Pomiary bezlustrowe - Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji
Transkrypt
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.