In fiecare dintre cazuri sunt afişate valorile măsurate la fiecare 5 secunde. Pentru oprire se apasă tasta CA. Astfel cu tasta 4 se ob ţin creşteri de coordonate sau coordonate, cu tasta 7 – distanta înclinată şi unghiul zenital, cu tasta 8 distan ţa orizontală şi unghiul orizontal, cu tasta 9 diferenţa de nivel şi unghiul zenital. Dacă dorim unghiul orizontal şi unghiul vertical se apasă tasta teodolit. 2. M ă surarea coordonatelor După aşezarea instrumentului în staţie se introduc coordonatele punctului de
CA – 3 – (coordonata X) – ENT – (coordonata Y) – ENT - CA
staţie astfel:
Se vizează prisma în punctul în care se doresc coordonatele, se apas ă tasta ENT şi apoi CA. In sistem local axa X este pe direc ţia primei vize. În sistem general dup ă introducerea coordonatelor punctului de sta ţie se introduc coordonatele punctului de referin ţă, după care se vizează şi se apasă ENT. În continuare se vor viza punctele ale c ăror coordonate vrem să le determinăm. 3. M ă surarea înăl ţ imii unor obiecte de la distan ţă Se repetă operaţiile de la început (centrare, calare, indexarea cercurilor), se a şează reflectorul pe verticala obiectului ce trebuie determinat, se introduce în ălţimea reflectorului apăsând tasta 1 şi ENT, se vizează prisma şi se apasă tasta 7. După afişare se apasă tasta CA. Se vizează obiectul a cărei înălţime trebuie determinată şi se apas ă tastele:
S-O – 5 - CA 4. Trasarea pe teren a unui unghi din proiect După iniţializare se apasă tasta CA. Se vizează latura de referinţă cu unghiul şi se apasă tasta 2. Se introduce valoarea unghiului şi se confirmă cu ENT. Se vizeaz ă reflectorul de pe a doua latur ă a unghiului aproximativ şi se apasă tastele S-O şi teodolit. Pe ecranul inferior se afi şează unghiul orizontal măsurat, iar pe cel superior diferenţa dintre unghiul măsurat şi cel proiectat. Se deplaseaz ă reflectorul în stânga dacă semnul este minus sau în dreapta dacă semnul este plus. 5. Trasarea pe teren a unei distan ţ e Se introduc valoarea distan ţei ce se va dori a fi trasat ă: 1 – (valoare distanţă) – ENT - CA Se vizează reflectorul aşezat aproximativ la distanţa dorită şi se declanşează operaţia de măsurare:
S-O – 7 - CA S-O – 8 - CA S-O – 9 - CA
7. Trimble Firma Trimble ofer ă o gamă variată de echipamente topo-geodezice pentru achizi ţia datelor spaţiale. În continuare sunt prezentate principalele sta ţii totale.
7.1. Trimble TS635
Sunt staţii totale dedicate lucr ărilor de constructii, cu aplicaţii şi soft specializat. Staţia totală TS635 are capabilităţi de măsurare şi f ăr ă prismă, la distanţe de pân ă la 300 de metri.
De asemenea, în modul de m ăsurare cu prismă, distanţa de măsurare ajunge şi la 5000 de metri. Cu o precizie unghiulara de 5”, sta ţia are o tastatura LCD alfa-numerica, foarte uşor de folosit. Unitatea de control (optional) externă LM80 are şi capabilităţi GPS, iar conectarea ei la staţia totală se face prin tehnologia BlueTooth. Bateriile reîncărcabile au o autonomie de 26 de ore (m ăsur ători continue la 30 de secunde).
7.2. Trimble M3
Modul de utilizare a sta ţiei Trimble M3 este intuitiv, procesul de execu ţie a măsur ătorilor poate fi insuşit uşor. Programele şi aplicaţiile software ajută la cresterea productivităţii activitatii in teren. Doar un geodez cunoa şte problemele ce se pot ivi în desf ăşurarea procesului de culegere date. La Trimble doar geodezi cu experien ţă dezvoltă produsele, ştiind foarte bine de ce are nevoie un geodez pentru a finaliza cu bine fiecare lucrare. Compania Trimble se bucur ă de o reputaţie foarte bună în dezvoltarea instrumentelor de m ăsur ă. Instrumentul Trimble M3 prin caracteristicele sale întăreşte aceast ă reputaţie.
7.3. Trimble 3600 Staţia Totală Trimble seria 3600 este un instrument care ofer ă specialiştilor ce îşi desf ăşoar ă activitatea în domeniul geodeziei s ă opereze cu una dintre cele mai performante staţii totale. Pentru creşterea eficienţei în operare, acest tip de instrument este dotat cu sistemul QuickDrive. S-au eliminat şuruburile de blocare iar şuruburile de reglare fină au fost înlocuite cu un sistem coaxial de reglare fină f ăr ă sfâr şit. Lângă sistemul QuickDrive este amplasat butonul de declanşare rapidă a măsur ătorii. Aceste caracteristici ofer ă posibilitatea creşterii siguranţei şi eficienţei în timpul lucrului. Sistemul inovativ Direct Reflex este ideal pentru efectuarea măsur ătorilor în zone greu accesibile în care poziţionarea prismei este dificil ă sau imposibilă. Permite executarea cu uşurinţă a unor lucr ări cum ar fi: determinarea înălţimii imobilelor, măsurarea obiectivelor amplasate în incinte inaccesibile sau determinarea coordonatelor obiectivelor prin trafic intens. Sistemul Tracklight este un dispozitiv care ofer ă utilizatorului posibilitatea de a comunica prin semnal luminos cu operatorul aflat la prismă. Cu ajutorul fascicolelor colorate şi prin intermitenţa luminii, operatorul de la prism ă va cunoaşte poziţia faţă de punctul care urmeaz ă a fi trasat. Unitatea de control Trimble Control Units este detaşabilă. Programul Trimble Survey Controler instalată in unitatea de control permite realizarea tuturor operaţiunilor specifice atât cu
Staţiile Totale cât şi cu receptoarele GPS. TCU este un calculator de teren cu display color, cu touch screen, sistem Bluetooth, cu speaker şi microfon incorporat. Măsur ătorile se pot vizualiza direct pe display, putându-se edita planurile direct in teren.
7.4. Trimble 5500 Statia totală 5503DR - servo are încorporat sistemul motorizat care m ăreşte productivitatea cu peste 30%. Cea mai importantă caracteristică a statiei totale Trimble 5503DR o constituie num ărul mare de programe si conceptul modular ce ofer ă specialistului o deplină liberate de operare. Staţia totală 5503DR este dotat ă în configuratia standard cu un sistem de m ăsurare prin Laser. Sistemul EDM permite determinarea distanţelor, f ăr ă prismă, pina la 600m (în funcţie de modelul ales).
Dotată cu unitate de control tip Geodimeter®, având o suită de programe preinstalate, sta ţia totală Trimble 5503DR poate fi folosită cu succes la m ăsur ătorile integrate. Formatele datelor sunt compatibile cu datele culese de alte statii Trimble sau receptoare GNSS. Conceptul modular permite ataşarea la instrument şi a unităţilor de control Trimble Control Units. Unitatea de control Trimble Control Units este deta şabilă. Programul Trimble Survey Controler instalat în unitatea de control permite realizarea tuturor operaţiunilor specifice atât cu Staţiile Totale cât şi cu receptoarele GPS. TCU este un calculator de teren cu display color, cu touch screen, sistem Bluetooth, cu speaker şi microfon incorporat. Măsur ătorile se pot vizualiza direct pe display si putem edita planurile direct in teren. 7.5. Trimble 5600 Instrumentul Trimble 5600 este prima staţie totală din lume cu un concept modular. Facilităţile oferite de upgrade-urile hard şi soft permit accesul la cele mai variate şi performante metode de măsurare. Concepţia modular ă care a revoluţionat tehnologia măsur ătorilor ofer ă posibiltatea utilizatorului să beneficieze de ultimele inven ţii şi inovaţii din domeniu şi nu în ultimul rând, permite şi esalonarea investiţiei. Staţia totală poate fi achizi ţionată ca şi un instrument servo, ulterior poate fi upgradată cu sistem autolock (sistem de urm ărire a prismei) şi cu sistem radio, pentru efectuarea măsur ătorilor robotizate. Instrumentului îi pot fi ataşate mai multe tipuri de unităţi de control. Producatorul recomanda unitatea Trimble Control Units. Prin atasarea acesteia, instrumentul devine o sta ţie de ultimă generaţie. Unitatea de control datorit ă tehnologiei touch screen permite accesarea u şoara a comenzilor şi a meniului de editare.
Având o memorie de stocare a datelor mare şi un procesor bun, pe unitate se pot instala şi alte aplicaţii. Programul de culegere de date Trimble Survey Controller este bine structurat şi usor de utilizat, iar sistemul de operare Windows CE asigur ă o interfaţă accesibilă. Indiferent de aplicaţiile în care este folosit, instrumentul Trimble 5600 î şi plasează utilizatorii în fruntea competiţiei. 7.6. TRIMBLE S 6 Prin caracteristicele unice Trimble S6 redefine şte conceptul staţiilor totale. Pe baza unei experien ţe de 50 de ani în dezvoltarea tehnologiilor compania Trimble a realizat acest instrument reuşind înglobarea tuturor conceptelor revolutionare . Sistemul servo MagDrive - mişcarea instrumentului se realizează pe pernă magnetică, sistemul servo acţionează silenţios cu viteza circular ă de 115 grade pe secundă. Sistemul Surepoint elimină erorile de colimaţie şi index, compensatorul activ şi în condiţii de vibraţii tari permite menţinerea axei de vizare în pozi ţia dorită. Sistemul MultiTrack permite urmărirea oricărui tip de prisme In statia totala Trimble S6 este inglobat si cel mai avansat sisteme de comunicare a datelor, iar ansamblul optic (Zeiss) este de cea mai buna calitate. Este un instrument modular, poate fi upgradat cu sistem de urm ărire a prismei sau cu modul radio pentru sistemul robot. Permitand upgratarea atât a softului cât şi a instrumentului, aceast ă staţie se va dezvolta în pas cu dezvoltarea afacerii dumneavoastra. Această prismă activă este unică în felul său, permite urmărirea şi efectuarea măsur ătorilor în apropierea suprafeţelor reflectante, cum ar fi semne de circulaţie, maşini, veste reflectorizante sau alte prisme. Sistemul de identificare al prismei asigura o legatura permanentă cu instrumentul. Ataşarea unităţii de control Trimble Control Units la diferitele tipuri de Staţiile Totale Trimble se realizeaz ă prin panoul de comanda al instrumentelor. Această construcţie modular ă permite utilizatorilor folosirea mai multori instrumente cu aceea şi unitate de control, acelaşi software Trimble Survey Controler pentru măsurare şi editare atât pentru Statii Totale cât şi pentru receptoare GPS 7.7. Trimble S8
interferenţei,
Statia totala Trimble S8 este dedicat ă lucr ărilor ingineresti şi de monitorizare. Caracteristicile tehnice (acurate ţe - 1" şi 1mm+1ppm) recomandă acest instrument pentru toate tipurile de lucr ări geodezice care necesită o precizie ridicată. Sistemul FineLock permite localizarea şi identificarea prismelor pe baza chiar şi pe cele amplasate la 0.5m una de alta. Sistemul Auto focus asigur ă precizia vizelor, focusare automată în centrul prismei şi la distante de peste 2500m. Sincronizarea datelor la 10Hz. Aceasta caracteristica permite urmărirea ţintelor în mişcare (prisme amplasate pe masini, ATV, ..). Sistemul este dotat de asemenea cu servo MagDrive şi sistemul Surepoint.
Atasarea unităţii de control Trimble Control Units la Staţia Totală se realizează prin panoul de comanda al instrumentelor. Sistemul de operare Windows CE permite instalarea mai multe şi programe aplicaţii inginereşti de urmărire sau monitorizare. Programul dedicat urmăririi în timp a deplasărilor Trimble 4D Control™ are inclus şi un sistem de avertizare. 7.8. Trimble S3 Noul instrument al seriei S Trimble S3 este un instrument dedicat măsuratorilor robotizate. Echipamentul include instrumentul cu radio incorporat, unitatea de control Trimble TSC2 cu radio şi binecunoscutele programe de dirijare Trimble Survey Controler, sau Trimble Access, în functie de opţiunea utilizatorului. Instrumentul înglobeaza tehnologiile inovatoare ale seriei S.: Sistemul servo MagDrive – şi sistemul MultiTrack. În staţia totală este înglobată şi cel mai performant ansamblul optic furnizat de binecunoscuta firma Carl Zeiss. Optica instrumentului permite sistemelor de măsurare (laser şi prin unde) să fie coaxiale şi rezultatele măsur ătorilor foarte precise. Bateriile LiIon asigur ă o funcţionare îndelungată, forma cât şi caracteristicele bateriei permit folosirea acestora şi la alte tipuri de instrumente Trimble. Aceasta caracteristic ă permite obţinerea unor facilitaţi şi beneficii în cadrul unui birou topografic care areîin dotare mai multe tipuri de instrumente Trimble. Echipamentul poate fi folosit şi in măsuratorile integrate, fişierele, formatele de date fiind compatibile cu celelalte tipuri de instrumente, receptoare GPS produse de Trimble. Instrumentul este disponibil in doua modele in functie de precizii, respectiv 2" si 5". 7.9. Trimble VX
Trimble VX este un instrument unicat care înglobeaza caracteristicele unei sta ţii totale, unui şi scaner a unei camere video calibrate. Trimble VISION permite urmărirea în timp real al imaginii pe displayul unit ăţii de control şi prin simpla atingere a ecranului se poate declanşa măsur ătoarea şi captura imaginii video. Pentru modele 3D instrumentul are inclus şi funcţia de scanare. Tehnologia MagDrive permite o mişcare foarte rapidă a instrumentului, scanarea miilor de puncte poate fi realizat rapid.
Acest instrument ofer ă noi posibilităţi specialiştilor care activează în domeniul comunicatiilor, construcţii, arhitectur ă, arheologie, ofera soluţii complete pentru obţinerea datelor spaţiale. Prelucrarea imaginilor scanate se realizeaza cu softul RealWorks care permite suprapunerea imaginii scanate cu captura video şi prelucrarea datelor spaţiale unitar. 8. Statia Totala Nikon NPR
Staţiile Totale Nikon seria NPR cuprind trei modele de instrumente: Nikon NPR-362, NPR-352 si NPR-332. Instrumentele Seria NPR se caracterizează prin performanţe deosebite la efectuarea masuratorilor si o durata mare de autonomie a bateriei. Instrumentele includ si un soft imbunătăţit (faţă de seria NPL cu multiple opţiuni practice care sunt uşor de folosit şi învăţat. Prin introducerea unui afisaj grafic LCD, selectarea meniurilor şi introducerea datelor este mai simpl ă, rezultând o creştere a productivităţii în teren. Staţiile totale Nikon NPR sunt echipate cu sistem de m ăsurare a distanţelor f ăr ă prismă. Punctele inaccesibile pot fi măsurate cu acurateţe şi siguranţă cu tehnologia EDM Reflectorless. Focusarea razei laser pe obiectul ţintit asigur ă o acurateţe mai mare, în special atunci când raza laser cade oblic sau este obstruc ţionată de alte obstacole. Sistemul de masurare a distantelor fara prisma este coaxial cu luneta, spotul luminos asigur ă o punctare rapidă şi uşurează activitatea de trasare.
8.1. Statia Totala Nikon DTM Instrumentul Nikon seria DTM - include un sistem performant de m ăsurare electronică a distanţelor şi a direcţiilor. Memoria instrumentului permite înregistrarea a 10.000 de linii de date şi poate fi extinsă cu o cartela standard PCMCIA. Aparatul dispune de o autonomie de 16 ore, afisaj LCD, grafică mare, tastatur ă alfanumerică şi ergonomică. Softul permite crearea unui număr nelimitat de fişiere de lucru, opţiune inovativă pentru măsurarea rapidă şi usoar ă a punctelor folosind coduri şi conţine numeroase aplicaţii practice. Instrumentele Nikon sunt caracterizate de optica superioar ă şi de o construc ţie uşoar ă şi compact ă, protecţie împotriva umidităţii conform standardului IPx6 8.2. Nivo C şi Nivo M
Staţiile totale NIVO – sunt o nouă generaţie de instrumente născută din colaborarea a doua prestigioase produc ătoare de echipamente topografice Nikon si Trimble (NIKON-TRIMBLE CO,LTD). Sistemul optic Nikon din staţiile totale asigur ă o claritate ridicată a imaginii şi condiţii optime pentru măsurare. Seria NIVO C este dotat cu un display touch-screen, si cu sistem de operare Windows CE. Culegerea datelor topografice şi calcule se realizează cu programul SurveyPro. Instrumentul are un design pl ăcut, display mare pentru vizualizarea concomitent ă a cât mai multor date, şuruburi de blocare şi mişcare fină sunt dispuse ergonomic, ambaza sta ţiei poate fi dotat cu sistem optic sau cu laser in funcţie de solicitarea utilizatorului. Instrumentul este dotat cu display pe ambele fe ţe pentru cresterea productivit ăţii. Sistemul de măsurare a distanţelor şi unghiurilor asigur ă o precizie ridicată, iar bateriile o funcţionare îndelungată. Statiile totale NIVO sunt echipate cu sistem de m ăsurare a distanţelor f ăr ă prismă. Punctele inaccesibile pot fi măsurate cu acurateţe şi siguranţă cu tehnologia EDM Reflectorless pina la 300m. Pentru transfer de date sau cresterea memoriei pot fi atasate USB memory sticks, sau pentru legatura cu colectori externi poate fi utilizat sistemul wireless prin Bluetooth. Instrumentele sunt disponibile in trei modele in functie de precizii, respectiv 2" 3" 5". Seria NIVO M este dotat cu un display LCD (128X64 pixeli) cu tastatur ă alfanumerică, un program intuitiv pentru culegerea datelor topografice şi calcule cu o memorie de 10.000 puncte.. Tastele MSR1 şi MSR2 pot fi configurate diferit (prismă,coeficienţi,parametrii ....) Statiile totale NIVO M sunt echipate cu sistem de masurare a distantelor f ăr ă prismă. Punctele inaccesibile pot fi masurate cu acuratete si siguranta cu tehnologia EDM Reflectorless pina la 300m. Pentru transfer de date, sau pentru legatura cu colectori externi optional instrumentul poate fi dotat si cu sistemul wireless prin Bluetooth. Instrumentele sunt disponibile in trei modele in functie de precizii, respectiv 2" 3" 5".
9. INSTRUMENTE DE NIVELMENT GEOMETRIC AUTOMATE DIGITALE În prezent nivelele automate digitale tind s ă înlocuiască tot mai mult nivelele opticomecanice. Ele nu ofer ă precizii superioare în determinarea diferen ţelor de nivel, însă randamentul lor în lucr ările din teren este substan ţial mai ridicat, prin faptul că permit înregistrarea automată a citirilor şi o serie de controale şi calcule intermediare direct în teren. Aceste instrumente au integrat un senzor electronic dirijat de un microprocesor care interpretează cu o precizie ridicată imaginea unei mire digitale speciale. Ele sunt multifuncţionale oferind atât posibilitatea de măsurare a diferenţelor de nivel cât şi a distanţei şi a unghiurilor orizontale. Aceste instrumente asigur ă stocarea automat ă a datelor măsurate şi transferul lor pe un calculator. În funcţie de distanţa de la aparat la mir ă şi claritatea imaginii o măsur ătoare completă poate dura între câteva fracţiuni de secundă până la 3-5 secunde. Mirele folosite sunt mire speciale, codificate. Nivelmentul geometric a fost unul dintre ultimele procedee de măsurare, care s-a sustras până nu demult procesului de automatizare. De şi au existat încerc ări şi dezvoltări de automatizare, care se bazau pe deplasarea unor detectori pe vertical ă în lungul mirelor de nivelment, acestea nu au putut p ătrunde pe piaţă întrucât procesul de măsurare dura mai mult decât citirea pe mir ă la un operator experimentat. Un progres l-a constituit doar înregistrarea electronică a poziţiei lamelelor de sticlă a micrometrului optic. Citirea grosier ă de pe mir ă trebuia însă efectuată clasic. Alte realizări în direcţia automatizării nivelmentului l-a constituit în perioada anilor ’70 construirea nivelelor rotative cu laser, cu senzori de pozi ţionare corespunzătoare. O evoluţie a automatizării instrumentelor de nivelment geometric poate fi urm ărită în schema de mai jos:
În prezent se pot distinge dou ă procedee de nivelare electronic ă fundamental diferite: • Procedee active, la care se folose şte ca sursă de lumină o diodă laser şi un detector sensibil în punctul vizat, care ofer ă o informaţie de înălţime; • Procedee pasive, la care un model desenat pe mir ă (coduri) şi iluminat natural este înregistrat în planul imagine ale unui instrument de nivelment geometric cu senzori electronici CCD
9.1. Nivele digitale Instrumentele de nivelment geometric digitale ale firmei Leica (NA 2000 şi NA 3000) folosesc un senzor liniar CCD pentru citirea mirelor codificate. Pentru aceasta imaginea mirei este deviată de cubul separator pe un senzor CCD. Cubul separator este astfel conceput, încât doar partea de infraroşu a radiaţiei este deviat pe senzorul CCD, componenta vizibil ă trece prin cubul separator şi ajunge f ăr ă diminuarea calităţii imaginii la ocular. Senzorul CCD produce o "copie" a segmentului de mir ă vizat şi o pune'la dispozi ţie unui procesor. Procesorul va căuta o corelare a imaginii înregistrate cu o secven ţă din imaginea întregii mire stocat ă în memoria instrumentului, astfel încât segmentul înregistrat în unghiul de câmp este detectat şi va avea Ioc citirea. Nivelele digitale pot fi considerate ca f ăcând parte din cea de a doua categorie, întrucât lucrează cu partea vizibilă sau de infraroşu a luminii naturale şi f ăcând abstacţie de la măsur ătorile efectuate pe întuneric, nu necesit ă o iluminare suplimentar ă a mirelor. O caracteristică comună a tuturor instrumentelor de nivelment geometric digitale este aceea, c ă principiul constructiv corespunde cu cel de la nivelele automate cu compensator. Din acest motiv ele pot fi privite ca o combinaţie dintre o nivelă automată cu compensator şi o camer ă digitală. La toate nivelele digitale de ast ăzi există posibiliatea unei citiri optice directe, f ăr ă micrometre, raza de vizare parcurgând pe de o parte drumul optic ob ţinut, iar pe de alt ă parte este deviată de un cub separator într-un alt plan imagine, unde se afl ă un sensor CCD. Codificarea mirelor şi procesul de prelucrare a imaginii este diferit de la firm ă la firmă. Pe lângă procedeele de corela ţie, se găsesc procedee care seam ănă mult cu o măsur ătoare de fază cunoscut ă de la măsurarea electronică a distanţelor. Abia după descoperirea technologiei CCD (Charge Coupled Device), care se g ăseşte astăzi la toate camerele video, s-a v ăzut pentru prima oar ă posibilitatea, de a transforma imaginea unei mire din planul imaginii a! unei lunete în informaţii digitale. Printre altele, technologia CCD fusese deja utilizat ă pe la mijlocul anilor 80 la citirea cercurilor electronice şi ca senzor de poziţie pentru clinometrele de la teodolitele electronice (Leica şi Topcon). Cercetări asemănătoare au fost realizate de firma Cari Zeiss Jena în timpul anilor 1980, care se bazau pe nivelul Ni002, la care se folosea un senzor CCD cu 1024 elemente fotosensibile (pixeli), cercetări care au fost sistate în anul 1988. Principiile de baza ale nivelelor digitale Problematica conceperii unui cod adecvat, a ap ărut în momentul când o por ţiune din suprafaţa unei mire cu coduri a fost reprezentat ă pe o matrice CCD. Chiar dacă adaptarea scării se realiza tot printr-o optică zoom, nu s-au putut dep ăşi distanţe de 20-30 m. Firmele s-au v ăzut puse în situaţia de a elabora coduri speciale, care pe lâng ă unei proprietăţi pseudo-stohastice trebuia să permită o reprezentare univocă pe distanţe cuprinse între 1,5 - 100 m f ăr ă utilizarea unei optici speciale de zoom. La toţi realizatorii de coduri, acestea sunt astfel concepute, încât s ă permită transformarea într-o informaţie digitală printr-un simplu sensor liniar CCD La nivelele digitale aflate ast ăzi în uz, se pot diferen ţia următoarele procedee de prelucrare a imaginilor digitale: 1. procedeul corelaţie (Wild NA 2002/2003); 2. principiul măsur ării poziţiei (Zeiss DiNi 10/20); 3. principiul măsur ării fazei (Topcon DL101/102);
4. principiul măsur ării poziţiei de la Sokkia (SDL30).
9.2. NIVELA DIGITALĂ LEICA La m ăsurarea electronică, imaginea mirei codificate este descompus ă de un cub separator de imagine şi reprezentată pe un detector liniar. Descompunerea imaginii este realizat ă înţr-o component ă în infraroşu şi o componentă în spectrul vizibil. Componenta în infraroşu este deviată pe detector, iar componenta în spectrul vizibil traverseaz ă cubul de separare a imaginii f ăr ă probleme. Prin aceasta, claritatea imaginii obţinută de operator nu este diminuat ă, iar intensitatea necesar ă detectorului 1iniar este suficient ă întrucât sensibilitatea maximă a acestuia este în jnfraroşu. La nivelele Leica detectorul liniar are o lungime de cca.6,5 mm şi conţine 256 fotodiode (pixeli), care sunt montate la intervale de 25 mm între ele. Diametrul fotodiodelor este de 25 mm. Unghiul de câmp al lunetei este de 2 grade, astfel încât la o distanta de 1,8 m este cuprins în unghiul de câmp o imagine de 61 mm din mir ă, iar la o distanţa de 100 m o imagine de 3,5 m din mir ă, care este apoi reprezentat ă pe detector. Pozi ţia lentilei de focusare este înregistrat ă de un „traductor de focusare" şi serveşte la obţinerea unei informaţii grosiere asupra depărtării mirei faţă de aparat necesar procesului de corelare. De asemenea în timpul m ăsur ătorii, înclinarea compensatorului este controlat ă electronic. Partea centrală a sistemului de procesare este microprocesorul single chip, care este sus ţinut în timpul calculelor laborioase a func ţiilor de corelaţie şi de referinţă de un tablou electronic. Detectrul transformă imaginea codificată într-o imagine analogă ca semnal video. O component ă electronică de selecţie întăreşte şi digitizeaza imaginea video, astfel încât ia naştere un semnal de măsurare format din 256 pixeli, cu o dinamică de 8 biţi, corespunzător la 256 nuanţe de gri, care este pus la dispozi ţie microprocesorului. Din pozi ţia lentilei de focusare, care în intervalul 1,8 - 100 m se deplaseaza cu 14 mm în interiorul lunetei, se poate calcula o distan ţă grosier ă. Acesta distan ţă este dată de relaţia:
unde: ; df = distanţa de focusare; k = constanta optică; s - poziţia lentilei de focusare. Mărimile măsurate sunt reprezentate pe un display matricial cu dou ă linii; introducerea datelor numerice se realizeaz ă prin intermediul unei tastaturi dispus ă spre ocularul instrumentului, sau prin portul serial al instrumentului. Lângă lentila de focusare se află butonul de măsurare, care prin acţionare declanşează procesul de măsurare. Toate datele măsurate pot fi înregistarte într-un modul REC sau pot fi stocate pe un calculator prin portul serial al instrumentului. Prelucrarea imaginii
Nivela digitală Leica funcţionează pe principiul corelaţiei. Codul, care este generat în instrument, este comparat cu semnalul care provine de la senzorul liniar. În timpul procesului de corelare în nivelul digital, este necesar ă o optimizare a doi parametrii, înal ţ imea şi scara. Diferenţa de nivel (instrument-mir ă) este obţinută prin deplasarea imaginii mirei codificate, care sufer ă o modificare de scar ă, datorită depărtării mirei faţă de instrument. Funcţia de corelaţie bidimensională are forma:
F P ,Q (d , h ) =
1
N
∑ Q ( y ) ∗ P (d , y + h)
N i =0
i
i
unde: F P,Q - reprezintă funcţia de corelaţie între P şi Q; Q(y) - reprezintă semnalul interceptat; P(d,y+h) - reprezintă semnalul de referinţă generat în instrument (calculat).
În figura de mai jos se poate urm ări graficul tipic pentru funcţia de corelaţie în interiorul domeniului de măsurare. Acolo unde semnalul m ăsurat se coreleaz ă optim cu semnalul de referinţă, apare un vârf (peak) bine definit în graficul func ţiei. Din valorile coordonatelor vârfului se poate deduce distan ţa df şi înalţimea hf . Pentru a găsi maximul funcţiei de corelaţie, se caută sistematic în întregul domeniu de m ăsurare (d = 1,8 ... 100 m şi h = 0....4,05 m). Pentru întregul domeniu de m ăsurare sunt de calculat cca. 50 000 de coeficienţi de corelaţie, adică ecuaţia de mai sus ar trebui rezolvat ă de 5 *104 ori. În instrument calculele sunt îns ă reduse, datorită unei optimiz ări grosiere şi fine.
Figura 1 Imagine tipică a graficului funcţiei de corelaţie Optimizarea grosier ă
Optimizarea grosier ă constă în căutarea într-un raster "distanţă-înălţime" a coordonatelor provizorii ale vârfului (peak) de corelaţie. Din poziţia lentilei de focusare „d f ” este dedus ă o valoare grosier ă pentru distanţă, domeniul de c ăutare pentru corelarea grosier ă poate fi limitat şi în acest fel num ărul coeficienţilor de corelaţie este redus cu cca. 80%. O alt ă reducere a volumului de calcul este realizat ă prin reducerea dinamicii semnalului de m ăsurat la 1 bit. Prin aceasta, intensit ăţile semnalului fiecărui pixel sunt reduse la 0 şi 1 cu o valoare de prag dedusă din semnal, astfel încât opera ţia de multiplicare este înlocuit ă printr-o funcţie echivalentă (Exklusiv-Nicht-Oder-Logik, EXNOR). Matematic corelaţia de „1 bit" este definită în instrumentul de nivelment geometric digital prin rela ţia: F P ,Q (d , h ) =
1
N
∑ Q ( y ) ⊕ P (d , y + h)
N i = 0
i
i
unde: F P,Q(d,h) - reprezintă funcţia de corelaţie între P şi Q de „1 bit”
Q - semnalul detectorului; P - semnalul de referin ţă; ⊕ - legătura NOR. Exemplu de leg ăur ă EXNOR:
P Q
= 0011100011 .............00011100100100100 = 1100110010 ............. 00100100100111100
F P,Q(d,h)
= 0000101110 ........... 11000111111100111
În fiecare nod al rasterului "distan ţă-înălţime" este calculat un coeficient de corela ţie. În locul în care semnalul de referinţă corespunde cu semnalul înregistrat va apare un vârf de corelaţie (peak), care se desprinde clar din to ţi ceilalţi coeficienţi de corelaţie. Cu aceast ă metoda optimizarea grosier ă poate fi încheiată după aproximativ 1 secundă. Optimizarea fină
Prin optimizarea fină se încearcă determinarea cât mai precisă a pozţiei relative a codului mirei faţă de detectorul de linii, precum şi scara codului mirei. În domeniul de c ăutare a optimizării fine, semnalul înregistrat şi cel de referinţă sunt corelate cu întreaga lor informaţie de 8 biţi. Întrucât semnalul înregistrat la măsur ătoare şi cel de referinţă au amplitudini diferite, funcţia de corelaţie se normeaz ă. Prin normare coeficientul de corelaţie se va afla întotdeauna în intervalul 1-0. Aceasta permite în finalul optimizării, o clasificare a rezultatelor măsur ătorilor. Instrumentul NA3003 se deosebeşte de NA2002 doar în privin ţa corelaţiei, în sensul c ă domeniul de căutare are la bază un raster cu 40% mai dens. 1 N −1 F P ,Q (d , h ) =
∑ Q ⋅ P − Q ⋅ P
N i =0
1 N −1
∑Q N i =0
2 i
i
i
2
−Q ⋅
1 N −1
∑ P − P N 2
2
i
i =0
Corectarea semnalului m ăsurat
După optimizare este analizat ă şi luată în considerare neomogenitatea intensit ăţii luminozităţii imaginii mirei .De asemenea sunt depistate elementele de cod care lipsesc, datorită unor eventuale acoperiri par ţiale a mirei în zona imaginii în care se m ăsoar ă, care sunt semnalizate pentru alte corela ţii. O acoperire a mirei de până la 20% nu afecteaz ă precizia de măsurare. De asemenea nu are importan ţă în ce loc a domeniului de imagine are loc acoperirea sau perturbarea imaginii codului. La m ăsur ători de precizie ridicată este bine să se evite domeniile extreme ale mirei. Func ţ ia de sensibilitate a detectorului
În procesul de prelucrare trebuie ţinut cont de faptul că pixelii detectorului prezintă o sensibilitate a intensităţii sub formă trapezoidală. Semnalul de referinţă este generat prin convoluţia funcţiei cod C(d,y-h) cu func ţia de sensibilitate D(y) care este stocat ă în aparat. Expresia matematică a semnalului de referinţă rezultă sub forma:
+∞
F i (d , h ) =
∫ C (d , y − h)dy ⋅ D ( y )dy i
−∞
unde: - Fi(d,h) - valoarea de referin ţă pentru pixelul i - Di(y) - funcţia de sensibilitate a pixelului i; - C(d,y-h) - funcţia cod - h - înălţimea; - y - poziţia relativă a codului faţă de detector - d - distanţa până la planul imagine Elementele albe ale codului sunt scalate corespunzător distanţei până ia planul imagine şi apoi sunt translatate corespunz ător înălţimii de vizare h, iar apoi sunt sortate şi integrate în elementele detectorului. Evident sunt luate în considerare numai elementele albe ale codului, întrucât numai ele reflectă lumina de pe mir ă.
Figura 2 Codurile mirei Leica Codurile mirei Leica
Codul de pe mir ă trebuie privit ca un cod binar, întrucât este format numai din elemente alb-negru (Figura 2). Codul complet cuprinde 2000 de elemente pe o lungime a mirei de 4050 mm. L ăţimea unui element de baz ă a codului este deci: 4050 / 2000 = 2,025 mm. Prelucrarea codului fiind realizat ă prin corelaţie, s-a ales un model neperiodic pseudostohastic pentru acesta. Acest cod are şi proprietăţi speciale, care permit utilizarea principiului corelaţiei într-un interval pentru distaţe cuprinse între 1,8 - 100 m. Leica Sprinter
Firma Leica Geosystems produce gama de nivele electronice digitale pentru lucr ări topografice şi de construcţii denumite SPRINTER.
Display-ul instrumentului: a- modul în care se g ăseşte aparatul b- Pictograme c- Unităţi de măsur ă d- Simbolul pentru distanţa orizontală e- - simbolul pentru diferenţa de nivel
Funcţiile tastelor instrumentului:
Poziţia Tasta
Simbolul
Funcţii nivel 1
Funcţii nivel 2 Nu are
a
On/Off
Comutator ON/OFF
b
MEAS
Tastă „tragaci’ pentru Funcţia a 2-a (măsur ători continue) cu măsurarea cotei şi a apăsarea prelungită a tastei pentru mai distanţei mult de 2 secunde
c
Height / Distance
Alternează între afişarea înălţimii sau a distanţei
dH
Tastă săgeată jos (când aparatul este în Măsurarea diferenţei de modul Menu) nivel şi calculul cotei reperului de nivelement
d
Tastă săgeată sus (când aparatul este în modul Menu)
e
MENU
Activarea şi selectarea Tasta Enter pentru scopuri de setărilor confirmare (când aparatul este în modul Menu)
f
Backsight
Iluminarea LCD
ecranului Tasta ESC pentru terminarea programului sau setării (când aparatul este în modul Menu)
Meniul principal al instrumentului de nivelment Leica Sprinter
9.3. NIVELA DIGITALĂ TOPCON Nivela digitală Topcon este foarte asem ănătoare cu nivela de la Leica din punct de vedere al designului, al softului şi al unor caracteristici tehnice.
Figura 3- Codurile mirei Topcon
Codurile mirei
Topcon foloseşte un cod cu 3 informa ţii individuale integrate. Pe mir ă se remarcă un model de referinţă R ca o tripletă de bare echidistanţe la 3 cm între ele. Alte două înformaţii A şi B sunt codificate în barele învecinate. În spatele codului A şi B se ascunde un semnal sinusoidal cu o lungime de und ă de A = 60 cm şi B = 70 cm, care se poate remarca ca o modificare sinusoidală a l ăţimii liniilor corespondente. Prin aceasta nu este dep ăşită o l ăţime minimă de 1 mmr. Cele două semnale sunt decalate la talpa mirei cu ± п/2, astfel încât în intervalul de măsurare de 4m există întotdeauna o diferenţă de fază univocă între cele două semnale A şi B.
Principiul de mă surare
_ _ Din frecvenţa şi poziţia fazei celor_3 modele de cod este dedus ă distanţa şi înălţimea. Distanţa este determinată din frecvenţa codului de referinţă R, care se măreşte în planul imaginii odat ă cu creşterea distanţei. Frecvenţa şi poziţia_fazei celor 3 semnale pot fi obţinute printr-o transformare Fourier rapidă (FFT – Fast Fourier Transformation). Pentru cre şterea precizie sunt posibile combinaţii liniare a celor 3 informaţii A, B şi R.
Tasta
Numele tastei
Funcţii
REC
Tasta înregistrare
Înregistrează datele măsurate sau introduce datele afi şate în instrument. Datele afişate sunt înregistrate prin apăsarea acestei taste.
SET
Tasta setare
Această tastă iniţializează modulul de setare. Acesta este folosit pentru a seta modul de m ăsurare, modul de înregistrare şi alţi parametrii.
MENU
Tasta meniu
Această tastă iniţializează modulul meniu. Acesta are următoarele opţiuni: măsurare standard, modulul nivelment, ştergere memorie şi modulul de rectificare
SRCH
Tasta căutare
Această tastă permite găsirea şi afişarea datelor înregistrate.
IN / SO
Punct intermediar / tasta setare trasare
Aceast ă tastă este folosită pentru a iniţia măsurarea punctelor intermediare sau pentru a seta modulul de trasare în timpul lucr ărilor de nivelment.
DIST
Tasta măsurare distanţă
Distanţa este măsurată şi afişată la apăsarea acestei taste.
MANU
Tasta introducere manuală
Când măsur ătoarea cu tasta [MEAS] nu este posibil ă, tasta pentru introducere manual ă poate fi folosită pentru a introduce date de la tastaur ă.
▼▲
Taste selectare
◄►
Taste cursor
Aceste taste permit deplasarea ecranului spre stânga sau spre dreapta atunci când valorile afi şate depăşesc ecranul.
REP
Tasta repetare măsur ătoare
Aceast ă tastă permire remăsurarea punctului dinapoi sau dinainte în timpul operaţiilor de nivelment.
ESC/C
Tasta escape/ clear
Tasta permite ieşirea din modul meniu sau din oricare altul din meniurile de setare. Tasta poate fi folosit ă şi ca tastă spaţiu la introducerea datelor.
-
Aceste taste sunt folosite pentru a parcurge paginile de meniu sau paginile cu datele afi şate.
0~9
Taste pentru Aceste taste sunt folosite la introducerea valorilor intoducere numerice. valori numerice
· (▼)
Taste numerice, În modul alfanumeric, aceast ă tastă permite schimbarea alfanumerice şi introducerii de date numerice, alfanumerice sau pentru simboluri. simboluri
[►]
Tasta pentru stabilirea modului mir ă inversă
ENT
Tasta Enter
MEAS
Tasta de start măsur ătoare
POWER
Tasta de ON/OFF
Tasta este folosită pentru selectarea modului de lucru cu mira inversă, când se dore şte stabilirea cotelor punctelor de pe tavan. Această tastă confirmă parametrii instrumentului şi introduce valorile datelor afişate. Aceast ă tastă iniţializează măsur ătoarea. Permite deschiderea şi închiderea instrumentului.
9.4. PROCEDEUL ZEISS Nivela_digjţală Zeiss DiNi 10/20 funţionează după principiul măsur ării intervalelor individuale şi se caracterizeaz ă prin_proprietatea că pe intervalul de măsurare cuprins între 1,5 – 100 m, se măsoar ă cu un câmp imagine constant de 30 cm. În acest domeniu, nu trebuie să fie acoperită nici o informaţie. Nivelul DiNi determină valorile care trebuie măsurate dintrun segment de mir ă de numai 30 cm, care are o dispunere simetric ă faţă de axa de vizare. În realitate este interceptat un segment de mir ă mai mare de 30 cm, dar numai 30 cm sunt folosite în măsurare. La o instalare normal ă a aparatului în teren plan este asigurat prin aceasta, eliminarea folosirii imaginii din apropierea solului, unde refrac ţia este foarte puternică. Interpretarea şi recunoaşterea diviziunilor mirei este realizată atât de corect încât nu este necesar ă interpretarea unui segment mai mare de mir ă sau efectuarea de m ăsur ători multiple.
Figura 4. Codul mirei Zeiss şi principiul de măsurare Zeiss Codurile Zeiss
Codul propriu-zis este reprezentat pe mir ă ca un cod bi-fazic. Aceast ă măsur ătoare bifazică se bazează pe principiul, că după fiecare bit are loc o schimbare a luminozit ăţii şi astfel, fiecare bit al codului poate fi folosit ca interval de m ăsurare. Biţii 1 şi 0 se deosebesc prin faptul că, biţii "0" au la mijlocul intervalului o schimbare suplimentar ă a luminozităţii, care trebuie sesizate chiar şi la distanţa maximă de măsurare. Codul se bazeaz ă pe un raster fundamental de 2 cm (=1 bit) şi este astfel realizat, încât dintr-un segment minim de mir ă de 30 cm, să fie posibilă interpretarea univocă a imaginii. Codul şi prin el, geometria diviziunilor fiind cunoscută, poate fi prelucrată poziţia diviziunilor codului prin măsur ătoarea fină. Codul bi-fazic are o repartiţie optimă peste întregul câmp vizual, astfel încât, printr-un câmp de vizare minim pot fi interceptate geometric cel puţin 15 diviziuni, din a căror mediere rezultă o precizie foarte ridicată. Diviziunile albe şi negre ale mirei, de grosime 1-2 mm, sunt folosite numai în domeniul de măsurare apropiat. Din informaţiile de amplitudine sunt sesizate poziţiile barelor de pe placa CCD. Printr-o serie de filtr ări digitale este recunoscut ă imaginea mirei, este recunoscut şi citit codul şi se determină segmentul relevant de mir ă important pentru măsur ătoare. Limitele unui interval de mir ă sunt notate cu Gi şi Gi+1. Mira DiNi este gradată în intervale de măsurare de mărimea g = 2 cm. Într-o primă fază se determină scara de reprezentare a imaginii (S) din limitele intervalului de 30 cm. S =
g ⋅ N b N − b0
Din scara de reprezentare este dedus ă apoi distanţa. Înălţimea citită pe mir ă rezultă din poziţia limitelor intevalului "b" pe placa CCD referitor la axa optic ă, precum şi numărul Ci al valorii codului care apar ţine intervalului, ca o medie a tuturor intervalelor folosite la măsurare (în mod normal 15). 1 N −1 1 b + bi H = ∑ g ⋅ C i + − S ⋅ i +1 N i =0 2 2 unde: g Ci - înălţimea pe mir ă a începutului intervalului de măsurare;
g / 2 - constanta adi ţională, întrucât valoarea de interpolare se afl ă la mijlocul intervaului C; S [(bi+i +b])/2] - valoarea interpolată a poziţiei intervalului faţă de axa optică. Valoarea măsurată şi afişată de aparat este valoarea medie ob ţinută din mai multe măsur ători individuale consecutive. Num ărul de măsur ători depinde de condi ţiile înconjur ătoare şi de precizia dorită. Câmpul minim de măsurare pentru distanţa minimă de vizare de 1,5 m este de 10 cm. Din acest motiv, la distan ţa minimă de vizare, nu pot avea loc citiri în domeniul de 6 cm la talpa şi la vârful mirei.
9.5. Nivela Digitala - DiNi
Acest instrument este dedicat masuratorilor de precizie in domeniul constructiilor si geodeziei. Nivelele Trimble, optice sau digitale, acoper ă toate aplicaţiile posibile pentru determinarea cotelor – de la simple lucr ări de nivelare până la monitorizarea deformaţiilor în cadrul diverselor construcţii. Nivela digitală DiNi are o interfaţă simplă, timpul afectat învăţării utilizării acestei instrument fiind minim. Având abilitatea de a înregistra măsur ătorile în mai puţin de trei secunde, eficienţa este îmbunătăţită considerabil. Modalitatea de citire şi înregistrare digitală a datelor elimină erorile de măsurare ale operatorului. Sistemul de măsurare a distanţelor calculează o medie a balansului mirei în momentul citirii. Astfel se asigur ă o acurateţe ridicată şi o distribuţie optimă a erorilor. Datorită condiţiilor din teren adesea se intampl ă ca citirile pe mir ă să fie dificile din cauza diverselor obstacole. Folosind nivela digitala DiNi, aceste inconveniente nu constituie o problemă fiindcă este suficient ca mira sa fie vizibila pe o portiune de 30 cm pentru a se efectua masuratoarea.
9.6. PROCEDEUL SOKKIA Sokkia foloseşte la nivelul digital SDL30 un a şa numit RAndom Bidirectional Code (RAB), care la rândul lui conţine 6 coduri individuale. Fiecare cod independent este raportat la elementul de cod fundamental de 16 mm şi poate fi dedus din următoarele rapoarte: 1=4/12, 2=6/10, 3=8/8, 4=16/6, 5=12/4. Codul „0” este folosit numai pentru domeniul apropiat şi el se poate remarca sub forma unei linii albe foarte subţire în interiorul gradaţiilor negre. Fiecare cod are un domeniu de valori de 0, 1 sau 2. Prin schimbarea sistematică a valorilor, din aceste 6 coduri, pot fi generate în total 216= 3 expresii pentru înălţime, care permite un şir lung de cifre chiar şi într-un câmp imagine redus. Procedeul de prelucrare Sokkia corespunde procedeului geometric.
Figura 5. Codul mirei Sokkia
9.7. INSTRUMENTELE DE NIVELMENT CU LASER Aceste instrumente sunt rotitoare şi pot furniza un plan de viză sau de referinţă orizontal sau vertical. Sursa laser furnizează fascicolul vertical care este apoi deviat pe orizontală de un cap rotitor. Orizontalizarea se face cu precizia de ± 25 mm la 100 m cu ajutorul unui compensator care lucrează într-un domeniu al înclinării axei principale până la 12 minute. Dacă domeniul este depăşit, rotaţia se opreşte automat şi nu se reia decât dup ă recalarea instrumentului. Principala piesă a capului rotitor este o pentaprismă, care are caracteristica c ă raza care intr ă în prismă, iese pe o direc ţie perpendicular ă pe direcţia de intrare. Pentru furnizarea planului de referinţă vertical, se foloseşte un adaptor care pivoteaz ă capul instrumentului în vederea furnizării planului vertical. Adaptorul are un şurub de mişcare micrometrică care permite alinierea sau îndreptarea planului vertical pe direc ţia dorită. Pentru a face marcări la nivelul razei laser, instrumentul folose şte detectoare cu unghiuri mari de recepţie, detectoare prevăzute şi cu indicatoare cu săgeţi. Raza laser detectat ă este semnalat ă prin semnale sonore întrerupte şi s ăgeţi când detectorul se afl ă deasupra sau dedesubtul rezei laser sau printr-un sunet continuu şi absenţa săgeţilor când se găseşte la nivelul razei laser.
Domeniile de utilizare a acestui instrument sunt: -realizarea la nivel a plan şeelor; - poziţionarea pereţilor despăr ţitori şi a elementelor prefabricate; -marcarea liniilor de control sau transferarea lor pe plan şeu, pereţi sau tavan; -alinierea cablurilor de conexiune; -verificarea verticalităţii stâlpilor coloanelor, a cofrajelor glisante; -alinierea căilor de rulare la macarale; -aşezarea martorilor la aceea şi înălţime; -dirijarea maşinilor de excavat; -realizarea nivelmentului suprafeţelor. Ultimele tipuri de instrumente de nivelment cu laser rotative permit şi a unui plan înclinat până la o pant ă maximă de 10%.
10. Scanare Laser Terestr ă
10.1. Principii generale În documentarea unor construc ţii şi instalaţii existente, precum şi restaurarea unor monumente istorice, cunoa şterea geometriei obiectului este de cea mai mare importan ţă. Documentarea complexă a construcţiilor are astăzi loc de regulă într-un GIS, reprezentarea spaţială a obiectului bazându-se pe un num ăr limitat de forme elementare de modulare, cum ar fi linii, poligoane şi corpuri. Prin ele sunt reprezentate muchii, col ţuri, plane şi elemente de volum ale obiectului real. În func ţie de scopul urmărit, modelul rezultat trebuie să corespundă în limita unei anumite precizii cu obiectul real. De-a lungul timpului s-au elaborat o serie de metode pentru ridicarea punctelor spaţiale, pornind de la metodele tahimetrice, unde ridicarea era realizat ă punct cu punct şi cu atribute pentru fiecare punct, până la ridicarea în masă a punctelor obiect prin metode fotogrametrice şi scanare laser. La m ăsur ătorile tahimetrice, timpul pentru discretizarea punctuală a obiectelor şi atribuirea de atribute fiecărui punct este foarte mare comparativ cu metodele fotogrametrice şi de scanare laser, care asigur ă o preluare rapidă, însă f ăr ă atribute. Scanarea laser este o nou ă tehnică de măsurare, prin intermediul căreia poate fi înregistrată (mai mult sau mai pu ţin) complet automat geometria unei structuri, f ăr ă reflector, cu înaltă precizie şi cu viteză ridicată. Rezultatul măsur ătorilor este reprezentat de o mul ţime de puncte, numită nor de puncte . Scanerul cu laser înregistrează punctele tridimensional prin măsurarea unghiului orizontal şi vertical, precum şi a distanţei spaţiale spre fiecare punct. Măsurarea distanţei se face electro-optic prin procedeul impulsului sau compara ţie de fază, în funcţie de tipul instrumentului. Prin folosirea unor funcţii trigonometrice simple, se ob ţin coordonatele punctelor într-un sistem cartezian de coordonate propriu scanerului. Unghiul orizontal şi vertical sunt modificate în mod automat cu intervale prestabilite. Scanarea laser const ă în devierea unei raze laser prin intermediul unor oglinzi (prin baleiere sau rotaţie), reflectarea razei laser de pe suprafa ţa obiectului măsurat şi receptarea razei laser reflectate. Fa ţă de măsurarea distanţelor utilizând o suprafaţă reflectorizantă, precizia de măsurare în această situaţie depinde de intensitatea razei laser reflectate (Figura 1). Legături funcţionale între precizie şi intensitate sunt descrise de legile fizicii. Parametrii principali în această funcţie sunt distanţa de la scaner pân ă la obiect, unghiul de incidenţă şi proprietăţile reflectorizante ale suprafe ţelor. Rezoluţia sau dimensiunea laturilor grilei de puncte care s ă descrie suprafaţa unui obiect poate fi de ordinul milimetrilor pân ă la centimetri, în funcţie de poziţia instrumentului – distan ţa punctului de staţie faţă de obiectul de scanat, precum şi a înclinării suprafeţelor de pe obiect faţă de direcţia de scanare. Comparativ cu înregistr ările fotogrametrice rezoluţia este mult mai scăzută, fapt pentru care, exist ă tendinţa de combinare a celor dou ă tehnici de preluare în masă a punctelor. Precizia determinării poziţiei spaţiale a punctelor prin scanare este de ordinul milimetrilor. Georeferenţierea măsur ătorilor este posibilă prin intermediul unor puncte de coordonate 3D cunoscute (date), dispuse în aria de scanare. De cele mai multe ori, al ături de informaţiile cu caracter geometric (coordonate 3D) sunt oferite şi înregistr ări ale intensităţii norului de puncte (informaţii radiometrice) iar la unele scanere care dispun şi de camer ă fotografică digitală incorporată se pot obţine fotografii ale spaţiului obiect (Figura 2). Se poate vorbi aici de LIDAR (Light Detecting and Ranging), care este un sistem care funcţionează pe principiul radarului, determinarea coordonatelor realizându-se prin
metoda polar ă, raza laser emisă de aparat fiind reflectat ă de obiect şi se măsoar ă distanţa, direcţia în spa ţiu şi intensitatea luminii reflectate.
Fig. 1
Principiul Scanării Laser
În general, un obiect poate şi trebuie să fi scanat din mai multe puncte de sta ţie. Ulterior, în timpul prelucr ării imaginilor scanate, scopul este de a înregistra norii de puncte obţinute dintr-o singur ă staţie într-un nor de puncte comun . Această operaţiune poartă denumirea de registraţie. Pentru aceast ă operaţiune sunt necesare puncte comune norilor de puncte preluate din staţii învecinate (puncte de constrângere – tie points), care pot fi puncte de pe obiectul scanat sau ţinte speciale. În acest mod, la fiecare scanare trebuie s ă existe vizibilitate spre trei sfere (sau puncte de constrângere). Astfel, este posibil ă integrarea sistemului de coordonate local al scanerului în sistemul de referinţă existent.
Figura 2 Nor de puncte
intensitate
cu informaţii referitoare la
10.2. Principiul de m ăsurare a distan ţelor utilizând tehnica Laser Un generator de puls electric ac ţionează asupra unei diode laser care emite pulsuri de lumină infraroşii, care sunt strânse într-un fascicul paralel prin intermediul unor lentile. Prin lentilele receptoare, parte din semnalul rezultat reflectat de ţintă love şte (atinge) o fotodiodă care generează un semnal electric receptat. Intervalul de timp între transmiterea şi recepţia pulsaţiilor este contorizat prin intermediul unui stabilizator de frecven ţă cu quar ţ. Valoarea calculată a razei de ac ţiune (a intervalului) este preluată de un microcomputer intern care proceseaz ă datele măsurate şi le afişează pe display ca date de ie şire (Figura 3).
Fig.3
Principiul de măsurare al senzorului Laser (metoda time of flight )
10.3. Trăsături caracteristice ale senzorului Laser Pulsed Principii generale - metoda: măsurarea timpului de propagare (time of flight ); - lungime de undă în domeniul infraroşu; - diodă pulsatoare ca transmi ţător laser;
- receptor optic senzitiv; - detector de semnal pentru pulsuri multiple; - microprocesor pentru postprocesare şi interfaţă; - mecanism de scanare optico-mecanic corespunz ător. Avantaje: - mărime redusă;
- fiabilitate sporită; - imunitate ridicată la interferenţe; - precizie ridicată; - domeniu mare de măsurare; - culegerea rapidă a datelor; - raza laser puternic colimat ă; - raport performanţă/preţ excelent Reducerea razei de ac ţiune poate fi cauzată de: str ălucirea puternică a luminii zilei; vizibilitate proastă; praf sau murdărie pe lentile
10.4. Scanere laser terestre – caracteristici şi accesorii În prezent, scanarea laser terestr ă a devenit o tehnică suplimentar ă pentru aplicaţiile geodezice. Utilizarea scanerelor laser este în continu ă creştere, sistemele provenind de la diverse firme constructoare fiind prezente ast ăzi pe piaţa instrumentelor şi sistemelor de măsurare. O clasificare a scanerelor laser terestre este destul de problematic ă, deoarece ar trebui definită baza acestei clasificări. Posibile clasificări pot fi f ăcute după următoarele criterii: - domeniul de măsurare a distanţelor; - principiul sistemului de măsurare a distanţelor; - densitatea punctelor; - precizia determinării poziţiei spaţiale a punctelor; - domeniul de scanare. Pornind de la aceste afirmaţii, se poate lua în discu ţie o modalitate de clasificare a scanerelor laser terestre. În primul rând, se poate spune c ă nu există un scaner laser universal, pentru orice aplicaţie tehnică. Unele sunt adecvate pentru domenii mici ale distan ţelor (în incinte, unde distanţele nu dep ăşesc 100 m), altele pentru domenii ale distan ţelor care depăşesc cu mult 100 m. În concluzie, tipul de aplica ţie tehnică decide tipul de scaner laser. Scanerele laser terestre pot fi clasificate dup ă principiul sistemului de măsurare a distanţelor. Acesta defineşte atât domeniul de m ăsurare cât şi precizia. Cele mai multe scanere laser se bazeaz ă pe principiul măsur ării timpului de propagare (time of flight ). Această tehnică permite măsurarea distanţelor până la câteva sute de metrii. Este posibilă chiar măsurarea unor distanţe de peste un kilometru, însă acest avantaj implică o precizie mai scăzută, de aproximativ un centimetru. Un alt principiu este cel al m ăsur ării fazei, reprezentând cealaltă tehnică comună pentru domeniul mediu de măsurare a distanţelor. Domeniul este limitat la 100 m. În acest caz, faţă de principiul enunţat mai sus, precizia m ăsur ării distanţelor se încadrează în domeniul milimetric. Pentru ca aceast ă clasificare să fie completă, trebuie amintite şi scanerele laser concepute pentru un domeniu restrâns (sub 10 m), utilizate mai ales în aplica ţii din industrie. Principiile de măsurare a distan ţelor în acest caz sunt laser radar şi optical triangulation. Precizia unor astfel de sisteme este de domeniul submilimetric (zecime sau sutime de milimetru). De altfel, aceste tipuri de sisteme nu se reg ăsesc în clasificările scanerelor laser terestre. O altă posibilă clasificare ar putea fi f ăcută, funcţie de proprietăţile tehnice ale instrumentelor . Diferenţieri ale scanerelor laser terestre, din punct de vedere tehnic, pot consta în: Ö modul de scanare: scanare 360o; scanare pe sec ţiuni specifice, datorită limitării unghiului de câmp; scanare pe profile Ö sistemul de deflec ţie a razei laser: oglinzi care se rotesc sau care baleaz ă; Ö combinarea cu alte dispozitive montate pe scanerul laser: camer ă foto digitală, GPS;
10.5. Diferenţieri între tehnici de scanare : referitor la dimensiuni: 1D ( point wise ), 2D ( profile), 3D ( picture); Ö domeniul de măsurare: a) < 10 m, sisteme oferite de majoritatea firmelor produc ătoare (ex.: COMET, Steinbichler, Germania); b) de la 10 la 150 m, Long Range Scanning (ex.: HDS 2500 – Leica (Cyrax 2500, Cyra, USA); c) > 150 m (ex.: LMS-Z210, Riegl, Austria); Ö referitor la tehnica de m ăsurare a distan ţelor: a) Măsurarea timpului de propagare– ex.: Callidus V1.1, Callidus, Germania b) Comparaţie de fază – ex.: IMAGER 5003, Zöller & Fröhlich, Germania; c) Triangulare – ex.: SOISIC, Mensi, Franţa; Ö referitor la tipul aparatului: a) Camera Scanner – ex.: HDS 2500, Leica (Cyrax 2500, Cyra, USA); b) Panorama Scanner – ex.: IMAGER 5003, Zöller & Fröhlich, Germania; Ö
Fig.4
Sistemul de măsurare laser HDS 2500 respectiv Cyrax (Leica HDS 2500 resp. Cyrax Laser Measurement Systems)
Fig.5 Sistemul
de măsurare laser Imager 5003 (Imager 5003 Laser Measurement Systems)
Fig.6
Sistemul de măsurare laser LMS-Z210, Riegl (LMS-Z210, RIEGL Laser Measurement Systems)
Sistemul de măsurare laser LMS-Z420i, Riegl (LMS-Z420i , RIEGL Laser Measurement Systems)
HDS (High-Definition Surveying™) este un nou concept, o nou ă tehnică, care tinde să revoluţioneze modalităţile de determinare a pozi ţiei spaţiale ale punctelor, inclusiv a obiectelor sau detaliilor topografice, cu o reprezentare spa ţială a acestora într-un timp substanţial mai scurt şi cu o precizie ridicat ă, în comparaţie cu metodele clasice. Conceptul High Definition SurveyingTM (HDSTM) este o descriere mai exact ă, a ceea ce este cunoscut frecvent ca scanare laser 3D. Firma Leica a ales aceast ă nouă descriere din două motive: - în primul rând, acest termen (defini ţie) indică mai precis cum aceast ă tehnologie difer ă fundamental faţă de metodele topografice clasice; - în al doilea rând, cu noua familie de produse HDS, pe lâng ă faptul că s-a adus aceast ă tehnologie la un nivel extrem de interesant, este o metod ă de măsurare pe deplin dezvoltată pentru un larg evantai de măsur ători inginereşti (Figura 7).
Fig.7 Familia HDS (HDS Family)
2.3 High Density – unul din avantajele tehnologiei High-Definition. Densitatea mare de puncte (definite prin coordonatele lor) diferen ţiază fundamental aceast ă tehnologie faţă de metodele clasice ale m ăsur ătorilor inginereşti. Apariţia pe ecranul calculatorului a datelor cu mare densitate ( norul de puncte), la care se adaugă culoarea proprie şi posibilitatea de vizualizare 3D asigur ă puterea acestor informaţii. Aceasta ofer ă utilizatorului o mare încredere în precizia şi caracterul complet al rezultatelor măsur ătorilor. Leica HDS3000 HDS3000 (scaner time of flight ) are alura unui instrument de m ăsurare, sistemul suportând proceduri standard de măsurare, cum ar fi trepiedul pentru a şezarea deasupra unui punct topografic şi posibilitatea măsur ării înălţimii aparatului. Combinând posibilitatea unei arii de scanare maximă (360o x 270o) cu tehnologia SmartScan, sistemul HDS3000 duce scanarea laser spre un înalt nivel de productivitate. Beneficiile esen ţiale se refer ă la reducerea semnificativă a costurilor lucr ărilor de teren şi de birou (Figura 8). Caracteristici tehnice principale: - aria maximă de scanare: 360 o x 270o, două ferestre ( Panorama Scanner ); - camer ă digitală integrată coaxial, pentru preluarea (generarea) automat ă a fotografiilor obiectelor măsurate; - staţionarea pe puncte de coordonate cunoscute; - orientarea spre puncte de coordonate cunoscute (principiul sta ţionării libere de la staţiile totale); - Toate cablurile conectate la instrument; - Tehnologia utilizată la măsurarea distanţelor: Time of Flight ; - Precizia de determinare a pozi ţiei spaţiale a punctelor: 6 mm; Domeniul de măsurare cu aceast ă precizie: > 100 m;
Fig.8
Sistemul Leica HDS3000 (Leica HDS3000 System)
10.6. Ţinte de vizare Ţintele de vizare sunt accesorii importante pentru realizarea registra ţiei şi asigurarea calităţii. Ele se utilizează pentru georeferenţierea precisă a scanării pe puncte de control cunoscute, acurate ţea scanărilor multiple (din mai multe puncte de sta ţie) şi pentru asigurarea calităţii scanărilor individuale. Ţintele plate albastre HDS, permit identificarea şi extracţia automată de către componenta software Cyclone, datorită diferenţelor în capacitatea de reflectare, între centrul ţintei şi întreaga suprafaţă a ţintei (Figura 9).
Fig.9
Ţinte circulare 6"
Ţinte pătrate 3"x 3"
Noile ţinte standard HDS sunt astfel concepute încât se pot roti şi înclina. Ele sunt prevăzute cu un filet interior care permit montarea lor pe un baston sau pe un suport magnetic. Ele pot fi rotite şi înclinate pentru o orientare precis ă spre scaner (Figura 10). Sistemul jalon cu prisme duble (pereche) con ţine două prisme plate HDS şi o nivelă sferică (20’) pentru poziţionarea precisă a bastonului pe punctul de control (Figura 11).
Fig.10 Ţinte pătrate (3"x 3") – cu posibilităţi de rotire şi înclinare
Fig.11
Jalon (baston) cu prisme duble
10.7. Prelucrarea înregistr ărilor – principii generale Când se prelucreaz ă punctele scanate, trebuie asigurat prin intermediul unor func ţii de selecţie, că punctele spaţiale apar ţin aceluiaşi plan în limita unei precizii prestabilite. Obiectul din lumea reală trebuie transpus într-un model, format din col ţuri, muchii şi plane. Colţurile se unesc şi formează muchii, iar muchiile limitează plane. Planele la rândul lor sunt limite pentru elemente de volum. Suprafe ţele construcţiilor conţin multe plane, care se intersectează în colţuri şi muchii. La instalaţii industriale se întâlnesc foarte frecvent obiecte cilindrice, cum ar fi ţevi şi coloane. În aceste situaţii o modelare a colţurilor din puncte scanate poate să dea greş, întrucât ele nu există în realitate datorită formei rotunde a obiectului. Abia după intersectarea muchiilor (canturilor) adiacente se ob ţin colţurile constructive. Pentru eliminarea erorilor punctelor scanate datorită aparatului şi a erorilor datorate modelării structurilor obiect, are loc o modelare a suprafe ţelor plane printr-un calcul de compensare. Punctele care trebuie introduse în calculul de compensare sunt extrase în mod automat printrun procedeu de căutare recursiv din numărul total de puncte scanate sau numai a unei p ăr ţi din acestea, bazat pe vecin ătatea spaţială a punctelor. Relaţiile de vecinătate sunt deduse cu ajutorul unei triangulaţii tridimensionale Delaunay. Pentru a lua o decizie c ă punctele apar ţin aceluiaşi plan, se calculează în punctele scanate valori de rotunjire pe dou ă direcţii ortogonale. Parametrii de rotunjire pentru o suprafaţă plană sunt astfel îmbunatăţiţi recursiv. În urma compensării se obţin parametrii suprafeţei plane, iar pentru estimarea preciziei se ob ţin abaterile standard pentru distan ţa dintre punctele scanate la suprafaţa planului. Suprafeţele plane sunt formalizate prin poligoane, iar suprafeţele cilindrice şi sferice prin arce de elipsă. Segmente de drepte iau na ştere prin generalizarea de poligoane formate din puncte marginale, care sunt extrase dintr-un shape bidimensional. Extragerea suprafe ţelor plane regulate se bazeaz ă exclusiv pe date scanate. Pentru diferite prelucr ări, existenţa unor coordonate carteziene pe obiect definite într-un sistem local, pot fi deosebit de utile, ele sprijinind modelarea muchiilor suprafeţelor plane. Extragerea muchiilor şi colţurilor din norul de puncte este mult mai sigur ă, prin utilizarea unor profile. Formarea profilelor este o component ă deosebit de importantă în modelare. În cazul cel mai simplu, norul de puncte scanate este redus prin func ţii de selecţie, astfel încât să permită modelarea unor În cazul cel mai simplu, norul de puncte scanate este redus prin funcţii de selecţie, astfel încât să permită modelarea unor segmente de linii care formeaz ă profile. Punctele reprezentative de pe un profil sunt selectate din ochi. Dup ă introducerea
interactivă a orientării profilului printr-o dreaptă deja modulată, a lungimii acestuia şi a două puncte de pe profil, selectarea poate decurge automat. Un profil general este compus din segmente de profile (drepte spa ţiale). Ele rezultă din intersecţia suprafeţelor plane regulate extrase şi planul profilului. Suprafeţele obiect sunt formalizate în domeniul de c ăutare, extrase şi ţinând cont de unele goluri combinate cu planele de profile sunt apoi unite formând segmente de drepte şi elipse. Profilele învecinate sunt concatenate prin intersec ţii.
Înregistrare (Recording) Georeferenţierea înregistr ărilor (Registration referencing)
Modelare (Modelling) Rezultate / Export date (Results/Export)
Fig.12
Succesiunea operaţiilor
11. SISTEME DE POZI Ţ IONARE GLOBAL Ă CU SATELI Ţ I.
Definiţie. Global Positioning System, pe care îl vom prescurta în continuare ca GPS a fost creat de Armata Statelor Unite şi este menţinut operaţional de Global Positioning Systems Wings (GPSW), Comandamentul For ţelor Aeriene Los Angeles, California. GPS este format dintr-o constelaţie de aproximativ 30 de sateli ţi ce transmit semnale spre Pamânt. Semnalele transmise din fiecare satelit sunt transformate în informaţii ce sunt apoi folosite de receptoarele GPS pentru a ob ţine locaţia lor pe Glob.
Figura 11.1 - Principiul de func ţ ionare GPS.
GPS funcţionează indiferent de starea vremii, este disponibil 24 ore pe zi şi 7 zile pe să ptămână. Poate fi folosit f ăr ă plată de civili, în scopuri comercialw şi aplicaţii ştiinţifice.Aceasta face ca GPS s ă fie o soluţie flexibilă pentru multe aplicaţii de pozi ţionare. Există un număr mare de date ce trebuie procesate şi un număr mare de activităţi ce trebuie efectuate pentru o obţine o pozi ţie precisă folosind GPS.
11.1. Segmentele componente ale sistemului. Există trei segmente ce compun sistemul GPS: segmentul spa ţial, de control şi utilizatorii. Toate segmentele lucreaz ă împreună pentru a obţine o pozi ţionare reală. 11.1.1. Segmentul spa ţ ial.
Segmentul spaţial esyeformat dintr-o constelaţie de aproximativ 30 de sateliţi (SV – Space Vehicles) care orbiteaz ă Pâmântul. Sateliţii sunt plasaţi în spaţiu astfel încât în orice parte a zilei un receptor s ă aibă acces la cel puţin patru sateliţi. Acest lucru este foarte important în determinarea locaţiei întrucât mai mulţi sateliţi produc o precizie mai mare. Fiecare satelit are trei p ăr ţi componente importante: - Computer-ul- controlează zborul satelitului şi alte funcţii - Ceasul atomic – acest ceas ţine timpul cu precizie; - Transmiţătorul radio – acesta transmite semnale radio de putere scăzută către Pământ conţinând un identificator unic, locaţia satelitului şi timpul precis şi data. 11.1.2. Segmentul de control
Segmentul de control este un sistem de sta ţii terestre care monitorizează şi oprează sateliţii GPS. Segmentul de control este format din 11 sta ţii terestre localizate în întreaga lume. Sateliţii transmit semnale de navigaţie către staţiile de monitorizare terestre. Staţiile de monitorizare transmit semnalel c ătre o staţie principală de control. Staţia principală de control calculează corecţii precise ale datelor care apoi sunt transmise c ătre sateliţi de 3 ori pe zi. Segmentul de control se asigur ă că datele de timp, dată şi efemeride transmise de sateliţi sunt
precise şi la zi. Informaţiile precise sunt vitale pentru a ob ţine o informatie precisă a locaţiei unui receptor .
11.1.3. Segmentul utilizator
Segmentul utilizator dau receptor este dat de orice utilizator cu un receptor şi poate fi civil sau militar. Receptorul GPS primeşte informaţii de la sateliţii pe care îi vede si apoi realizeaz ă calcule pentru a determina poziţia. Receptoarele GPS cer o vedere neobstrucţionată către sateliţi.
11.2. Semnalele sateli ţilor Sateliţii transmit multe date care sunt primite de c ătre receptoare. Informaţiile sunt purtate de două unde radio de frecven ţă joasă, cunoscute ca L1 şi L2: L1 – 1575.42 MHz L2 – 1227.60 MHz Aceste unde radio c ălătoresc cu viteza luminii purtând coduri de date, un almah, efemeride şi NAVDATA. Codurile de date pe care receptorul le foloseşte pentru a determina distan ţa între receptor şi satelit sunt C/A şi codul P. Codul C/A este purtat de unda radio de frecven ţă L1 şi conţine un număr unic PRN (Pseudorandom Number) folosi pentru identificarea satelitului. Codul P este purtat de undele radio de frecven ţă L1 şi L2. Almanahul furnizeaz ă pe termen lung o poziţie aproximativă a satelitului. Receptorul are nevoie de aceste date pentru a estima unde trebuie să privească pentru a recepta semnalul de la satelit. To ţi sateliţii transmit acelaşi informaţii privind almanahul. Datele legate de efemeride sunt o serie de parametrii necesari pentru a calcula cu precizie loca ţia unui satelit GPS pentru un anumit moment de timp. Odat ă ce receptorul primeşte semnalul de la satelit, folose şte datele legate de efemeride pentru a calcula poziţia exactă a satelitului. Fiecare satelit transmite datele unice despre efemeridele sale. Datele NAVDATA con ţin informaţii despre data şi timpul sistemului şi sănătatea satelitului. 11.2.1. Modernizarea semnalului
O parte a modernizării GPS o constituie includerea a dou ă noi benzi: L2C şi L5. Aceste dou ă noi benzi necesit ă instalarea de hardware nou la bordul sateli ţilor Fiecare bandă va furniza propriile beneficii. L2C include măsur ători mai sigure, furnizarea unui semnal u şor de captat, şi care să acţioneze ca un semnal redundant în zonele de interferen ţă. L5 include beneficii legate de îmbun ătăţirea structurii semnalului, putere mai mare de transmitere, lăţime de bandă mai largă şi receptarea mai rapidă a semnalului. O planificare pe termen lung includ şi două noi semnale militare L1M şi L2M şi semnalul pentru civili L1C. Cu fiecare nou satelit ce va fi pus în funcţiune, operarea cu receptoarele GPS va deveni mai uşoar ă şi mai sigur ă. 11.2.2 Erorile poten ţ iale ale semnalului
Atâta timp cât semnalele sateli ţilor călătoresc pe direcţia „liniei de vizare”, ele trebuie s ă călătorească prin atmosfera Pământului pentru a ajunge la receptoare. Factorii atmosferici pot afecta viteza şi caracteristicile semnalului transmis de satelit. Cele mai comune erori ale atmosferei sunt cauzate de ionosfer ă şi troposfer ă. Ionosfera este un strat la 60 – 100 km deasupra Pământului şi care conţine particule încărcate care afectează rata de transmitere a satelitului. Troposfera este stratul cel mai de jos al suprafe ţei de aer a P ământului. Toate înregistr ările de vreme din acest strat, varia ţii de temperatur ă, presiune şi umioditate pot afecta pot afecta viteza undelor radio şi au ca efect rezultatul unei localizări cu precizie scăzută. Atât ionosfera cât şi troposfera afectează semnalul provenit de la satelit. 11.2.3. Determinarea dep ărt ării (Ranging) Determinarea depărtării este procesul de ob ţinere a distanţei propriului receptor fa ţă de fiecare satelit. Receptorul este capabil să folosească semnalul satelitar pentru a-şi determina propria poziţie aproximativă în raport cu sateli ţii. Pentru a realiza acest lucru, receptorul trebuie s ă stabilească cât de departe se g ăseşte faţă de sateliţi. Acest lucru este ob ţinut prin calcularea vitezei cu care semnalul călătoreşte şi timpul necesar pentru ca semnalul s ă ajungă la receptor. Distanţa se obţine prin înmulţirea timpului şi a vitezei semnalului de la satelit. Atât ă timp cât receptorul cunoaşte locaţia satelitului datorită datelor legate de efemeride şi cunoaşte viteza de transport a semnalului (viteza luminii), poate face aceast ă operaţie de înmulţire pentru a afla dep ărtarea faţă de satelit. Acestă poziţie este aproximativă. Pentru a determina o poziţie mai precisă intervine trilateraţia. 11.2.4. Trilatera ţ ia Trilateraţia este un mod inteligent de a folosi distan ţele pentru a obţine poziţia exactă a locaţiei ( a receptorului). Se poate determina loca ţia în 2D (latitudine şi longitudine) cu
ajutorul a 3 sateliţi sau în 3D (latitudine, longitudine şi cotă) cu ajutorul a 4 sau mai mul ţi sateliţi. O locatie 3D este mult mai precisă decât o locaţie 2D. Pentru a-şi găsi poziţia, un receptor GPS trebuie s ă afle distanţa către trei sateliţi cu pozi ţii cunoscute. Dacă receptorul este la distan ţa „X” de primul satelit, el este undeva pe o sfer ă imaginar ă, cu satelitul în centrul sferei. Cu doi sateli ţi, receptorul poate fi localizat numai pe curba în care cele două sfere se intersecteaz ă. Prin generarea unei sfere de c ătre un al treilea satelit, receptorul poate fi localizat numai în dou ă puncte posibile. Receptorul elimină punctul din spa ţiu şi obţine astfel singura soluţie posibilă.
Prin determinarea mărimii fiecărei sfere şi unde se intersecteaz ă, receptorul îşi poate stabili locaţia pe Pământ.
11.3. Surse de erori GPS Cu toate că se ştie că ceasurile atomice sunt excelente, acestea nu sunt perfecte şi pot încet în timp a se desincroniza. Chiar dac ă aceste ceasuri sunt monitorizate şi corectate de c ătre staţiile de monitorizare, pot produce erori în domeniul a 2 metri. Folosind 4 sau mai mul ţi sateliţi se măreşte precizia acestor ceasuri. Erorile efemeridelor sunt informaţii incorecte în mesajul de naviga ţie legate de localizarea satelitului. Datorită acestora se pot produce erori în domeniul a 2 metri. Eroarea de multipath apare când semnalul GPS întâlne şte suprafeţe care au o capacitate mare de reflectare, cum ar fi ferestrele, gardurile de metal, apa din lacuri, clădirile, etc. Acestea m ăresc timpul de propagare a semnalului cauzând erori. Pentru a reduce aceast ă eroare se recomandă evitarea măsur ării în apropierea acestor suprafe ţe. Vizibilitatea sateliţilor este importantă pentru obţinerea unei poziţii precise şi este una din sursele comune de erori în utilizarea gpsului. Un receptor gps are nevoie de o vedere f ăr ă obstrucţii către cel puţin 4 sateliţi pentru a calcula o pozi ţie precisă. În mod general, cu cât se v ăd mai mulţi sateliţi cu atât este mai bine. Este important ca receptorul s ă fie aşezat într-o zonă cu vedere liber ă spre cer, f ăr ă obstrucţii, ca în imagine.
A avea o vizibilitate bun ă către sateliţi nu este singura condi ţie ce trebuie luat ă în considerare când se utilizează gps-ul. Geometria sateliţilor este de asemenea important ă şi poate cauza erori. Geometria sateliţilor se refer ă la poziţia relativă a sateliţilor. Ea este exprimat ă prin factorul DOP (Dilution of Precision). Sunt mai multe tipuri de DOP, dar PDOP (Position Dilution of Precision) este adesea utilizat pentru a indica calitatea generală de poziţionare. PDOP este exprimat printr-un număr, valorile considerate bune pentru poziţionare fiind cele mici, spre exemplu mai mici decât 3. Valorile mai mari de 7 sunt considerate ca „PDOP slab” şi care conduc la erori în poziţionare. Valorile mici ale PDOP-ului sunt asociate cu o dispersie largă a sateliţilor. Sateliţii grupaţi sau în linie vor produce un nedorit PDOP mare. Utilizarea unui singur receptor gps şi 4 sau mai mul ţi sateliţi permit obţinerea unei pozi ţii autonome. Pozi ţia autonomă este poziţia cea mai puţin precisă şi poate fi obţinută cu orice receptor gps. Precizia de pozi ţionare în acest caz poate fi de 10 -15 m.
11.4. Conceptul GNSS GNSS este acronimul Global Navigation Satellite System. GNSS este „numele” folosit pentru a include toate sistemele de navigare cu sateli ţi, cuprinzând sub aceeaşi „umbrelă” toate sistemele de sateli ţii funcţionale. În acest moment sunt operaţionale două sisteme de sateliţi: GPS- este sistemul de sateli ţi ai Statelor Unite ale Americii. Acest sistem de sateli ţi constă într-o constelaţie de 30 de sateli ţii lansaţi pe 6 planuri orbitale. Este 100% 100% funcţional. GLONASS – este sistemul de sateli ţii ai Federaţiei Ruse. Este compus din 16 sateli ţi care operează pe 3 planuri orbitale. Este operaţional în propor ţie de 60%. Atât Rusia cât şi Statele Unite ofer ă acces liber internaţional la sistemele lor de satelisistemele lor de sateliţi. Europa şi China sunt pe cale de a crea propriile sisteme de sateli ţi. ăşurare sistemul de sateli ţi Galileo. Au fost lansa ţi deja 2 sateli ţi Europa – are în desf ăş de test pe 6 August 2008. ăşurare sistemul de sateli ţi Compass (BeiDou 2), guvernul chinez China – are în desf ăş având sub operare 5 sateli ţi lansaţi tot pe 6 August 2008. Nu este stabilit la momentul curent când aceste sisteme de sateli ţi vor deveni operaţionale, dar când acest lucru se va întâmpla vor completa sistemele GPS şi GLONASS, extinzând domeniul de acoperire şi disponibilitate al GNSS.
GNSS permite receptoarelor să folosească atât sateliţii GPS cât şi GLONASS. Astfel creşte numărul de sateliţi disponibili, condi ţiile de muncă devin mai flexibile şi spreşte productivitatea. De asemenea ofer ă o acoperire mai bun ă a staţiilor de referinţă şi o redundanţă mai mare a semnlului, îmbunătăţind productivitatea. Utilizarea celor dou ă sisteme de sateliţi poate reduce probabilitatea probabilitatea erorilor. Accesul Accesul la GNSS este este folositor în situaţiile când sistemele GPS sau GLONASS permit o disponibilitate limitat ă. Aceste situaţii includ: - Când se lucreaz ă în zone cu obstrucţii, cum ar fi copacii; - Perioada din zi poate afecta disponibilitatea/poziţia sateliţilor; - Poziţia de pe glob unde se efectueaz ă măsur ătoare. Mai mulţi sateliţii înseamnă o şansă mai mare de a recepta semnale de la suficien ţi sateliţi pentru a obţine date pentru o pozi ţionare precisă. În următorul exemplu graficul disponibilitatea sateliţilor GPS. Se observă că nu sunt suficienţi sateliţi pentru a obţine o pozi ţie precisă folosind doar sistemul de sateliţi GPS. Lipsa sateliţilor GPS poate fi cauzat ă de obstrucţii, dar există şi alţi factori care afectează disponibilitatea acestora. Cu un receptor GNSS se pot accesa atât sistemul GPS cât şi GLONASS. Graficul următor ilustrează creşterea disponibilităţii sateliţilor folosind cele două sisteme. Folosind GNSS se îmbunătăţeşte productivitatea, flexibilitatea şi se reduc costurile. Pentru a putea utiliza ambele sisteme de sateli ţi GPS şi GLONASS sunt necesare recptoare speciale. Deoarece fiecare sistem de sateli ţi foloseşte unde purtătoare de frecvenţe diferite, sunt necesare receptoare GNSS care s ă aibă canale şi frecvenţe multiple (multi-channel, multi-frequency).
11.5. Proiectarea re ţelelor şi a măsurătorilor La proiectarea reţelelor şi a măsur ătorilor trebuie avut în vedere ce metodă de poziţionare este cea mai adecvat ă. Pentru a putea face o clasificare a metodelor de m ăsurare, este necesar ă explicarea noţiunilor de "static" şi "cinematic". La măsur ătorile statice receptoarele sunt fixe în intervalul de timp afectat m ăsur ătorilor denumite şi “sesiuni de lucru”. Rezultatele sunt deduse ulterior din m ăsur ători succesive
efectuate de receptor la anumite intervale de timp prestabilite denumite "epoci de m ăsurare", de regulă comune tuturor receptoarelor implicate într-o sesiune de lucru. La m ăsur ătorile cinematice o parte din receptoare sunt în mi şcare (rover), iar rezultatele sunt obţinute dintr-o singur ă epocă, sau câteva epoci de m ăsurare în fiecare punct. Spre deosebire de metoda statică trebuie să existe în permanenţă legătura continuă spre minimum patru sateliţi din constelaţia iniţială. Dacă se fac măsur ători de fază asupra undelor purtătoare, trebuie cunoscute a priori din faza de iniţializare şi ambiguităţile. Planificarea unui proiect de măsur ători GNSS pentru scopuri geodezice const ă în alegerea unei metode optime de măsurare, a instrumentaţie necesare, precum şi planificarea propriu zisă a observaţiilor. Planificarea se deosebe şte esenţial faţă de planificarea observaţiilor geodezice clasice, întrucât măsur ătorile cu sistemele GNSS pot fi executate practic pe orice vreme şi la orice or ă din zi. În plus, nu trebuie s ă existe vizibilitate între punctele re ţelei, se pretinde doar un orizont liber spre cer de la o eleva ţie de 15° în sus. La planificarea observa ţiilor trebuie ţinut cont de mai mul ţi factori: - configuraţia sateliţilor; - numărul şi tipul receptoarelor avute la dispozi ţie; - aspecte economice. Configuraţia reţelei joacă un rol mai mic în acest gen de m ăsur ători, ea trebuind să fie luată în seamă doar când reţeaua trebuie legat ă la reţeaua naţională. 11.5.1. Alegerea metodei de m ăsurare Datorită preciziei ridicate care se cere în geodezie, nu intr ă în atenţie decât metodele relative de poziţionare, cu ajutorul măsur ătorilor de fază asupra undelor purtătoare. O trecere în revisţă a metodelor de măsurare în poziţionarea relativă este dată în tabelul 1. În practică este de multe ori avantajos, ca metodele de m ăsurare să fie combinate. De exemplu metoda statică poate fi utilizată pentru a determina unele puncte de referin ţă în zona de lucru, care apoi s ă constituie puncte de plecare pentru m ăsur ătorile cinematice şi/sau
pseudocinematice. Tabelul 1 Metoda de măsurare Statică
Precizia ±0.1 - ±1 ppm
Rapid-static
±(5mm+1 ppm)
Cinematică
±3 -10 ppm
Pseudocinematică
±(5mm+1 ppm)
Caracteristici Durată mare a observaţiilor (ore); Lungimi ale bazelor practic nelimitate. Timp scurt pentru observaţie (minute); Baze < 10 km; De preferinţă receptoare cu două frecvenţe; Constelaţie satelitar ă foarte bună. Timp de observaţie foarte scurt (secunde) După iniţializare este necesar un contact permanent spre minimum patru sateliţi. Timp de observaţie redus (minute); Întreruperea semnalului de la satelit este nerelevantă; Este necesar ă reocuparea punctelor sta ţionate.
11.5.2. Alegerea receptoarelor
Pentru baze cu lungimi mai mici de 15 km şi în regiuni dispuse la o latitudine medie (cazul României) sunt suficient de precise receptoarele care opereaz ă pe o singur ă frecvneţă. Receptoarele care măsoar ă pe ambele frecven ţe crează în timpul prelucr ării datelor
posibilitatea, s ă se facă combinaţii liniare între măsur ătorile de fază de pe ambele freven ţe şi astfel diminuarea sau eliminarea efectului ionosferic. Num ărul canalelor unui receptor este de asemenea important, întrucât numărul sateliţilor observaţi concomitent într-o staţie depinde şi de numărul canalelor. În general este bine ca la un proiect de m ăsur ători GNSS să fie utilizate numai receptoare de acelaşi tip. Este însă posibilă şi o combinare a receptoarelor, doar softul de prelucrare trebuie să permită trecerea datelor într-un format unic - RINEX (Receiver Independent Exchange Format). Pot conduce la o diminuare a preciziei şi utilizarea unor antene de tipuri diferite. Dacă antena nu este integrat ă în receptor, atunci şi lungimea cablului anten ă-receptor are o oarecare importanţă. Cablurile scurte sunt u şor de transportat şi semnalul are o putere mai mare. Cablurile lungi au însă avantajul unei mai mari flexibilităţi în teren. 11.5.3. Criterii pentru alegerea punctelor Pentru alegerea punctelor ce urmeaz ă să fie staţionate cu aparatur ă GPS trebuie respectate următoarele criterii: - s ă nu existe obstacole care s ă optureaze orizontul peste eleva ţia de 15°, întrucât acestea pot diminua numărul sateliţilor disponibili; - să nu existe suprafeţe reflectorizante în apropierea antenelor, întrucât acestea pot conduce la efectul de multipath (suprafeţe reflectorizante sunt considerate acele suprafe ţe la care rugozitatea este mai mic ă de 2 cm); - să nu existe instala ţii electrice de putere mare în apropierea sta ţiilor sau relee de emisie,
acestea putând perturba, sau interfera cu semnalele satelitare; - să fie uşor accesibile – de preferinţă cu maşina; - să fie ferite de distrugere. În timpul recunoaşterii terenului toate punctele GPS trebuie verificate după criteriilor enunţate mai sus. În cazul în care exist ă obstacole care împiedic ă efectuarea observaţiilor (păduri sau zone dens construite cu cl ădiri înalte) trebuie stabilite staţii excentrice, sau antenele se vor monta pe stâlpi înalţi. La recunoaşterea terenului se vor stabili în detaliu şi drumurile de acces la punct, precum şi timpul de deplasare la punct, pentru a putea ţine seama de aceasta în planificarea observaţiilor. Deosebit de dificilă este recunoaşterea terenului când se fac măsur ători prin metoda cinematică, întrucât trebuie stabilite traseele pe care se vor deplasa receptoarele mobile. 11.5.4. Planificarea observa ţ iilor Aceasta se realizeaz ă cu programe
speciale cunoscute sub denumirea “Mission Planning” livrate de firmele constructoare impreun ă cu softurile de prelucrare. După definirea şi deschiderea unui proiect de observaţii GNSS, se includ punctele cu pozi ţiile lor geografice în proiect, şi se întocmesc pentru fiecare punct schi ţe cu obstrucţiile care opturează orizontul peste o eleva ţie de 15°. Prima fază în proiectare prevede alegerea unei perioade optime pentru efectuarea măsur ătorilor, care se va subdivide în sesiuni de lucru. Proiectarea observa ţiilor constă în alegerea unei ferestre de lucru optime, caracterizat ă printr-un număr suficient de mare de sateliţi vizibili, şi o valoare PDOP cât se poate de mic ă (între 1 şi 5) şi susţinută prin reprezentări grafice şi tabele. Aceste reprezent ări se bazează în esenţă pe calcularea azimutului şi elevaţiei pentru fiecare satelit în func ţie de timpul şi locul unde se fac observaţiile. De menţionat, că studiul constelaţiei satelitare şi a valorilor PDOP trebuie realizat pentru întregul grup de puncte care va fi sta ţionat într-o sesiune. În proiectare, pozi ţia punctelor trebuie cunoscută doar cu precizie de 1 km. Un alt criteriu care poate fi luat în considerare la alegerea ferestrei de lucru, este influen ţa refracţiei ionosferice, care noaptea este mult mai redus ă decât ziua.
La stabilirea sesiunilor de lucru în pozi ţionarea relativă trebuie luaţi în considerare 4 factori: - lungimea bazei; - numărul sateliţilor vizibili; - geometria constealţiei satelitare (PDOP); - raportul semnal/zgomot pentru semnalul satelitar Unele valori informative pentru durata sesiunilor de lucru, când se dore şte o precizie ridicată sunt date în tabelul 2. Datele se refer ă la receptoarele GPS cu o singur ă frecvenţă, la care o rezolvare rapidă şi corect ă a ambiguităţilor este posibilă numai în cazuri speciale. Pentru valorile de mai sus s-a considerat că se observă minimum 4 sateliţi şi că există codiţii ionosferice normale. Tabelul 2 Lungimea bazei (km) Durata sesiunii (minute) 0–1 10 – 30 1–5 30 – 60 5 – 10 60 – 90 10 – 15 90 – 120 Duarata sesiunilor se dimensioneaz ă în funcţie de precizia care se dore şte să fie atinsă, dar nu trebuie omis nici factorul economic. Foarte important ă este şi dimensionarea just ă şi optimă a timpului dintre sesiuni, când receptoarele sunt reinstalate în alte puncte ale re ţelei. De asemenea trebuie prev ăzut cel puţin un punct de leg ătur ă între sesiuni, pentru a putea reduce rezultatele la cel puţin un punct de referinţă, care să asigure interconectarea bazelor GPS din diferitele sesiuni. A doua fază a planificării pentru observaţii statice se refer ă la distribuirea receptoarelor la echipe şi programarea punctelor pentru fiecare echip ă. De regulă se întocmeşte un tabel, în care se prevede ce echip ă, în ce sesiune trebuie s ă staţioneze într-un punct. Numărul minim de sesiuni s într-o reţea cu p puncte şi la folosirea a r receptoare se determină cu relaţia: p−n s= r −n (11.1) unde n reprezintă numărul punctelor de legătur ă între sesiuni. Relaţia are sens numai pentru n ≥ 1 şi r f n . Dacă raportul nu ofer ă un număr întreg, se va rotunji valoarea raportului în plus la valoarea întreagă. Dacă pentru control fiecare punct dorim s ă-l staţionăm de m ori, atunci numărul sesiunilor se va calcula cu rela ţia: m⋅p s= r (11.2) Numărul staţiilor (a punctelor) redundante cu respectarea num ărului minim de puncte de legătur ă n=1 este dat de rela ţia: p r = s ⋅ r − [p + (s − 1)] (11.3) Pentru exemplificare consider ăm reţeaua din figura de mai jos, în care se efectueaz ă măsur ători cu trei receptoare şi trebuie asigurat un număr minim de n=1 puncte de leg ătur ă între sesiuni. În această situaţie numărul sesiunilor calculate cu rela ţia (11.1) este de 4. Pentru o dublă staţionare a tuturor punctelor din reţea, numărul sesiunilor calculate cu rela ţia (11.2) se ridică la 6. Un exemplu de planificare a sesiunilor poate fi urm ărit în schiţa de mai jos.
Acest exemplu de programare a sesiunilor are avantajul, c ă toate laturile adiacente sunt măsurate direct, asigurându-se astfel o precizie omogen ă în reţea. Sesiunile 5 şi 6 care conduc la dubla staţionare a fiecărui punct din reţea, ofer ă posibilitatea verificării măsur ătorilor ca neînchideri în poligoane, eliminându-se posibilitatea apari ţiei unor erori grosolane în setul de măsur ători. Tabelul 3 Receptorul Sesiunea 1 2 3 4 5 6 A P1 P8 P8 P8 P7 P1 B P2 P6 P7 P5 P5 P3 C P3 P3 P2 P4 P6 P4 Sesiunile trebuie astfel alese, ca s ă existe contact spre minimum 4 sateli ţi comuni la o eleva ţie de peste 15° în toate punctele incluse într-o sesiune, iar factorul PDOP s ă nu fie mai mare de 6 pentru întreaga durată de măsurare. Aceste aspecte pot fi luate toate în calcul în cadrul softurilor pentru planificarea sesiunilor GPS. În timpul lucr ărilor de teren trebuie asigurate urm ătoarele: - centrarea corectă a antenei pe punctul de sta ţie; - măsurarea înălţimii antenei; - conectarea corect ă a cablurilor la antenă şi receptor, respectiv receptor şi controler; - punerea în funcţiune a receptorului la momentul prestabilit în programul sesiunilor; - setarea corectă a modului de lucru; - urmărirea periodică a modului de înregistrarea a datelor; - completarea carnetului de teren. 11.5.5. Efectuarea m ăsur ătorilor Prin măsur ători simultane spre aceia şi
sateliţi în două puncte staţionate cu echipamente GNSS, se poate determina vectorul bazei între cele dou ă staţii, acesta fiind definit prin coordonatele realtive ∆X, ∆Y şi ∆Z în sistemul de coordonate ale sistemului satelitar. Coordonatele unuia dintre punctele sta ţionate sunt ţinute de regulă fixe, o eroare de 20 m în pozitionarea absolută a punctului de referinţă, afectând doar cu 1 ppm factorul de scar ă al reţelei. Coordonatele celui de al doilea punct sunt apoi determinate func ţie de coordonatele punctului care au fost ţinute fixe. În cazul interconect ării mai multor baze într-o reţea, numai un singur punct al re ţelei va fi considerat de referin ţă, deci cu coordonate absolute fixe. Excepţie fac situaţiile când sunt staţioante puncte incluse în re ţele GPS fundamentale, a c ăror poziţionare absolută este foarte bine cunoscut ă şi în care coordonatele acestor puncte sunt tratate ca puncte vechi în prelucrare.
