possibilità di effettuare, rapidamente e con frequenze stabilite, misure in automatico di angoli e distanze su punti preventivamente definiti e materializzati con prismi di precisione.

dotata di sistema di controllo integrato, atto a eseguire, memorizzare, elaborare e comunicare ad un server centrale le misure effettuate.

precisione nella misura angolare e della distanza rispettivamente di qualche secondo centesimale e qualche mm (piuqualche p.p.m.)

precisione complessiva nelle tre componenti spaziali intorno a qualche mm

Stazione totale robotizzata

Funzionamentocombinazione di un teodolite elettronico e di un distanziometromisure dirette sia di angoli che di distanzeosservabili sono gli angoli azimutali, gli angoli zenitali e la distanza inclinata cicli di misura periodici

con doppio puntamento (dritto e coniugato) dei prismi installati sugli edifici ed esecuzione di diversi strati

collocazione della stazione totale

robotizzata disposta su un pilastrino a

centramento forzato

Prismi installati su punti di controllo

Prismi di riferimento esterni

Stazione totale robotizzata

metodi per l’orientamento e il controllo della stabilità del sito

1. 1. Integrazione con GPS (uno co-locato sul punto di stazione e uno

di riefrimento per l’orientamento)

2 .Istituzione di più punti di riferimento esterni di coordinate note e

considerate fisse per la rideterminazione a minimi quadrati della

posizione iniziale della stazione ad ogni ciclo di misure

3.Applicazione di una correzione (vettore offset origine del sistema

di riferimento) al punto di stazione

Oppure ……..

Metodi per la misura degli angoliIn analogia con gli strumenti tradizionali anche le stazioni totali robotizzate sono caratterizzate da cerchi di cristallo sui quali la gradazione, codificata o numerata, è ottenuta mediante processi di fotoincisione.

A seconda del principio di misura elettronica degli angoli adottato si possono avere misure assolute o incrementali.

In particolare, si ottiene la misura assoluta di un angolo, solo se lo strumento adoperato è munito di cerchi codificati, che consentono di conoscere la posizione assoluta dell’indice di lettura e quindi la lettura zerodello stesso.

Altrimenti se lo strumento è dotato solo di cerchi graduati puo’ consentire di effettuare esclusivamente la misura angolare relativamente a quella precedente e quindi una misura incrementale della stessa.

Un’ulteriore distinzione può essere fatta tra misure statiche e dinamiche.La differenza tra le suddette modalità di lettura consiste nel fatto che nella lettura statica il cerchio rimane fisso e solidale alla base.

Ipotizzando di distendere su un tratto rettilineo i cerchi graduati, si ottiene lo schema generale di lettura assoluta che consta di una successione di righe di piccolo spessore per un’ampiezza complessiva pari alla larghezza delle corone circolari dei cerchi e caratterizzate dall’alternanza di zone trasparenti ed opache.

Al di sopra di queste suddivisioni parallele sono dislocati i fotodiodi in grado di riconoscere una determinata lunghezza d’onda e di trasformare tale evento in un segnale elettrico di corrente. Di fronte ad essi e quindi sulla faccia opposta del cerchio di cristallo è disposta invece la sorgente luminosa.

Il fotodiodo, sensibile al passaggio della luce, durante la rotazione dell’alidada, trasmette ad un circuito elettronico di conteggio, i segnali di chiaro-scuro mediante codice binario cioè associando il valore unitario alle zone trasparenti e il valore nullo a quelle opache.

Misura assoluta degli angoli

Il sistema di misura assoluta necessita di un secondo sistema di lettura fine che consenta la determinazione delle frazioni più piccole delle parti intere in cui è diviso il cerchio.

Al fine di arrivare ad una approssimazione della misura angolare piùspinta rispetto alla minima suddivisione si utilizza un sistema di interpolazione. Esso prevede una seconda graduazione incisa su un piccolo vetrino di cristallo solidale all’alidada (od al cannocchiale per le distanze zenitali) interposto alla graduazione principale in prossimitàdel sensore ottico, in modo che la luce, passante per questa seconda scala, produca delle frange di interferenza registrate e codificate da sensori CCD.

I risultati delle misure vengono poi memorizzate nella memoria interna dello strumento.

Misura assoluta degli angoli

suddivisione delle graduazioni dei cerchi in un numero fisso di settoria ciascuno dei quali corrisponde un determinato numero di bit

marker identificativo dell’inizio del settore

cerchi sono fissi rispetto al basamento od all’asse secondario del teodolite

Illuminazione dei cerchi in prossimità indice lettura mediante led

fotodiodi trasformano il segnale analogico luminoso (ingrandito) in digitale

dotati sempre di compensatore biassiale (errore residuo verticalità)

Sistema di lettura statico degli angoli

Vantaggioso per eliminare l’errore di eccentricitàdell’alidada e rendere minimo l’errore residuo di graduazione

disposizione di due barriere di fotodiodi, una solidale all’alidada (R) e posizionata sulla parte interna del cerchio e la seconda (S) fissa al basamento nella parte esterna del cerchio stesso

L’angolo misurato φ può essere schematizzato mediante la relazione φ = nφ0 + Δφ, dove φè l’angolo sotteso dalla coppia di sensori, n è pari al numero intero di chiaro-scuri letti dai fotodiodi ed infine Δφ è la misura fine dell’angolo L’errore residuo di graduazione (dovuto alla interpolazione per la stima Δφ) diventa trascurabile nella lettura dinamica che riproduce la tecnica di reiterazione, permettendo la lettura su tutte le porzioni del cerchio che ruota in maniera completa e continua. Il segnale luminoso percepito dai fotodiodi viene trasformato in una onda elettromagnetica (onda quadra) che viene utilizzata per misurare lo sfasamento Δφ. L’errore di eccentricità dell’alidada viene eliminato per costruzione in quanto i fotodiodi sono coppie di sensori diametralmente opposti.

Sistema di lettura dinamico degli angoli

Prestazioni strumentali

Precisione (Deviazione standard ISO 17123-3)Hz, V: 1“ (0.3 mgon) 2“ (0.6 mgon) 3“ (1 mgon) 5“ (1.5 mgon)Minimo conteggio visualizzato: 1“ (0.1 mgon) 1“ (0.1 mgon) 1“ (0.5 mgon) 1“ (0.5 mgon)

Metodo assoluto, continuo, diametrico

CompensatoreRange di lavoro: 4’ (0.07 gon)Precisione di taratura: 0.5“ (0.2 mgon) 0.5“ (0.2 mgon) 1.0” (0.3 gon) 1.5” (0.5 mgon)Metodo: Compensatore centralizzato doppio asse

Tipo 1201 Tipo 1202 Tipo 1203 Tipo 1205

Principi di misura delle distanzeIl metodo di misura adottato dai distanziometri, integrati nelle stazioni totali, si basa sul confronto tra le onde elettromagnetiche emesse dallo strumento e quelle restituite dal riflettore.

Un’onda elettromagnetica è rappresentabile matematicamente con la sua intensità I pari a:

I = I0 sen (2π * t / T ) = I0 sen (φ )

dove T è il periodo, ossia l’intervallo di tempo nel quale l’intensità dell’onda compie un ciclo completo e φ, cioè l’argomento del seno dell’intensità d’onda, è detta fase.

All’istante t = 0 lo spazio di propagazione dell’onda è nullo mentre al tempo t = T è pari proprio alla sua lunghezza d’onda λ, quindi di conseguenza si può ricavare semplicemente il legame intercorrente tra la fase, la distanza percorsa ed il tempo impiegato mediante tale legge:

D = ( λ * φ ) / 2π = v * t

Metodo di misura della fase

a due diverse intensità dell’onda I’ e I”corrispondono rispettivamente le fasi φ’ ed φ”si ricava la distanza percorsa tra i due istanti considerati dallo sfasamento Δφ.La stessa differenza di fase però si ripresenta, per ogni onda, ciclicamente con periodo pari a T (ambiguità).L’ambiguità si risolve attraverso l’utilizzo di diverse lunghezze d’onda ottenute modulazione dell’onda di riferimento

La differenza tra il metodo di misura della fase e quello ad impulsi e nelle stima di D: il primo utilizza come parametro di misura la fase φ, mentre il secondo il tempo t di volo.

Principi di misura delle distanzeD = ( λ * φ ) / 2π = v * t

Metodo di misura a impulsi

D calcolata come prodotto velocità di propagazione dell’onda elettromagnetica ed il tempo intercorrente tra l’emissione ed il ritorno del segnale.

Vengono utilizzati migliaia di impulsi, in analogia con il metodo di misura della fase.

Errori che influenzano le distanzeLungo il tragitto il segnale elettromagnetico subisce un ritardo che dipende dalla velocità di gruppo dell’onda, cioè dalla sua frequenza di modulazione, secondo la legge: λ = c / nf , dove c è la velocità della luce nel vuoto, n è l’indice di rifrazione di gruppo e f è la frequenza di modulazione.

n dipende da:

•composizione atmosferica (che si ipotizza costante per modesti dislivelli)•temperatura (a Δt =1° C corrisponde una variazione di distanza di 1 ppm)•pressione (a Δp =3.4 mb corrisponde una variazione di distanza di 1 ppm)•umidità relativa (a Δe= 26.6 mbar di pressione vapore acqueo corrisponde variazione di distanza di 1 ppm)

Non potendo conoscere questi valori lungo tutto l’arco interessato per correggere le distanze, invece di valori di temperature, pressioni, umidità standard, valori medi tra quelli misurati nel punto di stazione A e quelli nel riflettore (complicato per schemi a molti punti a distanze diverse).

raggio laser, frequenza di modulazione di 100 MHz coassialitàbassi angoli divergenzariconoscimento automatico del bersaglio (ATR)

PortataPrisma standard (GPR1): 1800 m (6000 ft) 3000 m (10000 ft) 3500 m (12000 ft)3 prismi standard (GPR1): 2300 m (7500 ft) 4500 m (14700 ft) 5400 m (17700 ft)Prisma 360°(GRZ4): 800 m (2600 ft) 1500 m (5000 ft) 2000 m (7000 ft)Mini prisma 360° (GRZ101): 450 m (1500 ft) 800 m (2600 ft) 1000 m (3300 ft)Mini prism (GMP101): 800 m (2600 ft) 1200 m (4000 ft) 2000 m (7000 ft)Nastro riflettente (60 mm x 60mm): 150 m (500 ft) 250 m (800 ft) 250 m (800 ft)Minima distanza misurabile: 1.5 mCondizioni atmosferiche: A: Forte foschia, visibilità 5 km; o forte luce solare, severo tremolio termico

B: Leggera foschia, visibilità circa 20 km; o luce solare moderata, leggero tremolio termico . C: Nuvoloso, nessuna foschia, visibilità circa 40 km; nessun tremolio termico

A B C

Precisione (deviazione standard ISO 17123-4) / Tempo di misuraModo standard 2 mm + 2 ppm / typ. 1.5 sModo veloce: 5 mm + 2 ppm / typ. 0.8 sModo traccciamento: 5 mm + 2 ppm / typ. < 0.15 sModo mediato: 2 mm + 2 ppmRisoluzione del display: 0.1 mm

MetodoPrincipio: Misura di faseTipo: Coassiale, laser infrarossoOnda portante: 780 nmSistema di misura: Sistema basato su una frequenza speciale di 100 MHz @ 1.5 m

Prestazioni strumentali

Riconoscimento Automatico del Bersaglio (ATR)il sensore ATR trasmette un raggio laser che viene riflesso da un prisma standard (non attivi) e ricevuto da una camera CCD interna ad alta risoluzione.

vengono calcolate l’intensità e le caratteristiche dello “spot”della luce riflessa rispetto al centro della camera CCD

Vengono calcolate le componenti dell’offset nei piani verticale e orizzontale rispetto al centro camera

gli offset sono usati per muovere gli assi del telescopio fino a posizionare i crocicchi dello strumento sul prisma entro la tolleranza di 5 mgon (modo EDM IR-Fine). I restanti offset sono poi applicati matematicamente agli angoli Hz e V.

a) Campo visivo del cannocchiale del teodolite.

b) Campo visivo ampliato dell'ATR. Modello di ricerca a

spirale motorizzata.

c) Campo visivo dell'ATR (puntamento automatico).

d) Campo visivo del distanziometro elettronico.

a )

b )

c )

d )

Portata

Prisma standard (GPR1): 1000 m (3300 ft) 800 m (2600 ft)Prisma 360°(GRZ4): 600 m (2000 ft) 500 m (1600 ft)Mini prisma 360°(GRZ101): 350 m (1150 ft) 300 m (1000 ft)Mini prisma (GMP101): 500 m (1600 ft) 400 m (1300 ft)Nastro riflettente (60 mm x 60mm): 65 m (200 ft) -Minima distanza misurabile: 1.5 m 5 m

Precisione / Tempo di misura

Precisione posizionamento (GPR1): < 2 mmTempo di misura (GPR1): 3-4 s

Ricerca

Tempo di ricerca nel campo di vista: Tipico 3 sCampo di vista: 1° 30’ (1.66 gon)Finestre di ricerca definibili: Si

Metodo

Principio: Elaborazione immagine digitaleTipe: Laser infrarosso

Modo ATR Modo LOCK

Prestazioni strumentali

Errori grossolaniGli errori grossolani sono causati dalla negligenza o distrazione dell’operatore. Essi producono quasi sempre variazioni considerevoli sia in eccesso che in difetto. Possono essere evidenziati ripetendo più volte le misure ed individuando tra di esse quella fortemente diversa dalle altre. L’acquisizione automatica e ridondante dei dati consente di ridurre drasticamente l’insorgere di tali errori.

Errori sistematiciGli errori sistematici sono dovuti a cause di natura fisica o strumentale, che inducono variazioni sempre nel medesimo verso o seguendo un andamento coerente. Appartengono a tale classe gli errori dovuti alla rifrazione atmosferica, alla contrazione e dilatazione dei corpi, all’imperfezione o rettifica strumentale. L’acquisizione automatica e ridondante dei dati consente di attenuare tali errori attraverso modelli di correzione e schemi di osservazione ridondanti (più strati di letture coniugate).

Errori accidentaliGli errori accidentali scaturiscono da cause perturbatrici di diversa natura, che agiscono simultaneamente ed indipendentemente l’una dall’altra. Per tale motivo sono individuabili difficilmente e non possono essere differenziati. Essi sono caratterizzati da un’estrema variabilità, sia in valore ed in segno. Sono detti anche casuali perché imprevedibili e casuali. Si definiscono tali gli errori di azzeramento delle scale numeriche, di stima delle letture, o di collimazione del segnale. Vengono minimizzati aumentando il numero di ripetizioni.

Errori di misura