G2 - Misure con la stazione totale

La misura delle grandezze topografiche

SETUP DELLA STAZIONE

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Operazione Descrizione Fase 1a: centramento a terra approssimato

La stazione totale viene fissata sul piatto superiore del tripode, dopo averlo reso orizzontale a vista. Si porta poi l'asse primario in prossimità (2-3cm) del punto a terra, sollevando due gambe estensibili del tripode, e facendo leva sulla terza. L’operazione viene guidata o traguardando il punto a terra dal piombino ottico, o, più comodamente, osservando direttamente lo spot rosso del piombino laser (se presente). In questo caso la stazione deve, come detto, già essere accesa. A fase conclusa le punte delle gambe telescopiche del tripode dovrebbero formare un triangolo prossimo alla forma equilatera.

Fase 1b: centramento a terra preciso

Si porta esattamente l’asse primario sul punto di stazione (chiodo, picchetto, ecc..) ruotano le 3 viti calanti del basamento. Anche tale operazione è guidata attraverso il piombino ottico o o lo spot rosso del

piombino laser. In questo caso l’operatore non deve accostare l’occhio all’oculare del piombino ottico, ma osserva lo spot nella sua posizione naturale. A questo punto l’asse generale del teodolite passa per il punto a terra ma non è ancora verticale.

Durante questa operazione iniziale devono essere imposte le seguenti condizioni: 1. il passaggio dell’asse primario della stazione per il punto a terra; 2. la resa verticale dell’asse primario della stazione totale

SETUP DELLA STAZIONE

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Operazione Descrizione Fase 2a: verticalità approssimata

Si centra la bolla della livella sferica variando la lunghezza delle gambe estensibili del treppiede, agendo via via sulla gamba opposta a quella dove si trova la bolla della livella sferica. In questo modo si è reso verticale l’asse primario con un’approssimazione di 10-15’ (quella concessa dalla livella sferica), mentre non si è modificato il centramento del punto a terra.

Fase 2b: verticalità precisa

Se la stazione è dotata di una tradizionale livella torica, questa viene disposta parallelamente alla direzione di due viti calanti, e, ruotandole a contrasto (bastano piccole rotazioni), si centra la bolla. Poi si dispone la stessa livella nella direzione della terza vite calante, ruotando l’alidada di 90°, e si torna a centrare la bolla. Se invece la stazione è dotata di una livella elettronica, nella sostanza la procedura non cambia, salvo che il centramento della bolla virtuale della livella elettronica avviene sul display per entrambe le direzioni, guidato da opportune simbologie, e senza la necessità di imprimere qualsiasi rotazione all’alidada. Ciò consente, indirettamente, di rendere verticale l’asse primario (vedi condizione intrinseca 1 della precedente unità).

CONFIGURAZIONE INIZIALE

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Una volta eseguito il corretto ‘setting up’ della stazione totale è possibile procedere alla sua configurazione iniziale con l’inserimento dei parametri di funzionamento della stazione utilizzando la tastiera e i menù di configurazione visualizzati sul display. Alcuni di questi parametri hanno carattere generale, altri sono specifici del lavoro che si sta per eseguire, in ogni caso essi costituiscono le impostazioni per adattare lo strumento alle proprie esigenze. Tra i parametri di carattere generale possiamo elencare:

tipo e costante del prisma temperatura, pressione, quota media indice di rifrazione atmosferica unità di misura angolari (centesimali o sessagesimali) unità di misura distanze impostazione origine CV (angoli zenitali o di inclinazione) definizione della posizione I in relazione alla vite di comando del CV regolazioni ergonomiche (illuminazione display, volume segnali sonori)

I parametri di carattere specifico vengono inseriti all’atto dell’apertura di un determinato lavoro, essi dipendono dalle misure e dalle elaborazioni che dovranno essere eseguite durante la sessione di misura (es. nome del lavoro, coordinate della stazione, altezza di strumento e prisma, coordinate di punti noti, orientamento del CO).

Se non si procede ad inserire i parametri di inizializzazione della stazione, per difetto verranno utilizzati valori standard o valori memorizzati in precedenza nella stessa stazione.

MISURA DEGLI ANGOLI ORIZZONTALI

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Sul display (a fianco del simbolo Hv), per ciascun punto collimato, il valore della lettura al cerchio L, rispetto a un’origine, casuale o imposta dall’operatore, il valore dell’angolo viene ottenuto dalle: • origine esterna all’angolo : = (LB – LA) Il punto S è detto punto di stazione, in quanto vi viene collocato lo strumento; il punto A viene detto punto indietro (con riferimento al senso orario delle rotazioni convenzionalmente assunto positivo), mentre il punto B viene detto punto avanti.

MISURA DEGLI ANGOLI VERTICALI

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L’angolo angolo zenitale è contenuto in un piano verticale, compreso tra la verticale passante per il vertice S (punto di stazione) e la direzione definita dall’asse di collimazione del cannocchiale mentre collima un generico punto. Esso viene indicato con la notazione , e per una linea di collimazione orizzontale assume il valore di 100C.

A differenza dell’ampiezza degli angoli orizzontali, l’ampiezza di quelli zenitali (e anche quelli di inclinazione) dipende sia dalla posizione altimetrica della stazione totale, sia di quella del punto collimato.

Angoli di inclinazione Nella configurazione iniziale di alcune stazioni totali, è possibile imporre che l’origine del cerchio verticale anziché in corrispondenza della verticale, sia imposto in corrispondenza dell’orizzontale. In questo caso non vengono misurati gli angoli zenitali ma quelli di inclinazione ; questi sono positivi quando l’asse di collimazione è sopra all’orizzontale (angoli di elevazione), e negativi quando l’asse di collimazione è sotto l’orizzontale (angoli di depressione). È immediato verificare che gli angoli di inclinazione sono complementari con quelli zenitali: +=100C.

MISURA DELLE DISTANZE CON PRISMA

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È la modalità di misura standard, con essa si ottengono le misure più accurate e le portate maggiori. La stazione deve essere collocata su un estremo della distanza da misurare, e il prisma riflettore sul secondo estremo .Nella misura viene utilizzato un segnale laser infrarosso invisibile (IR). In generale le stazioni totali, in tale modalità, consentono di ottenere i seguenti tipi di misura:

normale (predefinita) : fornisce la massima precisione (millimetrica) con tempi di misura di alcuni secondi; veloce (commutabile) : fornisce la distanza di fatto istantanea (in tempo reale), ma con precisioni inferiori (centimetriche).

Prima di eseguire le misure, nella configurazione della stazione, è necessario selezionare, nel relativo menù, il tipo di prisma utilizzato (circolare, a 360°, mini prisma ecc..)

che comparirà in un elenco contenente tutti i prismi originali utilizzabili dalla stazione totale, con le relative costanti.

Qualora vengano utilizzati prismi non originali, non presenti nell’elenco memorizzato nella stazione, occorrerà inserire il valore della costante caratteristica del prisma utilizzato

MISURA DELLE DISTANZE CON PRISMA

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La misura eseguita dall’apparato EODM è la distanza reale Di tra strumento e prisma. Essa consente poi al software della stazione di calcolare la distanza orizzontale DO e, se sono stati introdotti nella configurazione del lavoro l’altezza hS della stazione e quella hP del prisma, il dislivello SA tra il punto S di stazione e il punto A su cui è collocato il prisma.

Per ogni misura eseguita sono disponibili alcune schermate sul display (il cui numero dipende dal tipo di lavoro) ciascuna delle quali visualizza opportune combinazioni di tutte le misure. Di sotto è riporta la seconda schermata (di quattro) nella quale compaiono, dopo il codice del punto collimato (986), le due letture angolari (Hz al CO, e V al CV), la distanza inclinata Di e il dislivello tra stazione e punto. L’operatore può fare scorrere le schermate a piacere, alternando la visualizzazione di tutte le misure disponibili.

MISURA DELLE DISTANZE SENZA PRISMA

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Con questa modalità (indicata anche con la sigla DR) la misura viene eseguita senza l’uso del prisma, in quanto il segnale laser utilizzato viene riflesso direttamente dalla superficie generica (es. muro) su cui si trova il punto collimato. Le precisioni e le portate sono inferiori a quelle della modalità precedente, tuttavia, essa consente di misurare distanze riferite a punti inaccessibili o difficoltosi da raggiungere, dunque agevolando in modo significativo l’attività di rilievo in determinati contesti

Con tale modalità di misura è possibile utilizzare il puntatore laser rosso che permette, a brevi distanze, e in carenza di illuminazione, di marcare, con uno spot rosso sulla superficie interessata, il punto collimato sul quale si sta eseguendo la misura.

Al fine della valutazione del dislivello visualizzato sul display nell’ambito di questa modalità di misura, occorre considerare che, sia l’altezza sia la costante del prisma sono impostati a zero.

REGISTRAZIONE DELLE MISURE

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Tutte le misure vengono raccolte in lavori (equiparabili alle cartelle dei computer) contrassegnate da un nome univoco. Prima di iniziare la sessione di misura l’operatore può selezionare un lavoro già esistente nella stazione, oppure crearne uno nuovo che conterrà poi le misure eseguite nella sessione.

I lavori contengono informazioni di diverso tipo (es. misure, coordinate, codici, annotazioni, punti noti, stazioni, ...), sono gestibili individualmente e possono essere letti, modificati o eliminati separatamente. I dati che verranno registrati possono essere configurati dall’operatore in base a opportune maschere di registrazione, e la loro memorizzazione può avvenire su comando manuale (premendo il pulsante rec), oppure automaticamente immediatamente dopo l’esecuzione delle misure (modalità misura e registra).

In effetti, quello della registrazione delle misure rilevate è uno degli aspetti più interessanti introdotti dagli strumenti elettronici, con i quali è possibile eludere la compilazione manuale dei vecchi libretti delle misure, sostituiti da tabulati di stampa prodotti dal computer sul quale saranno trasferite le misure.

tutti i dati del rilievo, vengono memorizzati dal software di sistema: nella memoria interna della stazione totale; nella memoria dei palmari remoti

TRASFERIMENTO DEI DATI

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I dati memorizzati nella stazione possono poi essere trasferiti dalla memoria interna della stazione, a un computer, o altro dispositivo, tramite una delle seguenti possibilità (in relazione alle dotazioni della stazione): un cavo USB, una chiavetta USB, una connessione wireless Bluetooth, una scheda di memora SD. Il collegamento diretto stazione-computer o palmare-computer (schematizzato in FIGURA 9) avviene tramite cavo ed è reso possibile dalla presenza su entrambe le apparecchiature di una porta di comunicazione USB.

IL SOFTWARE DELLA STAZIONE

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Si è già detto che nelle stazioni totali agiscono le seguenti due tipologie di software: software di sistema (firmware): che gestisce tutte le operazioni di

misura, calibrazione, registrazione e gestione dei dati, esso viene attivato automaticamente all’atto dell’accensione della stazione;

software applicativo: che elabora le misure, subito dopo che sono eseguite, allo scopo di risolvere problemi topografici connessi al rilievo; esso viene attivato al bisogno dall’operatore. Alcuni di questi programmi sono pre caricati nella stazione al momento dell’acquisto, altri diventano disponibili solo dopo un aggiornamento dello stesso software applicativo. Tra questi tutte le stazioni posseggono quello che consente di calcolare le tre coordinate spaziali X, Y, Q, dei punti collimati, utilizzando le misure eseguite sullo stesso punto.

Sul display della stazione totale le componenti planimetriche delle coordinate X,Y vengono visualizzate tramite i simboli E, N propri dei sistemi di riferimento cartografici.

IL SOFTWARE DELLA STAZIONE

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Per potere calcolare le tre coordinate spaziali X, Y, Q, dei punti collimati, utilizzando le misure eseguite sullo stesso punto, il software della stazione richiede l'impostazione delle coordinate XS, YS, ZS del punto su cui si esegue la stazione, oltre al corretto orientamento del cerchio orizzontale (origine sulla parallela all’asse Y) che consente poi di considerare le semplici letture al cerchio come azimut dei punti collimati.

Queste informazioni possono essere:

inserite manualmente dalla tastiera con valori precalcolati,

richiamate dalla memoria interna (se presenti),

ricavate automaticamente dal software della stazione totale sulla base di misure eseguite su punti di coordinate note.

ORIENTAMENTO AUTOMATICO DELLA STAZIONE

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È un programma applicativo che consente di orientare il CO di una stazione collocata su un punto S di coordinate note, osservando un punto (detto di orientamento) di posizione nota. La stazione calcola e imposta automaticamente sul cerchio orizzontale il corretto azimut tra i due punti utilizzando le coordinate del punto di stazione e del punto di orientamento. In effetti si tratta di sviluppare un semplice e noto problema trigonometrico già analizzato in trigonometria:

STAZIONE LIBERA (o intersezione inversa)

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Questo programma automatizza un frequente problema topografico che consente di determinare sia le coordinate di una stazione di posizione incognita, sia l’orientamento del suo cerchio orizzontale, utilizzando almeno due punti noti (se ne vengono utilizzati più di 2 vengono calcolati e visualizzati i valori mediati con relativi scarti). Quando si utilizza il minimo di due punti noti, è necessario misurare, per ciascun punto, sia gli angoli che le distanze. Quando invece si utilizzano tre o più punti, la misura della distanza non è richiesta. Il numero massimo di punti noti utilizzabili dipende dalla stazione utilizzata (in generale da 5 a 10).

ESEMPI DI SOFTWARE APPLICATIVI

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CELERIMENSURA

Questo programma consente di determinare, visualizzare e memorizzare le coordinate X,Y,Z di tutti i particolari topografici collimati da una stazione in precedenza inizializzata. È richiesta, per ciascun punto, la misura di angoli e distanze. Le coordinate vengono visualizzate con la notazione E, N, Z Si tratta di un noto problema topografico che verrà approfondito in seguito, ma che, fin da ora, possiamo ricondurre alla trasformazione delle coordinate polari misurate su ciascun punto (azimut e distanza), nelle corrispondenti coordinale cartesiane:

11 1 SS senSXX

11 cos1 SS SYY

AREA

È un programma che calcola l’area e il perimetro di un poligono chiuso formato da un numero n di punti numerati in senso orario. Le coordinate dei punti del contorno possono essere:

rilevate con la stazione,

inserite manualmente dalla tastiera,

selezionate dalla memoria della stazione.

L'area calcolata è quella topografica proiettata sul piano orizzontale. È poi anche possibile ottenere il volume di un prisma con la stessa area di base e con

altezza costante.

ESEMPI DI SOFTWARE APPLICATIVI

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TRACCIAMENTO

Con questo programma è possibile individuare e materializzare sul terreno (tracciare), partendo da una stazione S nota, un insieme di punti di coordinate note, le quali possono essere impostate nei seguenti modi:

inserite manualmente dalla tastiera,

selezionate dalla memoria della stazione.

Gli elementi necessari per il tracciamento (azimut e distanze) vengono calcolati partendo dalle coordinate della stazione S di emanazione, oltre che da quelle degli stessi punti da tracciare. Gli azimut e le distanze relative al punto da tracciare sono visualizzate via via sul display.

ALTEZZA DI PUNT0 INACCESSIBILE Il programma calcola l’altezza di un punto inaccessibile rispetto ad un punto a terra sulla sua verticale (dunque la sua proiezione sul terreno). Sono richieste le collimazione al prisma collocato sul punto a terra e quella al punto inaccessibile in oggetto. Di solito tale funzione viene utilizzata per determinare l’altezza da terra di un manufatto.

TERMINE UNITA’

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