Pomiary bezlustrowe - Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji

Pomiary bezlustrowe - Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji

POMIARY BEZLUSTROWE. OCENA PRZYDATNOŚCI I
DOKŁADNOŚCI POMIARÓW.
KINGA PECYNA, MAGDALENA BIELECKA,
GRZEGORZ NYKIEL
Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji,
Zakład Geodezji, 00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2
Opiekun pracy: mgr inż. Dorota Latos
1. Wstęp
Techniki pomiarowe w geodezji w ostatnich latach zdecydowanie zintensyfikowały swój
rozwój w stronę zdalnych metod pozyskiwania informacji. Trend ten można zaobserwować np.
przy bezlustrowym pomiarze odległości dostępnym w coraz większej liczbie modeli
tachimetrów. Producenci prześcigają się w rozwiązaniach mających zapewnić jak największy
zasięg pomiaru przy jednoczesnym zapewnieniu odpowiedniej dokładności niezbędnej do
wykonania prac geodezyjnych. Niestety dane podawane w specyfikacji instrumentów odnoszą
się do pomiarów, które są wykonane w ściśle sprecyzowanych warunkach, z wykorzystaniem
materiałów, o które trudno podczas codziennej pracy w terenie.
2. Cel pracy
Przeprowadzone badania miały na celu określenie czy dostępne możliwości bezlustrowego
pomiaru odległości są w stanie sprostać wymaganiom codziennej praktyki geodezyjnej.
Instrumenty często narażone są na bardzo trudne warunki pracy, gdzie zachowanie
odpowiedniej dokładności jest wymagane przez przepisy lub założenia projektowe. Nie są to
jednocześnie warunki jakie założył producent podczas przygotowywania specyfikacji
technicznej. Zarówno otoczenie jak i materiał, na który wykonywany jest pomiar odległości
zdecydowanie odbiegają od założeń. Dodatkowo duży wpływ może mieć kąt padania wiązki,
który bardzo często nie jest prostopadły.
3.
Sposób prowadzenia badań
Do przeprowadzenia badań wykorzystano: tachimetr TOPCON GPT 3005N
udostępniony nam przez Wojskową Akademię Techniczną oraz trzy tachimetry:
(TOPCON GPT 3105N), (TOPCON GPT 7503), (TOPCON GPT 9003M) – zostały one
wypożyczone przez firmę TOPCON TPI Sp.z o.o. na potrzeby przeprowadzenia badań.
Wszystkie te tachimetry charakteryzują się możliwością wykonywania zarówno
pomiaru na pryzmat jak i pomiaru bezlustrowego
W poniższej tabeli umieszczono charakterystykę dalmierzy podaną przez producenta
dla każdego z testowanych instrumentów:
GPT 3005N
GPT 3105N
GPT 7503
GPT 9003M
Pomiar na
pryzmat
3000m
4000m
4000m
4000m
Dokładność
(na pryzmat)
+/(2mm+2ppm)
+/- (2mm+2ppm)
+/- (2mm+2ppm)
+/- (2mm+2ppm)
Pomiar
bezlustrowy
1.5-250m
1.5-350m
1.5-2000m
1.5-2000m
+/-(3mm+2ppm)
Do 250m:
+/-5mm
Powyżej 250m:
+/-(10mm+10ppm)
Do 250m:
+/-5mm
Powyżej 250m:
+/-(10mm+10ppm)
Dokładność
pomiaru
bezlustrowego
+/- 5mm
Tab.1. Charakterystyka pomiaru odległości testowanych instrumentów według
producenta
W ramach przeprowadzonych testów wykonano pomiary według następującej metody:
•
Ustalono 4 odległości pomiarowe – 50, 150, 300 i 500 metrów
•
Na każdej odległości wykonano 5 pomiarów
•
Pomiary na lustro + 4 materiały
•
3 kąty padania wiązki lasera – 0, 30 i 60 stopni
Pomiary wykonano wzdłuż drogi usytuowanej na terenie WAT naprzeciw budynku 53.
W pobliżu znajduje się budynek Wydziału Inżynierii Lądowej i Geodezji oraz wjazd od
ulicy Radiowej.
Rys 1. Zdjęcie satelitarne z zaznaczonym miejscem badań
Wykorzystana została ta droga ponieważ jest to długi prosty odcinek idealnie nadający
się do tego typu pomiarów. Stanowisko pomiarowe zostało usytuowane na jednym z
krańców drogi, następnie w odległości 50, 150, 300 i 500 metrów zostały rozstawione
lustra ze specjalnie zaprojektowanymi i przygotowanymi przez nas tarczami, które
nakłada się na lustra.
Rys. 2. Tarcza z terakotą nałożona na pryzmat
W pierwszej kolejności pomiar wykonano
na pryzmat, następnie pryzmat został
zasłonięty i wykonywany były pomiary bezlustrowe na tarcze znajdujące się na
pryzmacie. Kolejne pomiary wykonywane są przy skręceniu pryzmatu z tarczą kolejno
o 30˚ i 60˚. Następnie wymieniana jest tarcza i przeprowadzamy kolejny pomiar
bezlustrowy.
4. Analiza otrzymanych wyników
Podczas prowadzonych badań przetestowano 4 instrumenty dla których otrzymano
szereg wyników dotyczących pomiaru odległości. Zostały one zestawione według
następujących kryteriów:

WYKRES 1 przedstawia zmiany wartości bezwzględnej różnicy pomiaru
odległości na pryzmat i tarczę względem odległości, na których ustawione były cele.
Dla kąta padania wiązki lasera 0˚

WYKRES 2 przedstawia zmiany wartości bezwzględnej różnicy pomiaru
odległości na tarczę przy różnych kątach padania wiązki lasera (0˚ i 30˚)

WYKRES 3 przedstawia zmiany wartości bezwzględnej różnicy pomiaru
odległości na tarczę przy różnych kątach padania wiązki lasera (0˚ i 60˚)
Poniżej zestawiono wykresy dla każdego z testowanych instrumentów
Rys. 3. Wykresy dla tachimetrów TOPCON GPT 3005N i TOPCON GPT 3105N
Patrząc na przedstawione wyniki dla instrumentu GPT 3005N można zauważyć
podobieństwa.
 we wszystkich możliwych kombinacjach udało się pomierzyć do odległości
150 metrów co przy zasięgu wynoszącym 250 metrów jest sukcesem biorąc
pod uwagę inne instrumenty,
 dla każdej kombinacji można zauważyć podobny rozkład wyników
pomiarów. W każdym z przypadków najlepiej zachowywała się próbka z
betonu natomiast najgorzej sklejka oraz pleksą.
 początkowe odchyłki na poziomie ok 20 mm zmieniły się wraz ze wzrostem
odległości aż do 120 mm co wyklucza ten instrument z wielu prac
geodezyjnych. Jedynie dla pomiarów o krótkich celowych możemy uzyskać
względnie satysfakcjonujące wyniki.
Instrument
GPT
3105N
osiągnął
zdecydowanie
lepsze
(mniejsze)
wartości
poszczególnych odchyłek.
 Przy maksymalnym kącie wychylenia i dla najgorszego materiału, którym
była pleksa, odchyłka wyniosła 30mm. Jest to wartość 4 razy lepsza od
instrumentu, który znajduje się na naszym wydziale.
 Dla tego instrumentu najgorszym materiałem była pleksa, natomiast najlepiej
spisywała się sklejka, która w poprzednim przykładnie była jednym z
najgorszych materiałów.
Rys. 4. Wykresy dla tachimetru TOPCON GPT 9003M
Instrument GPT 9003M:
 posiada on dwa tryby pomiaru: tryb normal - do 250 m oraz tryb long do 2000
m.
 w trybie normal instrument zachowywał się podobnie dla każdego materiału
mierząc wszystko do odległości 150 metrów. Najgorzej w tym przypadku
zachowała sie sklejka.
 Nieoczekiwane wyniki uzyskaliśmy w trybie long, gdzie jedynie do odległości
500 m udało się pomierzyć przy promieniu 0˚. Przy 30˚ i 60˚ maksymalna
odległość do której udało się pomierzyć wyniosła jedynie 150 metrów.
 Zaskoczeniem okazały się wysokie uzyskane odchyłki sięgające nawet 45mm
dla sklejki, która dla poprzedniego instrumentu zachowywała się najlepiej, a
odchyłka wynosiła 5mm.
Rys. 5. Wykresy dla tachimetru TOPCON GPT 7503
Instrument GPT 7503

posiada dwa tryby pomiaru: tryb normal - do 250 m, tryb long - powyżej 250 m

tryb normal wypadł bardzo słabo jeśli chodzi o zasięg. Dla kąta 60˚ udało się
pomierzyć jedynie dla odległości 50m. Najgorzej ze wszystkich materiałów spisała się
pleksa, którą udało się pomierzyć jedynie dla 0˚.

tryb long poza pomiarem na terakotę wypadł pozytywnie. Nawet dla odległości
500 m można uzyskać milimetrowe odchyłki (celując na sklejkę dla kąta 0˚). Tryb ten
spisuje się najlepiej ze wszystkich do tej pory przetestowanych.
5.
Podsumowanie
Błąd pomiaru odległości to tylko jeden z wielu błędów jaki ma wpływ na całokształt
wykonywanej pracy. Jak pokazują uzyskane wyniki niejednokrotnie pomiary
bezlustrowe są nieprzydatne przy precyzyjnych zadaniach geodezyjnych. Niestety
niektóre pomiary pokazują, że zostają przekroczone również błędy pomiaru szczegółów
sytuacyjnych pierwszej klasy dokładności (budynki, drogi, elementy stale związane z
gruntem) określonej przez instrukcję techniczną G.4. Co niestety wyklucza
zastosowanie takiego instrumentu z większości prac terenowych.
Charakterystyka poszczególnych dalmierzy w znacznym stopniu wpływa na wyniki
pomiarów. Im mocniejszy sygnał tym większy zasięg pomiaru aczkolwiek dokładność
każdego dalmierza powinna być określona indywidualnie, ponieważ pomimo
podobnych danych technicznych uzyskano rozbieżne wyniki. Dodatkowo dla każdego
materiału powinna zostać wyznaczona charakterystyka danego dalmierza
w celu
wyeliminowania ewentualnych błędów powstałych wskutek nieprawidłowego odbicia
sygnału .
W trakcie wykonywania badań napotkano na pewne problemy z pomiarem odległości,
które spowodowane były zbyt szerokim zakresem wiązki. Instrument na większych
odległościach dokonywał pomiarów obiektów znajdujących się 2 metry od osi celowej.
Skutkowało to błędnymi odczytami. Taka sytuacja bardzo często może przytrafić się w
pracach terenowych dlatego należy kontrolować uzyskane wyniki.
W przyszłości przedstawione badania będą kontynuowane w celu dopracowania
metody, przetestowania większej liczby instrumentów innych firm oraz stworzenia
ścisłej procedury testowej pomiaru odległości metodą bezlustrową z wykorzystaniem
tachimetrów elektronicznych.