stanje i razvoj terestrickog geod-instr diplomski_rad_alma_karamustafic (1)

K a r a m u s t a f i ć A l m a

Razvoj i s tanje terestr ičkog geodetskog instrumentar i ja

-Diplomski rad-

M e n t o r :

P r o f . d r . s c . D u š a n K o g o j

S a r a j e v o , j u n i 2 0 0 7 .

Karamustafić Alma Razvoj i stanje terestričkog geodetskog instrumentarija

Univerzitet u SarajevuGrađevinski fakultet Odsjek za geodeziju

2

Izjava: Izjavljujem da sam diplomski rad na temu: ”Razvoj i stanje terestričkog geodetskog instrumentarija“ uradila sama. Sarajevo, XX.XX.2007. Alma Karamustafić



3

Sažetak: Ovaj rad daje jedan osvrt na razvoj geodetskih terestričkih instrumenata. Tehničnim napretkom takođe su se usavršavali i geodetski mjerni instrumenti, a to je uticalo i na promjene mjerne tehnike. Radom se želi pokazati kako je neophodno u geodetskoj praksi pratiti i po mogučnosti koristiti nova tehnoška dostignuča, jer se time proširuju i mogučnosti geodetskog djelovanja na nova područja.

Abstract: The issue of this diploma work is to give revieiw of development of terrestic instruments for geodesy. With technical progress, geodetic instruments were also improved, which had influence on change of measurements technic. Intention of this work is to show how neccesary is in geodetic practice to follow and use possibilities of new technical acomplishments, which could be used for extensions of geodetic performing in new area.



4

Z a h v a l a : Zahvaljujem se prof.dr.sc. Dušanu Kogoju na mentorstvu i pomoći tokom izrade ovog rada. Zahvaljujem se roditeljima i porodici na beskrajnoj podršci tokom ovih godina.



5

Sadržaj: 1. UVOD................................................................................................................................................ 7

2. MJERNA I INSTRUMENTALNA TEHNIKA............................................................................................ 8 2.1 MJERNI SISTEM........................................................................................................................................8 2.2 METODE MJERENJA.................................................................................................................................8 2.3 FUNKCIONALNI ELEMENTI MJERNE OPREME ..............................................................................................11 2.4 MJERENJE KAO PROCES PRIJENOSA SIGNALA ..........................................................................................12

3. TERESTRIČKI GEODETSKI INSTRUMENTI .......................................................................................... 14

4. NIVELIRI .......................................................................................................................................... 16 4.1 AUTOMATIZACIJA NIVELIRA....................................................................................................................17 4.1.1 PREGLED AUTOMATSKIH NIVELIRA.......................................................................................................18 4.2 LASERSKI NIVELIRI ..................................................................................................................................19 4.2.1 PREGLED LASERSKIH NIVELIRA.............................................................................................................21 4.3 DIGITALNI NIVELIRI.................................................................................................................................22 4.3.1 PRINCIP RADA..................................................................................................................................23 4.3.2 DIGITALNI NIVELIRI DRUGE GENERACIJE ..............................................................................................25 4.3.3 PREGLED DIGITALNIH NIVELIRA RAZLIČITIH PROIZVOĐAČA .....................................................................26 4.4 BUDUĆNOST NIVELIRA ...........................................................................................................................28

5. TEODOLITI ....................................................................................................................................... 29 5.1 KOREKCIJA POLOŽAJA INDEKSA VERTIKALNOG KRUGA .............................................................................31 5.1.1 INDEKS ZA OČITANJE VERTIKALNOG KRUGA POVEZAN S LIBELOM ...........................................................32 5.1.2 AUTOMATSKA KOREKCIJA INDEKSA. PRIMJENA KOMPENZATORA. ..........................................................32 5.1.2.1 TEKUĆINA KAO KOMPENZATOR......................................................................................................33 5.1.2.2 OPTIČKI ELEMENTI NA NJIHALIMA - MEHANIČKI KOMPENZATORI.........................................................34 5.2 ELEKTRONSKI TEODOLITI .........................................................................................................................36 5.2.1 KARAKTERISTIKE I SVRHA ELEKTRONSKIH TEODOLITA ...............................................................................37 5.2.2 OSNOVNE KONSTRUKCIJE UREĐAJA ZA DIGITALNO OČITANJE KRUGOVA I REGISTRACIJU .........................38 5.2.2.1 APSOLUTNI POSTUPAK - KODIRANI LIMBOVI .....................................................................................39 5.2.2.2 RELATIVNI POSTUPAK – INKREMENTALNI LIMBOVI ..............................................................................41 5.2.2.3 DINAMIČKI POSTUPAK ..................................................................................................................42 5.2.3 KOMPENZATORI ELEKTRONIČKIH TEODOLITA.........................................................................................44 5.2.4 AUTOMATSKA REGISTRACIJA PODATAKA MJERENJA.............................................................................46 5.2.5 PREGLED ELEKTRONSKIH TEODOLITA....................................................................................................50

6. DALJINOMJRI ................................................................................................................................. 52 6.1 OPTIČKI DALJINOMJERI..........................................................................................................................52 6.1.1 DALJINOMJERI SA BAZOM NA CILJU ...................................................................................................53 6.1.2 DALJINOMJERI SA BAZOM NA STAJALIŠTU............................................................................................54 6.2 ELEKTRONSKI DALJINOMJERI – RAZVOJ....................................................................................................54 6.2.1 PRINCIP MJERENJA KOD ELEKTRONSKIH DALJINOMJERA........................................................................56



6

6.2.2 PODJELA DALJINOMJERA SA OBZIROM NA TALASNU DUŽINU KORIŠTENOG ELEKTROMAGNETNOG TALASA..57 6.2.3 PODJELA DALJINOMJERA ZAVISNO OD NAČINA MJERENJA VREMENA ...................................................58 6.2.3.1 IMPULSNI NAČIN MJERENJA - IMPULSNI DALJINOMJERI.....................................................................58 6.2.3.2 INTERFEROMETRIJSKI DALJINOMJERI ................................................................................................61 6.2.3.3 FAZNI DALJINOMJERI ....................................................................................................................62

7. TAHIMETRI....................................................................................................................................... 65 7.1 OPTIČKI TAHIMETRI ................................................................................................................................65 7.1.1 AUTOREDUKCIONI TAHIMETRI S NITIMA ................................................................................................66 7.1.2 AUTOREDUKCIONI TAHIMETRI SA DVOSTRUKIM SLIKAMA ........................................................................66 7.2 ELEKTRONSKI TAHIMETRI .........................................................................................................................67 7.2.1 KRATAK PREGLED RAZVOJA TOTALNIH MJERNIH STANICA ......................................................................67 7.2.2 GRAĐA ELEKTRONSKOG TAHIMETRA...................................................................................................69 7.2.3 TEHNIČKI RAZVOJ ELEKTRONSKIH TAHIMETARA......................................................................................70 7.2.3.1 DODACI ELEKTRONSKIM TAHIMETRIMA............................................................................................71 7.2.3.2 AUTOMATSKO PRAĆENJE CILJA - „TRACKING“ ...............................................................................73 7.2.3.3 TRANSFER PODATAKA IZMEĐU INSTRUMENTA I RAČUNARA ................................................................75 7.2.4 KLASIFIKACIJA ELEKTRONSKIH TAHIMETARA ..........................................................................................77 7.2.5 PREGLEG ELEKTRONSKIH TAHIMETARA .................................................................................................79

8. SMART STATION.............................................................................................................................. 81 8.1 RAD SA SMARTSTATIONOM....................................................................................................................82 8.2 POSTAVLJANJE (SET-UP) I ORJENTIRANJA SA SMARTSTATION .....................................................................83 8.3 PRAKTIČNI PRIMJERI SA SMARTSTATION-OM.............................................................................................84 8.3.1 PREMJER UDALJENOG PODRUČJA .....................................................................................................84 8.3.2 RURALNA PODRUČJA - SNIMANJE GRANICA PARCELE..........................................................................85 8.3.3 ISKOLČENJE NA GRADILIŠTU ...............................................................................................................85 8.3.4 URBANA SREDINA- SNIMANJE KOMUNALNIH UREĐAJA..........................................................................86 8.3.5 POREĐENJE MJERENJA IZVRŠENOG TOTALNOM STANICOM I SMARTSTATION-ON ....................................87 8.4 ZAŠTO KORISTITI SMARTSTATION?............................................................................................................88 8.5 SMARTPOLE .........................................................................................................................................89

9. SUVREMENI KOMPLEKSNI SISTEMI ................................................................................................. 91 9.1 TERESTRIČKI LASERSKI SISTEMI...................................................................................................................91 9.1.1 VRSTE I PRINCIPI RADA 3D LASERSKIH SKENERA ....................................................................................92 9.1.2 OSNOVNI ELEMENTI 3D LASERSKIH SKENERA ........................................................................................94 9.1.3 ODBOJNOST POVRŠINA ....................................................................................................................96 9.1.4 REZULTAT SKENIRANJA.......................................................................................................................97 9.1.5 PRIKAZ SUVREMENOG TERESTRIČKOG SISTEMA .....................................................................................98 9.2 LASERSKI TRACKERI ..............................................................................................................................101

10. ZAKLJUČAK .................................................................................................................................. 104

11. LITERATURA:.................................................................................................................................. 105



7

1. Uvod Može se slobodno tvrditi da geodezija postoji od samih početaka civiliziranog čovječanstva, još otkako je prvi čovjek pokušavao premjeriti svoju imovinu. Tragovi praktične geodetske djelatnosti datiraju iz vremena mezopotamijskih kultura, Babilonaca i Asiraca, te ostalih drevnih naroda iz doline Eufrata i Tigrisa u vremenu oko 6000. g. p.n.e. U Mezopotamiji je cjelokupni život ovisio o navodnjavanju, te su rađeni kanali duljine i do 160 km, zatim poznate građevine poput Babilonske kule i Semiramidinih visećih vrtova, te se sa sigurnošću može reći da su to bili veoma složeni građevinski pothvati, koji su zahtijevali veoma dobro i precizno premjeravanje, te je uloga geodeta bila jako važna. Kasnije antičke kulture, Grci i Rimljani, unose još više novina u geodetsku izmjeru, te rade još složenija zdanja i građevine. Razvojem ljudske civilizacije razvija se i geodezija, te nastaje potreba za sve suvremenijom opremom i instrumentima. Najstarije upotrebljavane naprave služile su kada je trebalo ustanoviti da li je nešto vertikalno ili horizontalno. Da bi odredili smjer sjever-jug stari su narodi vješali visak (lat. visckus = utroba, tj. prema utrobi Zemlje) iznad sredine horizontalnog kruga i preko njega vizirali zvijezde. Za mjerenje dužine uglavnom su se koristile letve i konopci. Grci već koriste metalne vrpce i lance. Egipćani razvijaju sprave za iskolčavanje pravih uglova (hijeroglif u prijevodu znači pravi ugao). U toku stoljeća, s otkrićem sve naprednijih materijala i otkrića optičkih osobina tvari, evoluiraju i geodetski instrumenti da bi se krajem 18. stoljeća pojavili teodoliti u onom obliku u kakvom ih danas poznajemo. Prvi teodoliti su znali težiti i do pola tone i nisu svima bili dostupni. Svoj potpuni razvoj doživljavaju u 20. stoljeću kada nastaju prvi moderni, lako prenosivi teodoliti dostupni široj masi. U drugoj polovini prošloga stoljeća lansiranjem prvog satelita svijet se okreće novim GPS tehnologijama. Danas se geodetskom stručnjaku nude instrumenti sa velikim mogućnostima , kao npr. totalne stanice s implementiranim GPS sistemom i 3D laserski sistemi. Zbog toga je neophodno procijeniti sa kojom opremom i kojom metodom određene zadatke treba rješavati. Možemo slobodno reći da je to danas i primarni zadatak geodetskog stručnjaka. Iako naizgled jednostavan, u praktičnom smislu to je složen zadatak zbog stvarnih mogućnosti izvođenja, tradicije i navike, posebno u vremenu izuzetno dinamičkog razvoja tehnologije i mjerne tehnike, kada se novi instrumenti s novim mogućnostima tako brzo pojavljuju. Posebno je značajno uvođenje novog dostignuća u primjeni mjerne tehnike, ali uvijek sa određenom mjerom racionalnosti i ekonomičnosti. Sve ovo je uslovljeno prije svega temeljnim poznavanjem stručnih disciplina, i to ne samo njihove osnove, već i suvremenog razvoja i dostignuća.



8

2. Mjerna i instrumentalna tehnika Glavni cilj mjerne tehnike je određivanje konkretne vrijednosti neke fizičke veličine, npr. prostornog odstojanja između dvije tačke. Pod mjerenjem se podrazumijeva eksperimentalni postupak kod kojeg se uz pomoć mjernog sistema, tj. unaprijed poznate i određene mjerne jedinice utvrđuje mjerni broj ili brojčani iznos veličine koju mjerimo. Matematičar Leonard Euler 1766. god. rekao je: „Neka veličina se ne može odrediti ili mjeriti a da se neka druga veličina iste vrste ne usvoji kao poznata, pa njihovim poređenjima utvrđujemo odnos u kojem se nalaze“. Eulerova definicija se zasniva na principu koji i danas vrijedi. Da bi se uopšte moglo mjeriti neophodno je da su dvije osnovne pretpostavke zadovoljene:

- Mjerna veličina mora biti definisana. - Mjerni etalon (Normalna mjera) mora biti sporazumom usvojen.

Generalna konferencija za tegove i mjere (CGPM) utvrdila je sedam osnovnih jedinica Međunarodnog sistema (SI) sa nazivima, oznakama i veličinama na koje se te jedinice odnose. 1983. god. donesena je nova definicija dužine : „ jedan metar (1 m) je dužina koju u vakuumu pređe svjetlost za vrijeme od 1/299792458 sekunde“.

2.1 Mjerni sistem Mjerni sistem se ne sastoji samo od mjernog instrumenta i prateće opreme, već i od drugih komponenata koje u procesu mjerenja učestvuju. Pored mjernog instrumentarija tu su i komponente opažača, tehnike mjerenja i izračunavanja, kao i fizički uslovi kao što su temperatura, pritisak, zračenje Sunca i sl. Sve ove komponente utiču na mjerenu vrijednost. To znači da precizni i stvarni rezultat možemo postići ako su ovi uticaji poznati i ako su uključeni u obradu podataka. Uticaj opažača na proces mjerenja je različit i zavisi od primijenjenog instrumenta i mjerne tehnike. Tako, u slučaju uglovnih mjerenja ili nivelmana pomoću optičko mehaničkog instrumenta, uticaj opažača na mjerenje je odlučujući, dok kod automatskih instrumenata uticaj opažača se smanjuje.

2.2 Metode mjerenja Metode mjerenja mogu se klasificirati prema više kriterija, koji se međusobno ne isključuju. Najvažnije karakteristike su:



9

Direktne i indirektne metode mjerenja Direktna metoda mjerenja je takva metoda u kojoj se tražena mjerena veličina dobiva neposrednim upoređivanjem sa Normalnom mjerom iste vrste. Kao primjer direktnog mjerenja možemo uzeti mjerenje odstojanja između dvije tačke pomoću kalibriranog metra. Indirektna metoda mjerenja je takva metoda u kojoj se tražena veličina određuje preko druge fizičke veličine primjenjujući poznate fizičke međuodnose. Uglavnom mjerenja se izvode indirektno. Klasični primjer je mjerenje temperature termometrom. Temperatura je mjera za srednju energiju pokretljivosti molekule dotičnog tijela, koja se ne može praktično odrediti direktnim poređenjem. Tako kod termometara koji radi na principu širenja, temperaturi dodjeljujemo odgovarajući volumen, koji se ponovo pomoću kapilara pretvara u dužinu. Prema tome, mjerenje slijedi iz dužinskih poređenja iako je skala gradirana u ˚C. Analogne i digitalne metode mjerenja Mjerena vrijednost (podatak) je produkt iz mjernog broja i dimenzije odgovarajuće Normalne mjere (etalona). U toku procesa mjerenja informacije o mjernom broju se prenose putem signala. Analogni postupci sadrže tu informaciju u direktnom dodjeljivanju mjernog broja mjerne veličine ka mjernom broju fizikalne veličine signala. Kod živinog termometra svako područje označeno crticom predstavlja određenu temperaturu. Time se, znači, ne obrađuje sami mjerni broj, već analogna veličina. Pri digitalnom postupku se mjerni broj, tačnije cifre mjernog broja određuju i prikazuju. Obrada signala radi se na osnovu brojčanika. Principijelna razlika oba postupka razjašnjava prednosti i nedostatke obrade signala, odnosno izlaznog podatka. Prednost analognog postupka je bolja preglednost. Instrument sa kazaljkom, npr. tahometar u automobilu lakše je kontrolisati nego odgovarajući digitalni pokazivač. Također, analognim mjernim zapisom dobivamo bitno više informacija nego red odštampanih brojeva. Ova činjenica je argumentovana time što se za interpretaciju redova brojeva često poseže za grafičkim prikazom mjerne vrijednosti, što odgovara analognom prikazu iz digitalnih informacija. Prednost digitalnog postupka odnosi se na tačnost određivanja vrijednosti. Očitanje digitalnog instrumenta (instrument koji pokazuje cifre) je praktično bez greške, dok je analogno očitanje na skali samo moguće kroz analogno - digitalnu promjenu. Tačnost analognog očitanja nije egzaktno definirana i zavisi od sposobnosti interpolacije operatora. Zbog toga je očitavanje analognih rezultata većinom opterećeno greškama. Nedostatak analognih postupaka je naročito izražena kod prijenosa podataka. Ako imamo podatke mjerenja u digitalnom obliku rezultati se relativno lako mogu bez gubitka informacije sačuvati, duplicirati i prenositi. To ne vrijedi za analogne signale. Kvaliteta prijenosa električnog signala zavisi direktno od šuma i drifta (smetnji), te



10

korištenih elektronskih komponenti, kao i od mogućih smetnji indukcije koje su izazvane kroz provodnike. Vremenski kontinuirani i diskontinuirani postupci Sve komponente opreme za mjerenje rade kontinuirano. Nasuprot tome, diskontinuirani sistemi sadrže barem jedan element koji radi vremenski diskretno. Kod tih sistema koji se također nazivaju „dodirni“ očigledno je da se informacije mjerenja gube. Hvatanje periodičnog signala putem „dodirnog“ sistema se može slikovito uporediti sa uzimanjem diskretnih vrijednosti apscisa i ordinata iz jedne grafike. Informacije koje se nalaze između ovih vrijednosti se gube.

Slika 2.1 Posljedica „dodira“ na periodične signale

Na slici 2.1 prikazuju se posljedice različitih načina „dodira“. Dok je u gornjem primjeru gubitak informacija relativno malen, on ipak u donjem slučaju prikazuje gravitirajuće posljedice, koje vode na kraju ka potpunoj pogrešnoj interpretaciji mjernih podataka. Metode otklona kazaljke i kompenzacije Pri metodi otklona kazaljke, otklon kazaljke, koji je izazvan mjerenjem veličine, poredi se sa kalibriranim vrijednostima, koje su npr. prikazane na jednoj skali. Poređenje sa jediničnom normom (etalonom) slijedi indirektno preko kalibracije, pri čemu se informacija može zapamtiti u obliku skale, funkcije ili uređene tabele.



11

Navedene osobine se ne isključuju; štaviše, većina metoda mjerenja pokazuje nekoliko osobina tako da slika 2.1 prikazuje da analogno-digitalno mijenjanje vodi ka „dodirnim“ sistemima, a time do diskontinuiranih metoda. Mjerenje temperature pomoću termometra (koji prikazuje temperaturu sistemom razvlačenja) radi na osnovu metode otklona kazaljke i pokazuje osobine indirektno, analogno i kontinuirano. Sa principom mjerenja se pored toga prikazuju fizikalni i hemijski efekti, koji su nastali pri realizaciji mjerenja. Pod tim se podrazumijeva specijalno zajedničko djelovanje određenih fizikalnih veličina i tvari sa rezultatom pri čemu nastaju posebna djelovanja ili nove tvari (vidi tabelu 2.1). Često se u ovom kontekstu govori o efektu mjerenja. Od velikog značaja su danas efekti koji omogućuju preoblikovanje jednog neelektričnog signala u električni signal. Tabela 2.1 Izbor fizikalnih elemenata

2.3 Funkcionalni elementi mjerne opreme U ovom dijelu biti će opisane funkcionalne osobine najvažnijih elemenata opreme za mjerenje u odnosu na njihovo zajedničko djelovanje. Mjerenje se uslovno sastoji iz sljedećih koraka:

- zahvatanje mjerne veličine, - prikazivanje mjerne jedinice, - provođenje poređenja.

Tipičan primjer opreme za mjerenja koja ima samo ove elemente je šiber (messschiber). Većina opreme za mjerenje pored ovih osnovnih komponenata posjeduje i druge. Ako su mjesto mjerenja i mjesto prikaza i obrade podataka prostorno udaljeni, moguće je da prijenos podataka bude neophodan (sa kablom ili bez kabla). Kod kompleksnih zadataka unutar mjerne opreme se vrši obrada mjernih podataka ili dobivanje rezultata. Djelovanje poznatih instrumentalnih grešaka na tražene veličine se otklanja kroz korekcijski algoritam. Taj zadatak se danas registruje preko mikroprocesora.

Oblasti Efekti Mehanika Gravitacija, težina, elasticitet, Hebelov zakon Optoelektronika Kerrov efekt, laser, tečni kristali, fotoel. efekt Optika Interferencija, refleksija, prelamanje, Molierov

efekat, disperzija Magnetizam Hallov efekt, indukcija, Zeemenov efekt, histereza



12

2.4 Mjerenje kao proces prijenosa signala Tehničko mjerenje je većinom okarakterisano kroz aspekt prijenosa signala. Signal je fizikalna veličina koja sadrži informacije. Unutar opreme za mjerenje, signal može da promjeni svoj fizikalni karakter, informaciju, npr., vremenski period mjerene veličine bi trebao biti prenesen što vjerodostojnije. Povezanost između različitih signala se potvrđuje kroz elemente za prijenos. Važno je pri tome usmjerena funkcionalna povezanost između ulaznog signala xe kao uzroka i izlaznog xa kao posljedice. Ponašanje cjelokupnog prijenosa rezultira iz funkcionalnih djelovanja pojedinih prenosivih elemenata. Oni mogu da budu najrazličitiji elementi, npr.: senzori, pojačala, analogno- digitalni mjenjač, mikroprocesor, optički elementi i ostalo. Da bi se proces prijenosa signala matematički mogao formulisati, prije svega se trebaju različiti signali analizirati, odnosno klasificirati. Najvažnija vrsta signala su:

- deterministički: signali koji su u svako vrijeme t definitivno određeni i moguća je njihova reprodukcija. Tok signala se može matematički opisati i time unaprijed odrediti;

- stohastički: tok signala zavisi od slučajnosti i može se opisati samo putem statističkih zakona. Nemoguće je detaljno predviđanje toka signala;

- periodični: ponavljaju se nakon vremenskog perioda T. Zato vrijedi za proizvoljni vremenski moment t relacija: x(t) =x(t + T);

- aperiodični: u ovom kontekstu se misli na neperiodične signale; - stacionarni signali: ne mijenjaju svoje statističke osobine vremenom. To posebno

vrijedi za srednju vrijednost i zbijenost amplitude.

Slika 2.2 Vrste signala



13

Slika 2.2 pokazuje da jedan signal može imati više nabrojanih osobina. Mnogi signali u mjernoj tehnici se mogu smjestiti u područje vremena. Pri opisu determinističkih signala u ovom području izdvajaju se 4 različita osnovna tipa:

- impulsna funkcija (Diracstos) se može shvatiti kao granična vrijednost jednog beskrajno kratkog pravouglog impulsa,

- funkcija skoka je po definiciji integral funkcije impulsa, - funkcija koja se penje: dobivena je integracijom iz funkcije skoka, - harmonijska oscilacija zauzima posebno mjesto u okviru opisa signala.



14

3. Terestrički geodetski instrumenti

Osnovne mjerene veličine geodetskih terestričkih mjerenja jesu linearne veličine i uglovi. Mjerenjem tih veličina dolazimo do osnovnih podataka za određivanje prostornog položaja tačaka. Direktno mjerenje linearnih veličina, zbog složenosti metode, predstavljao je problem već pri dužinama većim od 100 m. Razvojem instrumenata za uglovna mjerenja, tj. teodolita, mjerenje dužina svelo se samo na neophodan broj. U triangulaciji se svelo na mjerenje bazisa, pa se nakon izmjerenih uglova u trokutu računala dužina stranice trokuta osnovne mreže triangulacije. Teodoliti su instrumenti kojima se mjere horizontalni i vertikalni uglovi. Kombinacijom mjerenih veličina, računskim putem dolazimo do traženih vrijednosti koordinata tačaka, visinskih razlika tačaka i sl. Visinske razlike tačaka mjere se neposredno primjenom geometrijskog nivelmana. Osnovni instrumenti geometrijskog nivelmana su niveliri. Nivelirima se visinska razlika mjeri pomoću horizontalne vizurne linije durbina na osnovu očitanje mjernih letava postavljenih vertikalno. Razvoj nivelira započinje otkrićem durbina početkom 17. stoljeća, a posebno otkrićem cijevne libele. Razvoj nivelira postepeno se automatizuje pojavom kompenzatora. Današnji moderni niveliri imaju mogučnost automatske registracije podataka kao i prenosa mjerenja na računare, čime je olakšan rad operatoru i cijeli proces mjerenja ubrzan za oko 40%. Uvođenjem elektronskog mjerenja dužina znatno se izmijenilo izvođenje geodetskih radova, posebno sa razvojem elektronskih tahimetara sa automatskom registracijom podataka. Tahimetri su geodetski instrumenti koji pored uglova mjere i dužinu. Oni predstavljaju kombinaciju teodolita i daljinomjera objedinjenih u jednom instrumentu. Od posebnog značaja su elektronski tahimetri, sastavljeni od navedenih elektronskih jedinica, koji se nazivaju Totalnim stanicama. Njihov značaj je u elektronskom očitanju mjerenih vrijednosti, što doprinosi većoj efikasnosti mjerena. Danas su to robotski sistemi kojima se može upravljati sa udaljenosti. Pri radu sa ovakvim instrumentom potrebna je samo jedna osoba, što znatno umanjuje troškove, npr. terenskih radova. U eri visokog tehnološkog napretka računarske tehnike, značajno se razvijaju i geodetski instrumenti. Danas na tržištu možemo naći instrumente koji daju 3D koordinate mjerenih tačaka objekata u prostoru. Takvi sistemi se nazivaju 3D terestrički laserski skeneri. Prvi laserski skeneri pojavili su se na tržištu 1999. godine. Zbog visoke cijene ovi instrumenti još uvijek nemaju masovnu upotrebu u geodeziji, ali u nekoj skorijoj budućnosti postat će dio svakodnevnice geodetskih radova. Ne možemo a da ne navedemo i Laser tracker interferometre, moderne instrumente bazirane na interferometrijskom načinu mjerenja dužine, koji daju 3D koordinate pokretnog reflektora na cilju. Otud naziv „tracker“ (pratiti, slijediti). Na tržištu su se prvi put pojavili 1988. godine, ali sa stanovišta tačnosti i tehnološkog napretka ovih instrumenata, prvi značajniji modeli su proizvedeni krajem 1990 - tih godina. Ovi



15

sistemi omogućavaju mjerenje jako velikog broja tačaka (nekoliko hiljada) u kratkom vremenskom periodu (samo nekoliko sekundi). Kako im tačnost mjerenja prvenstveno ovisi o udaljenosti od mjerenih objekata, primjenu su našli u robotskim industrijama, gdje je potrebno pratiti i kontrolisati rad robotskih sistema.



16

4. Niveliri

Nivelir je osnovni instrument za mjerenje visinskih razlika u geometrijskom nivelmanu. Osnovni mu je sastavni dio durbin, koji se zajedno s uređajima za horizontiranje geodetske vizurne linije, odnosno geodetske vizurne osi, može okretati oko glavne ili vertikalne osi nivelira. Pomoću uređaja za horizontiranje postavlja se geodetska vizurna os u horizontalnu ravninu, pa se visinske razlike tačaka određuju očitavanjem na mjernim letvama koje se postavljaju vertikalno pomoću dozne libele na tačke kojima mjerimo visinsku razliku. Niveliri se postavljaju na stative, obično u sredinu između tačaka čija se visinska razlika određuje. Razvoj nivelira započinje otkrićem durbina početkom XVII stoljeća, a posebno otkrićem cijevne libele. Prof. Picard, koji je prvi primijenio durbin za geodetska mjerenja, konstruisao je 1674. godine instrument s durbinom koji je služio za mjerenje vertikalnih uglova. Za horizontiranje durbina služilo je klatno povezano s durbinom, a naginjanjem durbina s klatnom očitavao se ugao na luku podijeljenom na minute (0,4mm/1,3 m), sl. 4.1. Ovaj instrument Picard je primijenio i za nivelanje, pa ga možemo smatrati prvim geodetskim instrumentom s durbinom za mjerenje visinskih uglova i prvim nivelirom s durbinom.

Slika 4.1 Picardijev nivelir Razvoj nivelira s libelama započinje početkom XVIII stoljeća. Tako npr. Mallet izvještava 1702. godine o nivelirima s izvlakom okularne cijevi i s elevacijskim vijkom. Cijevne libele bile su u početku loše kvalitete i tačnosti, pa tek krajem XVIII stoljeća dobivaju upotrebljive oblike. Više od jednog stoljeća proteklo je za razvoj libele i njezinu primjenu. To je nezamislivo, u današnjim mjerilima razvoja, kada je jedno desetljeće dovoljno za značajne promjene u mjernoj tehnici! Godine 1770. otkrio je J. Mayer doznu libelu, a 1857. građen je prvi nivelir s reverzijskom libelom. Važna konstruktivna poboljšanja nivelira nastaju



17

konstrukcijama H. WILDA od 1908. godine nadalje, a to su: unutrašnje izoštravanje, libela s koincidencijom mjehura, tijelo durbina i nosač libele od jednog odljeva, mikrometar s planparelalnom pločom. Mogle su se razlikovati dvije osnovne konstrukcije nivelira:

- niveliri sa čvrstim durbinom i cijevnom libelom (sl.4.2- lijevo), - niveliri s durbinom za okretanje i reverzijskom libelom.

Tadašnji moderni niveliri sa veoma usavršenim libelama imali su građu sa čvrstim durbinom i s njim čvrsto povezanom libelom, najčešće i s elevacijskim vijkom (samo oko 40% jednostavnih nivelira i nivelira srednjih točnosti s libelama nisu imali elevacijskog vijka). Niveliri s durbinom za prelaganje prestali su se ubrzo proizvoditi, kao i niveliri s durbinom za okretanje i s reverzijskom libelom. Niveliri sa libelama imaju uz durbin ili iznad njega cijevnu libelu koja se zove nivelacijska libela. Kod najstarijih konstrukcija nivelira, ova libela bila je najčešće izvedena kao jahaća libela. Cijevna libela je tehnološki usavršena, dobro zaštićena, no nažalost i nakon tako dugog razvoja ima značajne nedostatke, posebno zbog osjetljivosti na temperaturne promjene. Libele visokih osjetljivosti imaju vrlo nemirne mjehure, što vrlo otežava rad kod preciznih mjerenja.

4.1 Automatizacija nivelira Proces razvoja nivelira znatno se mijenja kad se 1950. godine u Oberkochenu pojavljuje nivelir Zeiss Ni2 s kompenzatorom umjesto libele – to je bio prvi nivelir s automatskim horizontiranjem vizurne linije. Nivelir više nema cijevne libele, a time nema ni operacija vrhunjenja što ubrzava i olakšava rad. Nivelir je dovoljno horizontirati pomoću dozne libele. Automatizacijom mjernog procesa efikasnost rada je povećana i do 40 %. Između 1950. i 1968. godine prodano je pedeset hiljada nivelira ovog tipa i još mnogo poslije toga. Kako je mjerenje sa automatskim nivelirima bilo mnogo brže, ovi instrumenti (slika 4.2-desno) su postali dominantni na tržištu. Ubrzo nakon pojavljivanja ovih instrumenata, njihovi korisnici su informisani o sistematskim greškama (kao što je odstupanje horizonta, te temperaturna ovisnost kolimacije), koje su morali imati u vidu pri procesu mjerenja. Na 16. Internacionalnom kongresu geodeta 1983. godine, udruženje geodeta je upozorilo na efekat magnetnog polja kod automatskih nivelira. Npr. Carl Zeiss Ni1 automatski nivelir pokazivao je grešku od 1.0 – 1.5 mm/km na pravcu sjever-jug. Do kraja 1983. godine proizvođaći su efekat magnetnog polja redukovali. Korisnici automatskih nivelira proizvedenih prije 1983. godine trebali su biti svjesni ovog problema kod izvršenja preciznih nivelmanskih zadataka.. Konstrukcije nivelira sa automatskim horizontiranjem stare su već 200 godina, a posebno su proširena istraživanja na tom području u ovom stoljeću. Iz starijeg razdoblja razvoja spomenimo neke interesantne konstrukcije. Nivelir sa automatskim



18

horizontiranjem iz 1799. godine od nepoznatog je konstruktora, a primjerak se i danas čuva u Šumarskoj akademije u Clausthalu. Zatim, Couturierov nivelir iz 1878. godine i nivelir konstruktora Heinrich Wilda, kojeg je izradila tvornica Zeiss u Jeni 1923. godine.

Slika 4.2 lijevo - nivelir sa libelom, desno - nivelir sa kompenzatorom

4.1.1 Pregled automatskih nivelira Iako su danas na tržištu zastupljeni uglavnom digitalni niveliri koji pružaju efikasnije obavljanje geodetskih zadataka, još uvijek imamo prisutne i optičke, automatske nivelire. Automatski niveliri imaju veliku primjenu u građevinarstvu na gradilištima, te pri izvođenju raznih građevinskih objekata. Njihova tačnost zadovoljava potrebe ovakvih radova, jednostavni su za rukovanje, a cijenom su pristupačni, pa predstavljaju osnovni instrument na gradilištu za potrbe nivelanja. U tabeli 4.1 dat je pregled osnovnih tehničkih karakteristika nekih automatskih nivelira koji se danas proizvode (slika 4.3). Tabela 4.1 Tehnički podaci automatskih nivelira Tip instrumenta NA720

Leica NA730 Leica

RUNNER 20 Leica

Tačnost mjerenja visina (sred. greška nivelanja naprijed- nazad na 1 km)

2.5 mm (ISO 17123-2)

1.2 mm (ISO 17123-2)

2.5 mm (ISO 17123-2)

Tačnost kompenzator

< 0.5" < 0.3" 0.5"

Radno područje kompenzatora

± 15' ± 15' ±15'

Uvećanje durbina 20x 30x 20x Primjena Za radove na

gradilištima Za građevinske i geodetske radove

Za radove na gradilištima

Masa instrumenta 1,6 kg 1,7 kg 2 kg



19

Slika 4.3 lijevo - Leica Runner20, sredina- Leica NA 700, desno- Leica NAK2

4.2 Laserski niveliri Posebne konstrukcije nivelira su laserski niveliri s rotirajućom laserskom zrakom. Pojavili su se 1973. godine. Primjenjuju se ponajprije za površinski nivelman. Pomoću laserske zrake ostvaruje se horizontalna referentna ravnina, pa se može mjeriti istodobno na svim okolnim tačkama unutar radijusa do 250 m, ali uz veću udaljenost točnost mjerenja je manja. U većine konstrukcija referentna ravnina može se nagnuti za određeni ugao, što omogućava svestraniju primjenu (npr. Geoplane 300, AGA). Geoplane 300 ima ugrađen helij-neonski laser snage 1 mW. Glava instrumenta rotira oko vertikalne osi sa ~ 10 okretaja u sekundi. Na dijametralnim stranama glave nalaze se dva otvora za propuštanje dviju polariziranih laserskih zraka dobivenih optičkim putem od istog izvora, tako da je jedna zraka otklonjena za malen elevacijski kut, a druga za jednaki depresijski kut s obzirom na referentnu ravninu. Kut je izabran tako da su intenziteti svjetlosti jednaki u ravnini simetrije, tj. referentnoj ravnini. Ako se gleda prema instrumentu, vidjet će se laserski svjetlosni snopovi određene širine (sl.4.4). Kad je oko izvan referentne ravnine (uzak pojas preklapanja snopova), vidjet će niz svjetlosnih impulsa različitog intenziteta (~10 impulsa u sekundi). U ravnini simetrije oko prima impulse obaju dijametralnih snopova, tj. ~20 impulsa u sekundi, koje više ne može razdvajati. To znači da se pomicanjem oka u smjeru vertikale može naći položaj referentne ravnine. Kako bi se olakšalo određivanje točaka i povećala točnost indikacije, upotrebljava se pomoćni pribor za vizualno ili fotoelektrično primanje svjetlosnih signala. Za vizualno promatranje služi staklena pločica s indeksom na nosaču postavljenom na vertikalnu letvu, od koje oko pri promatranju impulsa mora biti udaljeno 30 do 50 cm. Fotoelektrični detektor sastoji se od dva dijela: prijemnika s fotoćelijom i jedinice s instrumentima koja sadrži bateriju i indikator.



20

Slika 4.4 Odašiljanje i prijem laserskih snopova pomoću fotoelektričnog detektora Prijemnik se pomiče po mjernoj letvi sve dok kazaljka indikatora ne bude na nuli. Prijemnik ima dvije fotodiode. Svaka dioda prima odgovarajuće polarizirano svjetlo. Nalazi li se visinski indeks izvan referentne ravnine, kazaljka će pokazati otklon (pozitivan ili negativan), već prema tome koja fotodioda prima svjetlosne impulse. Unutar vrlo uskog područja (2 mm/60 m) obje fotodiode su jednako osvijetljene, te se kazaljka indikatora postavlja u nulto područje unutar bijelog polja (sl.4.4), što znači da je indeks u referentnoj ravnini. Indikator se može odvojiti od prijemnika i držati u ruci, a s prijemnikom je spojen pomoću kabla. Geoplane 300 postavlja se za mjerenja na stativ sa specijalnom glavom. Izvor energije je baterija napona 12 V. U donjem dijelu instrumenta nalaze se električni dijelovi i laser, a u gornjem motor i stabilizator brzine okretanja. Aluminijska cijev ima podjelu u centimetrima, pa se može podešavati visina referentne ravnine. Horizontiranje je automatsko s područjem kompenzacije ±0,2 gon. Brzina rotacije može se regulirati. Pri jačoj rasvjeti i većim duljinama ona se mora smanjiti. Referentnu ravninu moguće je nagnuti za određeni kut. Točnost mjerenja iznosi ±2 mm unutar polumjera od 60 m, odnosno ±2 cm na udaljenostima do 250 m. Instrument ima masu 8 kg. Detektor se može upotrijebiti i za kontrolu vođenja pokretne građevinske mašine. Sličnih su konstrukcija Laserplane-Rotolite, Spectra-Phvsics; Laser Beacon 5000, Laser Alignment, SAD. Proizvodile su se i digitalne letve (kao dio opreme) za prijem laserske zrake i očitanje, čime je točnost u znatnoj mjeri povećana, tako da je nastala mogućnost primjene laserskih nivelira ovih konstrukcija i u linijskom preciznom nivelmanu uz automa-tizaciju mjernog procesa. Jedina razlika od današnjih sistema jeste primjena gas lasera i prijedlog za postavljanje sočiva u laserski snop. Danas su rotirajući laserski niveliri skoro u potpunosti zamijenili klasične nivelire na gradilištima. Ovi niveliri su jeftiniji od klasičnih instrumenata i efikasniji su od kako imaju mogućnost nivelanja samo sa jednim operaterom.



21

4.2.1 Pregled laserskih nivelira Laserski niveliri imaju jednu veliku prednost nad ostalim nivelirima: dok je kod automatskih nivelira potrebna jedna osoba za instrumentom da očitava vrijednosti na letvi, a druga osoba je potrbna da drži letvu,kod laserskih nivelira potrebna je samo jedna osoba koja će držati štap sa senzorom (umjesto letve) i u isto vrijeme kontrolisati proces mjerenja. Ovi instrumenti imaju veliku primjenu pri radovima gdje je potrebno odrediti površinske nagibe. To su radovi kod iskopa, temeljenja, betoniranja, pravljenja parkirališta, pista, sportskih terena, polaganja cjevovoda i drugi slični zadaci. Pregled osnovnih karakteristika nekih laserskih nivelira koji se danas proizvode dat je u tabeli 4.2, a predstavljeni su i na slici 4.5. Tabela 4.2 Tehnički podaci laserskih nivelira Tip instrumenta Rugby 200

Leica Rugby 400DG Leica

Triax Sokkia EL 400H

Topcon RL- H3CS

Radni domet 300 m 750 m 300 m od 2- 30 m

Tačnost (ISO 17123- 6)

± 1.5 mm na 30 m

± 1.6 mm na 30 m ±3 mm na 30 m ±3.6mm na 50m

Mogućnost nagiba - - 5% do + 25% po bilo kojoj osi, - 5% do + 15% dvoosno

± 10 % jednoono ±5 % jednoosno

Radna temperatura -20°C do +50°C -20°C do + 50°C - - Težina 2.5 kg 5 kg - 1.9 kg

Slika 4.5 lijevo - Leica Rugby 400DG, sredina - Triax EL 400H, desno - Tpocon RL-H3CS



22

4.3 Digitalni niveliri Dugo vremena se u cijelom svijetu nastojalo da se u geometrijskom nivelmanu automatski očitavaju letve i registriraju ta očitanja. To je bio velik problem, naročito zato što su letve udaljene od nivelira, te su razni istraživači pokušali to riješiti na različite načine. Jedan od prvih mjernih načina bez lasera i „elektroničkih“ nivelmanskih letvi razvio je prof. dr. H. Zetche sa Sveučilišta u Bonnu (Zetsche, 1966). Interesantno je na ovome mjestu napomenuti da je on prvi primijenio i inkrementalnu tehniku kod elektroničkih teodolita pri automatskoj registraciji očitanja horizontalnih i vertikalnih kutova. U načinu koji je predložio H. Zetsche položaj slike letve u slikovnoj ravnini nivelira određuje se elektronički. Instrument je u ono vrijeme imao skupu „zoom“ optiku, a i digitalna je elektronika 1972. godine bila na početku razvoja. Prvi digitalni nivelir proizvela je firma Wild (sada Leica) iz Švicarske 1990. godine. Dvije godine poslije uslijedio je prvi precizni digitalni nivelir (Wild NA3000) i invarna kodirana oprema. Par godina poslije i ostale firme počinju sa proizvodnjom digitalnih nivelira različitih tačnosti (Topcon, Zeiss, Sokkia). Svaka od firmi koristi vlastiti dizajn kodova (bar code) graviranih na odgovarajućoj opremi, tako da oprema ne može biti zamijenjena između instrumenata različitih proizvođača. Tehnologija i optičko-mehanički dio kod svih sistema je veoma sličan. Digitalni niveliri su u osnovi automatski niveliri sa proširenim funkcijama dobivanja i obrade slike. Tok mjerenja prikazan je na sl. 4.6.

Slika 4.6 Tok mjerenja digitalnim nivelitom



23

Osnovna razlika između različitih proizvođača pojavljuje se u zadnjem koraku „interpretacija digitalne slike“. Leica koristi kroskorelacijski metod komparišući poznatu kodnu sekvencu sa slikom. Topcon radi sa Fourier-ovom transformacijom, a Zeiss i Sokkia koriste geometrijsku metodu. Digitalni niveliri su uprošteni klasični niveliri kod kojih se ne mora vršiti očitanje na letvi kroz objektiv instrumenta i koji imaju mogućnost elektronskog pohranjivanja podataka. Zbog ovih mogućnosti, niveliranje digitalnim nivelirom je mnogo brže. Niveliranje digitalnim instrumentom jedne prosječno duge nivelmanske strane je oko dva puta brže nego klasičnim automatskim nivelirom. Zavisno od izabrane procedure, precizno nivelanje sa digitalnim nivelirom može ali i ne mora biti brže od nivelanja automatskim nivelirom sa planparalelnim mikrometrom. Mjerenje je manje stresno i cijeli postupak je brži uzmemo li u obzir da su podaci u digitalnoj formi.

4.3.1 Princip rada Kako se fundamentalna osnova digitalnih nivelira od njihovog prvog modela NA 2000, preko NA 3003 (koji je opravdao tačnost nivelira ove vrste), pa do nivelira druge generacije kao što su DNA03 i DNA10 nije promijenila, tj. princip interpretacije digitalne slike i dalje se bazira na kroskorelacijskom modelu obrade signala, princip rada digitalnih nivelira biti će objašnjen na primjeru nivelira NA 2000 firme Wild (Leica). U nastavku teksta će se spomenuti neke od promjena koje su se desile kod digitalnih nivelira novih generacija. Digitalni nivelir NA 2000 je bio prvi nivelir kod kojeg je uspjelo sa digitalne obrade slike očitati letvu, tako što je oko opažača zamijenjeno fotodiodama poredanim u red. Fotodiode nivelira pretvaraju sliku kodirane podjele letve u električni signal, koji se dalje obrađuje u mikroprocesoru pomoću kroskorelacije (ranije smo spomenuli da je Wild koristio ovu metodu interpretacije digitalne slike). U procesu obrade signala dobiva se očitanje letve (gdje horizontalna vizurna linija nivelira presijeca letvu) i duljina između nivelira i letve. Nivelir je snabdjeven i nizom programa, tako da je podatke niveliranja moguće odmah obraditi i kontrolirati. Osim toga, svi mjerni podaci, kao očitanje letve i duljina, mogu se pohraniti u modul Wild REC . Optika i mehanika Digitalni nivelir NA 2000 građen je od jednakih optičkih i mehaničkih dijelova kao i optički nivelivri s kompenzatorima pomoću kojih se dobiva horizontalna vizurna linija. Zato se njime mogu izvoditi i vizualna opažanja. U digitalnom niveliru preko djelitelja zračenja (diobena kocka) pada slika kodirane letve (sl. 4.7) na fotodiode poredane u jednom redu (sl. 4.8).



24

Slika 4.7 Kodirana letva

Slika 4.8 Fotodiode poredane u red

Ovaj djelitelj zračenja (diobena kocka) dijeli infracrvenu svjetlost od vidljive svjetlosti. Infracrvenu sliku baca na fotodiode, a vidljivu sliku na nitni križ. Pritom vidljiva slika nije znatnije oslabljena, a ipak dovoljno infracrvenog zračenja pada na fotodiode, koje imaju najveću osjetljivost u infracrvenom području. U redu dugom približno 6,5 mm poredano je 256 fotodioda, a otvor diode je 25 μm (sl. 4.8). Širina vidnog polja durbina je 2°, tako da se na najkraćoj udaljenosti letve od instrumenta od 1,5 m na kojoj se može automatski mjeriti, na fotodiode preslikava odsječak letve po visini od 70 mm, a kod udaljenosti letve od 100 m odsječak 3,5 mm. Pomoću detektora položaja leće za fokusiranje određuje se grubo duljina do letve. Osim toga, kontrolira se rad kompenzatora pomoću elektroničke kontrole kompenzatora. Elektronika Fotodiode poredane u red pretvaraju sliku digitalne podjele letve u analogni video signal (sl. 4.6). Preko elektronike za očitavanje signal odlazi na analogno-digitalni pretvarač, koji signal pretvara u digitalni oblik, a zatim ti mjerni podaci odlaze u



25

procesor na daljnju obradu. Grubu vrijednost duljine do letve može se dobiti iz veličine pomaka leće od položaja u kojem se nalazila kada je fokusiranje podešeno na beskonačno udaljen predmet. Pri promjeni udaljenosti letve od 1.8 do 100 m leću za fokusiranje treba pomaknuti za 14 mm. Detektor odredi položaj leće za fokusiranje i analogni signal šalje preko pojačala na analogno-digitalni pretvarač, koji zatim ovaj mjerni podatak prenosi u procesor na dalju obradu. Elektronski detektor kontroliše rad kompenzatora, te šalje analogni signal na analogno-digitalni pretvarač i zatim digitalni podatak u procesor. Poslije obrade mjernih signala u procesoru, na ekranu dobivamo dužinu do letve i očitanje letve. Preko tastature možemo unijeti numeričke podatke i upravljati radom. Svi mjerni podaci automatski se pohranjuju u modulu Wild REC.

4.3.2 Digitalni niveliri druge generacije Leica Geosistem prezentovala je novu generaciju digitalnih nivelira DNA03 i DNA10, kao rezultat dosadašnjeg uspjeha modela NA2002 i NA3003. Instrumenti su opremljeni novim sistemom senzora, koji procesuiraju signal kodirane digitalne podjele zasnovan na dosadašnjoj korelacijskoj metodi. Novi dizajn Hardware i software nove generacije digitalnih nivelira je u potpunosti izmijenjen, dok je princip kodirane podjele i obrade signala ostao isti kao kod NA3003. DNA03 i DNA10 imaju magnetni kompenzator baziran na modelu primijenjenom kod NA3003. To su kompenzatori kod kojih nema uticaja magnetnog polja Zemlje. Poboljšanje je učinjeno i kod kružne libele. Njen položaj je promijenjen, postavljena je bliže durbinu i tako da sada garantuje bolju stabilnost mjehura uslijed temperaturnih promjena. Slika se obuhvata novim, visokoosjetljivim CCD linearnim senzorom, koji je osjetljiv na vidljivi dio spektra. Svjetlost se razlaže na dio za optičko mjerenje i dio za elektronsko mjerenje (CCD). Elektronsko mjerenje koristi dužinu spektra koja je djelomično unutar vidljivog dijela spektra. Svjetlost iz usijanih predmeta ili halogenih lampi je pogodna za osvjetljenje u slučaju mjerenja u lošim uslovima osvjetljenja. Mijerni koncept Mijerni koncept se sastoji iz tri tačke: 1) čekanje, 2) eksponiranje i 3) gruba i fina korelacija.

1) Čekanje koje traje 1 s neophodno je za podešavanje kompenzatora 2) Vrijeme eksponaže traje od 0.5 s (optimalnim uslovima) do 1.0 s (loši uslovi)



26

3) Prosječno vrijeme za grubu i finu korelaciju je 1.5 s Tako se dobiva da je za jedno mjerenje potrebno 3 s. Kada se treba ponoviti mjerenje, koje je izvršeno nakon prvog mjerenja, vrijeme mjerenja će se smanjiti za 1 s, što odgovara vremenu potrebnom za podešavanje kompenzatora. Vidno polje Postoji razlika između vidnog polja za grubu i finu korelaciju. Za grubu korelaciju puno vidno polje iznosi 2˚ za udaljenosti do 50 m. Za maksimalnu udaljenost od 110 m vidno polje je redukovano u dva koraka do finalnog ugla od 1.4˚. Za finu korelaciju vidno polje iznosi 1.1˚.

4.3.3 Pregled digitalnih nivelira različitih proizvođača

Pregled osnovnih tehničkih karakteristika pojedinih digitalnih nivelira raznih proizvođaća predstavljen je u tabeli 4.3 i 4.4. Tabela 4.3 Tehničke karakteristike digitalnih nivelira Tip instrumenta NA2000

Leica NA3000 Leica

DNA03 Leica

DNA10 Leica

Sprinter 100 Leica

Sprinter 200 Leica

Tačnost mjerenja visina (srednja greška nivelanja naprijed- nazad na 1 km) ISO 17123-2

0.9 mm 0.4 mm 0.3 mm

0.9 mm

2 mm

1.5 mm

Domet 1.8 m -100 m

1.8 m -110 m 2 m - 80 m (od 0.5 m – optički)

Tačnost mjerenja dužina

3 - 5 mm/10 m

1 cm - 5 cm 1 cm - 8 cm

Trajanje jednog mjerenja

4 sec.

3 sec. < 3 sec.

Registrator REC modul GRM10 (64KB-cca.2000 mjerenja) ili registrator GRE4

Interna memorija (6000 mjerenja) i PCMCIA memorijska kartica

Interna memorija (500 mjerenja)

Uvećanje durbina 24X 24X 24x Masa instrumenta 2.5 kg sa baterijom 2.8 kg sa baterijom 2.5 kg



27

Tabela 4.4 Tehničke karakteristike digitalnih nivelira Tip instrumenta SDL30

SOKKIA DL-101C TOPKON

DL-102C TOPKON

DiNi12 TRIMBLE

DiNi22 TRIMBLE

Tačnost mjerenja visina (srednja greška nivelanja naprijed- nazad na 1 km) ISO 17123-2

0.6 mm 0.4 mm 1 mm 0.3 mm 0.7 mm

Domet 1.6 m - 100 m 100 m 1.5 m - 100 m

Tačnost mjerenja dužina

1 cm - 20 cm 1 cm - 5 cm 1 cm - 5 cm

Trajanje jednog mjerenja

3 sec. 3 sec. 3 sec. 2 sec.

Registrator Interna memorija (2000 mjerenja) ili registrator podataka SDR

PCMCIA memorijska kartica (64KB do 2 MB) ili interna memorija (8000 mjerenja)

SRAM memorijska kartica (256 KB do 8 MB) ili interna memorija (2400 mjerenja)

Uvećanje durbina 32X 32X 30X 32X 26X

Masa instrumenta 2.4 kg sa baterijom 2.8 kg (sa baterijom) 3.5 kg 3.2 kg

Niveliri, čije su karakteristike prikazane u gornjim tabelama predstavljeni su na sl. 4.7.

a) b) c)

d) e) f) Slika 4.7 a) NA2000, b) DNA03, c) Sprinter 100, d) DiNi 12, e) DL-101C, f) Sokkia



28

4.4 Budućnost nivelira Automatizacija geodetskih instrumenata značajno je olakšla i ubrzala rad geodetskih stručnjaka na terenu. Mnogi instrumenti su toliko automatizirani da za rad sa njima nije potrebno nikakvo posebno znanje. Napredak u automatizaciji doprinjeo je i boljoj tačnosti mjerenja. Tehnike mjerenja kao i sama oprema je dosta promijenjena u odnosu na period od prije 20- 30 godina. Danas postoje integrirani sistemi koji omogućavaju da se za nekoliko trenutaka izračunaju 3D koordinate tačaka sa zadovoljavajućom tačnošću. Kada govorimo o nivelmanu, primjetno je da se u Svijetu za dobivanje kota ili visinskih razlika tačaka sve više upotrebljavaju GPS metode mjerenja, koje omogućavaju brži i efikasniji rad na terenu. Cijenom su pristupačni, pa ih sve više nalazimo na tržištu. Takođe, zahvaljujući upotrebi elektronskih daljinomjera, elektronskih teodolita visoke tačnosti i primjenom posebnih metoda rada znatno je poboljšana kvaliteta rezultata koji se dobivaju trigonometrijskim nivelmanom. Međutim, i GPS metode i trigonometrijski nivelman još uvijek ne mogu primjenjivati kod visoko-tačnih geodetskih radova, gdje se zahtijeva najveća moguća preciznost mjerenja, kao što su industrijska mjerenja, praćenje pomaka i deformacija građevinskih objekata, slijeganje terena, mjerenje u nivelmanskim mrežama viših redova, mjerenja za dinamičke potrebe praćenja pomjeranja tektonskih ploča i druge potrebe i sl. Pored toga, da bi mjerenja GPS metodom bila moguća, mora biti zadovoljen uslov prijema signala sa minimalnog broja satelita, a na rezultate tačnosti jako utiču i uslovi terena (obraslost terena, blizina reflektirajućih površina i sl.), koji nisu uvijek zadovoljeni. Naravno, GPS oprema i instrumenti za mjerenje trigonometrijskim nivelmanom su neuporedivo skuplji od nivelira. Iz tog razloga se i niveliri obične tačnosti danas mnogo koriste, pogotovo u građevinarstvu, npr. kod mjerenja visina pri izvođenju rutinskih radova na gradilištima (visinska iskolčenja, gradnja objekta i sl.). Iz svih navedenih razloga, jasno je da je nivelir instrument koji još dugo neće biti prevaziđen i koji će se još dugo koristiti u geodetskom radovima. Još uvijek ni jedan instrument ne postiže tako visoku tačnost mjerenja visina. Budućnost ovih instrumenata je neosporiva sve do pojave možda nekih novih inteligentnih mjernih sistema koji će prevazići današnje mogućnosti i davati tačnost jednaku ili bolju od one koju obezbjeđuju visokoprecizni niveliri. Do tada, niveliri će se nastavljati proizvoditi i biti neizostavan instrument geodetskih stručnjaka.



29

5. Teodoliti

Teodolit je geodetski instrument za mjerenje samo horizontalnih, ili horizontalnih i vertikalnih kutova. Osnovni su mu dijelovi podnožje (prilikom mjerenja kuta nepomično), horizontalni krug i gornji okretni dio, odnosno alhidada koja se okreće oko glavne ili vertikalne osi odnosno alhidadne osi teodolita. Na alhidadi se nalazi durbin za viziranje ili očitanje na mjernoj letvi, zatim uređaj za očitanje limba, odnosno detekciju kuta, te libele. Durbin se okreće oko horizontalne ili nagibne osi. Za mjerenje vertikalnih kutova centriran je na tu os i vertikalni krug s odgovarajućim uređajem za očitanje. Teodolit pripada najčešće primjenjivanim instrumentima u geodetskoj praksi, jer se njima ne samo mjere kutovi, već se i ispituje ili određuje i položaj točaka u pravcu ili ravnini, a uz različite dodatne uređaje namjena mu je i šira. Grade se teodoliti različitih veličina i masa, kao i točnosti, ovisno o njihovoj namjeni. Točnost mjerenja jedan je od osnovnih kriterija za primjenu instrumenta u geodetskoj praksi. Točnost mjerenja teodolitom ocjenjuje se srednjom pogreškom pravca opažanog u dva položaja durbina. Različite zemlje, pa i proizvođači navode i različite podjele teodolita. Navedimo podjelu prema njemačkim DIN-normama (Nr 18724): 1. teodoliti visoke točnosti ≤ 0,2 mgon ≈ 0,6", 2. teodoliti veće točnosti ≤ 0,6 mgon ≈ 2", 3. teodoliti srednje točnosti ≤ 2,0 mgon ≈ 6", 4. teodoliti manje točnosti ili jednostavni teodoliti ≤ 8,0 mgon ≈ 25", (1 mgon = 3,24") U našoj zemlji se npr. smatraju preciznim teodolitima oni u kojih je srednja pogreška mjerenog pravca ≤ 1". Druga vrlo važna podjela teodolita temelji se na osnovi njihove građe, posebno krugova i uređaja za očitanje, pa razlikujemo:

- mehaničke teodolite, - optičke teodolite i - elektroničke ili digitalne teodolite.

Mehanički teodoliti su teodoliti starijih konstrukcija (sl. 5.1 lijevo), a karakterizira ih primjena krugova ili limbova od kovine s običnom lupom ili jednostavnim mikroskopom za očitanje uz primjenu nonijusa, a za najtočnija očitanja mehaničkoga okularnog mikrometarskog vijka. Pri čitanjima kruga opažač se morao kretati oko instrumenta, što je imalo niz nedostataka. Ti teodoliti su otvorene građe, obično s dvije alhidadne libele ili s jahaćom libelom. Durbin je u mehaničkih teodolita relativno velike duljine sa izoštravanjem slike na osnovu pomicanja okularne cijevi (vanjsko izoštravanje). Zbog lakše izvedbe vertikalna mu je osovina koničnog oblika.



30

Prvi teodolit gradio je engleski mehaničar John Sisson 1730. godine sa 6' nonijusom i libelom. Mehanički teodoliti su se tokom proteklih stoljeća stalno usavršavali, posebno kvalitet mehaničkih dijelova i optike durbina (npr. Ramsdenov okular, 1783, Kellnerov okular, 1849), te kvalitet libela. Tek u prvoj polovini ovog stoljeća postupno ih zamjenjuju optički teodoliti s krugovima od stakla (Wild T2 sl. 5.1 desno). Primjena staklenih krugova omogućila je složeniju građu mikroskopa s prijenosom slike limba na pogodno mjesto za očitanje, kao i primjenu točnijih optičkih mikrometara. U optičkih teodolita primijenjene su i cilindrične vertikalne osovine, što je znatno olakšalo praktičan rad s teodolitom. Optički teodoliti su zapravo optičko-mehanički teodoliti vrlo kvalitetne mehaničke građe, gdje je ispravnost mehaničke funkcije osnova i uvjet za pravilnu funkciju teodolita u cjelini. Skraćeni naziv tih teodolita - optički teodoliti -naglašava znatno povećanu važnost primijenjenih optičkih sistema. Interesantno je da se u SAD-u za teodolite upotrebljavaju izrazi „transit“ i „theodolite“. „Transit“ bi u osnovnim značajkama odgovarao mehaničkom teodolitu. Ako je suvremenije konstrukcije i ima složeniji mikroskop naziva se „optical reading tranzit“. Naziv „theodolite“ karakterističan je za evropske optičke teodolite. Elektronički teodoliti imaju posebnu građu krugova za digitalno očitanje (detekciju) primjenom elektroničkih sistema. Mehanički i optički teodoliti nazivaju se danas i analognim teodolitima, a elektonički digitalnim teodolitima.

Slika 5.1 Lijevo - mehanički teodolit, desno – optički teodolit Wild T2 Nakon što je Carl Zeiss Jana proizvela prvi optički teodolit (Th I) 1922. godine, teodoliti sa staklenim krugovima polako zamjenjuju tradicionalne teodolite sa metalnim krugovima i nonijusom ili vijkom sa mikrometrom za očitanje kruga. Koincidencija mikrometra je bila 1˝, moglo se izvršiti očitanje bez pomjeranja opažača. U aprilu 1932.



31

godine izašao je jednosekundni optički teodolit Th II iste firme. Prvi Carl Zeiss-ov instrument sa kompenzatorom bio je Theo 020 iz 1959. godine. Wild-ov univerzalni jednosekundni teodolit proizveden je 1923. godine, kada je Heinrich Wild osnovao vlastitu firmu u Švicarskoj. Instrument se vremenom usavršavao. Kompenzator mu je dodan 1973. godine. Od prve verzije ovog instrumenta proizvedene 1923. godine pa do 1970. prodano je 38 800 instrumenata i još mnogo njih poslije. Kada se Heinrich Wild udružio sa firmom Kern 1935, dizajnirao je teodolite sa dvije kružne libele bez mikrometra (DK1,DK2) i teodolite sa tri kružne libele sa mikrometrom (DKM1, DKM2, DKM3). Teodolit DKM3, koji je proizveden 1938. godine ima očitanje od 0.5˝ i ima novi tip durbina sa konkavnim ogledalom. U januaru 1972. godine Kern proizvodi jednosekundni teodolit DKM2-AE sa tečnim kompenzatorom i direktnim grubim očitanjem kruga- digitalno očitanje.

5.1 Korekcija položaja indeksa vertikalnog kruga Za mjerenje vertikalnih uglova teodoliti imaju vertikalni ili visinski krug i odgovarajući uređaj za očitanje (detekciju) na jednom ili na dva dijametralna mjesta limba. Središtem kružne podjele vertikalnog limba treba prolaziti horizontalna os teodolita. Krug je položen vertikalno kada je teodolit horizontiran. Vertikalni krug je iz kovine ili stakla s kružnom podjelom limba ili drugih izvedbi, ovisno o tipu teodolita i načinu očitanja, kao i pri izvedbi horizontalnog kruga. Pri okretanju durbina oko horizontalne osi najčešće se s njime okreće i vertikalni krug, a indeksi za očitanje miruju. Kod starijih konstrukcija teodolita više tačnosti indeksi za očitanje povezani su posebnom libelom - visinskom libelom ili libelom vertikalnog kruga, ili su ugrađeni posebni kompenzatori za automatsku stabilizaciju indeksa. U mehaničkim teodolitima durbin se mogao postavljati u drugi položaj, no svi današnji teodoliti imaju mogućnost potpunog okretanja durbina oko horizontalne osi, pa se uz dodatnu rotaciju alhidade postavljaju u drugi položaj. Ta je operacija vrlo važna, jer se sva precizna mjerenja izvode u dva položaja durbina zbog eliminacije niza instrumentalnih pogrešaka. Prije mjerenja vertikalnog kuta nužno je ili što točnije postaviti vertikalnu os vertikalno, ili korigirati položaj indeksa prije samog očitanja, što ovisi o tipu instrumenta i načinu konstruktivnog rješenja. U prvom slučaju radi se o jednostavnijim starijim teodolitima koji su imali cijevne libele položene paralelno s ravninom vertikalnog kruga, ali čvrsto povezane s alhidadom. Takva libela vrhunila se prije viziranja na točku pomoću podnožnog vijka. Koristio se još jedan način - korekcija položaja indeksa, odnosno njegova automatska stabilizacija. Od prvih optičko - mehaničkih teodolita, pa do modernih teodolita današnjeg doba usavršavala su se razna konstruktivna rješenja postavljanja vertikalne osi u vertikalan položaj pri mjerenju vertikalnih uglova. Kako je primjena ovih rješenja jedna od



32

osnovnih karakteristika instrumentalnog razvoj geodetskih instrumenata, opisaćemo u ovom dijelu karakteristična rješenja.

5.1.1 Indeks za očitanje vertikalnog kruga povezan s libelom

Visinska libela je u ovim uređajima mehanički povezana s indeksom za očitanje bilo direktno, kao npr. u mehaničkih teodolita (sl. 5.2 lijevo), bilo posredno kao u optičkih teodolita, u kojih je povezana s optičkim sistemom za prijenos slike vertikalnog limba. Pri jednostavnoj konstrukciji kod koje je ona mehanički povezana s indeksom za očitanje vertikalnog limba, funkcija libele je sljedeća: Ako je teodolit horizontiran, njegova vizura KK će biti horizontalna, a vertikalna os VV vertikalna (slika 5.2 desno). Očitanje zenitnog ugla će biti 90˚. Ako se vertikalna os nagne u vizurnoj ravnini za neki ugao α i zauzme položaj V'V, za isti ugao će se nageti i vizurna os i zauzet će položaj K'K'. Indeks za očitanje dolazi u položaj I', a libela vertikalnog kruga više neće vrhuniti. Očitanje je pogrešno, jer i dalje iznosi 90˚, a vizurna os ima zenitni ugao 90° +α. Da bi se izbjegla ova greška, prije očitanja kruga vrhuni se visinska libela, čime indeks I zauzima ispravan položaj.

Slika 5.2 Lijevo- mehanički teodolit, desno- položaj indeksa za očitanje kruga

5.1.2 Automatska korekcija indeksa. Primjena kompenzatora.

Primjena visinske libele za korekciju položaja indeksa ima niz nedostataka. Točnost mjerenja vertikalnog kuta ovisna je o osjetljivosti libele, a isto tako i o vanjskim utjecajima na libelu. Osim toga, pri mjerenju vertikalnog kuta potrebno je vrhuniti ovu libelu, što produžuje mjerenje. Posebni problemi nastaju ako je stajalište instrumenta nestabilno. Iz svih tih razloga postupak korekcije položaja indeksa nastojao se



33

automatizirati, kako bi se izbjeglo ne samo vrhunjenje visinske libele, već i da se ona ukloni s teodolita primjenom optičkih kompenzatora. Poticaj za takve konstrukcije dala je vrlo uspješna primjena kompenzatora u nivelirima 1950. godine. Prve konstrukcije zadržavaju libelu, ali se postupak automatizira. Međutim, zbog nedostataka libele ove se konstrukcije nisu dalje razvijale, a tvornica ASKANIA u Berlinu 1956. uvodi umjesto libele optički kompenzator. U optičkih teodolita optički sistem mikroskopa vertikalnog kruga preslikava podjelu vertikalnog limba u ravninu zaslona ispred okulara, gdje se nalazi i indeks za očitanje. Ako je ispravan položaj optičke projekcije I′ indeksa I (sl. 5.3), a pri nagibu vertikalne osi ili pri okretanju alhidade oko nagnute osi ona može doći u neki drugi neispravan položaj, djelovanjem posebnoga optičkog kompenzatora (umjesto libele koju bismo vrhunili) postiže se da optička projekcija indeksa ostane na ispravnom mjestu I'. U tom slučaju kažemo da je indeks automatski stabiliziran, što znači da je utjecaj komponente nagiba vertikalne osi u vizurnoj ravnini kompenziran, te se očitanje vertikalnog kruga odnosi na smjer vertikale. Postoji velik broj konstrukcija optičkih kompenzatora, jer se oni primjenjuju u većine teodolita. Kompenzatori mogu biti:

- tekućine - optički elementi na njihalima (mehanički kompenzatori).

5.1.2.1 Tekućina kao kompenzator

Ovakav kompenzator ima teodolit firme Wild T1-A. Teodolit Wild T1-A iste je građe kao i T1, ali umjesto visinske libele ima kompenzator - metalnu posudicu pokrivenu stakalcima (planparalelnim pločama) radi prolaza zraka svjetlosti, a djelomično ispunjenu tekućinom (silikonskim uljem) indeksa loma n = l,4. Ta posudica nalazi se u gornjem dijelu teodolita, između objektiva mikroskopa Ob i vertikalnog kruga (sl. 5.3). Na sl. 5.3a shematski je prikazan položaj posudice i indeksa za očitanje I, odnosno njegove projekcije I′, u slučaju kad je vertikalna os teodolita vertikalna. U tom slučaju sloj tekućine u posudici formira planparalelnu ploču. Zrake svjetlosti koje indeks I preslikavaju na podjelu vertikalnog limba prolaze kroz sloj tekućine ne mijenjajući smjer, pa nema promjena u toku preslikavanja. Indeks I, projiciran je optičkim sistemom (na sl. 5.3 ucrtan samo objektiv 0b) u položaj I′, koji predstavlja ispravan položaj indeksa za očitanje vertikalnog limba. U tom je slučaju pri horizontalnom položaju vizurne osi K, dakle uz zenitni kut z1 = 90°, očitanje vertikalnog limba O1 = 90°.



34

Slika 5.3 Tekućuna kao kompenzator

Ako se vertikalna os nagne u vizurnoj ravnini za kut α (sl. 5.3b), za isti iznos nagnut će se prema horizontali i vizurna os K, kao i ucrtana optička os objektiva 0b u odnosu prema prethodnom položaju. Zenitni kut iznosi z2 = 90° + α. Bez djelovanja kompenzatora očitanje O2 ostalo bi 90°, a treba biti 90° + α. Međutim, zbog nagiba vertikalne osi, tekućina u posudici formira optički klin prijelomnog kuta α, koji djeluje kao kompenzator, te se indeks I automatski preslikava u ispravan položaj I′. Područje kompenzacije je ±2' (40 mgon), a točnost kompenzacije je vrlo visoka. Pogreška stabilizacije iznosi ±0, 3" (0,1 mgon).

5.1.2.2 Optički elementi na njihalima - mehanički kompenzatori

Kao kompenzatori su primijenjeni različiti pojedinačni optički elementi (leće, prizma, planparalelna ploča), objektiv mikroskopa ili čitav optički sistem mikroskopa na njihalu. Prema konstrukciji njihala njišu slobodno, ili su primijenjena njihala s prisilnim otklonom djelovanjem posebnih opruga odnosno mehaničkih prijenosa. Za prigušenje njihaja potrebni su posebni prigušivači. Kompenzatori na slobodnim njihalima Osnovno načelo na kojem se bazira primjena slobodnih njihala je u tome što se njihova os zbog djelovanja sile teže postavlja stalno u smjer vertikale, bez obzira na nagib vertikalne osi. Tako optički element, koji djeluju kao kompenzacijski faktori, povezani s njihalom, zauzimaju u području kompenzacije stalno određen položaj u prostoru, bez obzira na nagib instrumenta. Teodolit KERN K1-A ima objektiv mikroskopa vertikalnog kruga sastavljen od dva člana, 4a i 4b, od kojih se član 4a, bliže krugu, nalazi na njihalu (sl. 5.4).



35

Slika 5.4 Kompenzator sa slobodnim njihalom Na sl. 5.4 prikazan je prvo položaj njihala i objektiva vertikalnog kruga kada je teodolit horizontiran, a vizurnu os usmjerenu na točku T visinskog kuta φ. Mjesto 3 vertikalnog limba preslikaće se preko mjesta 6 horizontalnog limba na indeks za očitanje. Na sljedećoj shemi prikazano je viziranje iste točke T uz nagnutu vertikalnu os. Bez djelovanja kompenzatora mjesto limba 3a preslikalo bi se na indeks i očitanje bi bilo pogrešno za kut α. Međutim, djelovanjem kompenzatora na njihalu ispravno mjesto limba 3 je preslikano na indeks, te će očitanje vertikalnog ugla biti z = 90 -φ. Kompenzatori sa prisilnim otklonom Teodolit Th2 tvornice Zeiss-Opton, Oberkochen, ima kompenzator sa dvije planparalelne ploče koje se nalaze na zglobnom četverokutu u obliku slova x (si. 5.5). Pomoću planparalelnih ploča vrši se preslikavanje dijametralnih mjesta vertikalnog kruga. Nagib vertikalne osi prenosi se na zakret plan-ploča s određenim prijenosnim faktorom preko zglobnog četverokuta. Time se uzrokuje odgovarajući pomaka zraka svjetlosti, te se položaj indeksa kompenzuje.

Slika 5.5 Kompenzator sa prisilnim otklonom



36

5.2 Elektronski teodoliti Razvoj elektroničkih ili digitalnih teodolita primarno započinje nastojanjima da se eliminira čovjekova uloga u očitanju i time ostvari kontinuiran tok podataka od instrumenta do elektroničkog računala. Prvi put je to uspjelo konstrukcijom teodolita Code - teodolit FLT-3 Fennel (1963) s fotografskom registracijom na 35 mm film kodiranje podjele limba. Daljnja obrada filma obavljala se u prevodniku Zuse Z 84 s prijenosom podataka na 5-kanalnu perforiranu traku za daljnju obradu u elektronskom računaru. Horizontalni i vertikalni limb teodolita FLT-3 ima podjelu s intervalima od 0,2 gon, a optičkim sistemom se preslikavaju crte na dijametralnu stranu tako da teku u suprotnom smislu, pa za očitanje dobivamo vrijednost intervala glavne podjele 0,1 gon. Budući da se ne očitava optički, te nema brojki uz podjelu, to svaki interval od 0,1 gon mora se identificirati fotoelektričnim putem. Za tu svrhu primijenjen je kodirani način, tzv. prstenasti kod na limbu u obliku niza svijetlih i tamnih polja različitih dužina koja su dobivena pomoću četiri koncentrične pruge s podjelom limba (sl. 5.6).

Slika 5.6 Prstenasti kod na limbu Četiri pruge daju informacije o stoticama, deseticama, jedinicama i desetinama gona sa 4000 različitih kombinacija tamnih i svijetlih polja koja se detektiraju fotoelektričnim putem, što će dati brojke od 0,0 do 399,9 gona (grubo očitanje). Dvija srednje pruge (f) ne služe za kodiranje, već se upotrebljavaju pri obradi filma za vođenje prilikom prijenosa informacija. Za fino mikrometarsko očitanje služi tzv. analogni dio na filmu, koji sadrži preslikane dijametralne crte limba kao bijele marke na tamnom polju (sl. 5.7 polje B). Tako se određuje druga, treća i četvrta decimala očitanja.

Slika 5.7 Registracija slike limpa sa kodiranom podjelom



37

Fotografska slika ima prema tome tri dijela: digitalni dio (A) za grubo očitanje, analogni dio (B) za interpolaciju i brojčani dio (C) kao informaciju za daljnju obradu. Digitalni dio i analogni dio se različito obraduju. Prevodnik Zuse Z 84 daje kao izlaznu informaciju perforiranu traku za elektronski računar. Historija elektronskih teodolita je jako povezana sa razvojem elektronskih tahimetara odkako je prvi instrument sa elektronskim krugom bio elektronski tahimetar ( „totalna stanica“), a ne samo elektronski teodolit. Pojava elektronskih teodolita na tržištu bila je postepena. ′80-tih godina još uvijek su bili dominantni optički teodoliti, ali deset godina kasnije tržište su zauzeli elektronski teodoliti. Danas bi bilo nevjerovatno da neka firma još uvijek proizvodi optičke teodolite. Leica Geosystems je prestala proizvoditi optičke teodolite između 1995. i 1996. godine. Dizajn teodolita mijenjao se značajno vremenom. Moderni teodoliti se prave od legure aluminija. Vertikalna osovina je potpuno kinematička. Zavrtnji za fokusiranje imaju dvije brzine ( grubo i fino fokusiranje) i zavrtnji za fino i grubo vertikalno i horizontalno pomjeranje kod preciznih instrumenata. Optički visak je zamijenjen laserom. Elektronski teodoliti i tahimetri imaju dvije tastature za mjerenje u dva položaja, iako neki instrumenti imaju samo jednu tastaturu u standardnoj verziji. Način proizvodnje staklenih krugova je promijenjen. Proizvode se tehnikom fotolitografije.

5.2.1 Karakteristike i svrha elektronskih teodolita Elektronički teodolit ima sve osnovne dijelove i funkciju konvencionalnih teodolita. Međutim elektronički teodolit ima neke posebne karakteristike i znatno proširene mogućnosti, koje treba pobliže upoznati. Već po samom nazivu očito je da ovaj teodolit ima ugrađene elektroničke komponente, koje su temeljne za njegovu ukupnu funkciju. To se ponajprije odnosi na uređaje za čitanje - detekciju, odnosno registraciju kutova. S pomoću elektroničkog teodolita moguće je kutne vrijednosti dobiti u takvom obliku koji omogućuje registraciju i daljnju automatsku obradu podataka. To znači da se podaci mogu automatski prenositi u memoriju - registrator, te u dalje module kontinuiranog toka, kao što su računalo, štampač ili druge periferne jedinice. Digitalni pokaz horizontalnog i vertikalnog kuta na pokazivačima, koji omogućuje brz i pregledan način očitanja, postao je sporedan efekt, budući da je automatski unos u memoriju svrsishodniji. Automatska registracija ne samo da rasterećuje operatora, već i ubrzava proces registracije podataka, jer nema ručnog upisa, a osim toga eliminira i pogreške optičkog očitanja i upisa.



38

Djelomična obrada rezultata mjerenja na licu mjesta s pomoću računala omogućuje neposredno računanje i ispitivanje postignutih rezultata, što će u slučaju otkrivenih nesuglasica učiniti nepotrebnim naknadna mjerenja i ponovni izlazak na teren, što znatno povećava ekonomičnost mjerenja. Što nekad nije bila zamislivo, postalo je stvarnost, te je djelomična obrada rezultata mjerenja na terenu postala uvjet za racionalno mjerenje. Štoviše, u suvremenim mjerenjima težište računskog rada sve se više prenosi iz ureda na teren. Primjenom mikroračunala s mikroprocesorom, kao jedinicom za upravljanje s odgovarajućim programom, jedinicom za memoriju podataka i ulazno-izlaznom jedinicom, znatno je proširena funkcija elektroničkog teodolita, a omogućena su dodatna računanja. Instrumentalne pogreške moguće je memorirati tako da teodolit automatski korigira rezultate mjerenja, što omogućuje i mjerenja samo u jednom položaju durbina. Razmišljalo se o proizvodnji teodolita s većim instrumentalnim pogreškama, što bi znatno pojeftinilo proizvodnju, a računala bi automatski korigirala rezultate softwerima određenim već u tvornici na osnovi laboratorijskih ispitivanja. No, to bi imalo i svoje nedostatke, jer nastaju veći problemi kod popravke instrumenata, a osim toga unijete konstante korekcija pogrešaka zahtijevaju njihovu postojanost, a to znači i znatnu stabilnost mehanike instrumenata. Predpostavka za odgovarajuću tačnost elektronskog teodolita je usklađenost pravilnosti funkcije i tačnosti bitnih dijelova, kao što su: mehanički kvalitet (npr. osovina) i stabilnost, izvedba krugova i sistema za registraciju, kompenzatora i durbina. Elektronski sklopovi i sistemi ne samo da omogućuju računanje i memorisanje instrumentalnih pogrešaka uz automatske korekcije, već ih u nekim slučajevima mogu i mjeriti ( npr. nagib vertikalne osi u dva karakteristična smjera), te digitalno prikazati na ekranu. Elektronski teodoliti mogu ispitati i ispravnost funkcije pojedinih dijelova. Vlastitom dijagnozom ili samokontrolom, tj. porukom o pogreškama daju nam informacije na ekranu, što omogućuje kontrolu i pravovremenu intervenciju. I kod automatizovanih sistema operator ima važnu funkciju objektivne analize i kontrole sistema, te intervencije.

5.2.2 Osnovne konstrukcije uređaja za digitalno očitanje krugova i registraciju

U digitalnoj tehnici broji se i računa sa binarnim signalima. Oni mogu imati samo dva stanje: 1 i 0. Binarni sistem koriste elektronski računari, a decimalni sistem moraju koris-titi i elektronski instrumenti i računari, radi komunikacije sa čovjekom. Prema tome, za digitalno pokaz mjerenog ugla na pokazivaču potrebno je prevesti binarni kod u deci-malni broj. Za analogno-digitalno pretvaranje uglovne vrijednosti elektronički teodoliti imaju limbove posebnih izvedbi. Danas imamo vrlo različite izvedbe krugova, što je u uskoj



39

vezi i sa sistemom detekcije i registracije ugla. Razlikujemo tri osnovna postupka registracije ugla: apsolutni postupak - kodirani limbovi, relativni postupak - inkrementalni limbovi i dinamički postupak. No, postoje i kombinacije ovih postupaka. Pri svakom od tih postupaka ukupni iznos ugla dobiva se, kao i u optičkih teodolita, na osnovi grubog i finog mjerenja („očitanja“). Fina mjerenja u elektroničkih teodolita iz-vode se primjenom mikrometara (uz primjenu optičkih elemenata), te interpolatora.

5.2.2.1 Apsolutni postupak - kodirani limbovi Apsolutni postupak primjenjuje kodirane limbove, pri kojem je svakom položaju alhidade teodolita pridijeljen kodirani izlazni signal odgovarajućim slijedom impulsa, što omogućuje digitalno očitanje limba. Najvažnije je što je signal binarno kodiran, a to omogućuje i automatsku registraciju ugla uz mogućnost direktne daljnje obrade u elektronskim računarima. Za digitalna očitanja na pokazivačima upotrebljavaju se svjetlosni segmenti koji formiraju broj. Za takvo očitanje u decimalnom sistemu mora se obaviti dekodiranje tako da svakom binarnom broju na pokazivaču odgovara određeni decimalni broj. Slijed impulsa s kruga može se postići električnim (galvanskim), magnetskim ili optičkim detektorima. Najčešće se primjenjuje optička (fotoelektrična) detekcija, a princip dobivanja slijeda impulsa, različitih u kombinaciji za svaku crtu, vidljiv je iz sl.5.8. Prema slici vidimo analogiju optičkog očitanja i ovoga digitalnog očitanja. Dok su pri optičkim čitanjima crtice na limbu u slijedu označene brojkama, tako da svaka crtica podjele limba ima odgovarajuću nominalnu vrijednost u odnosu prema početnoj nultoj crti podjele, kod digitalnog očitanja nema više brojki, a svakoj je crtici podjele pridijeljena nominalna vrijednost slijedom impulsa koji kao signal, binarno kodiran, daje na pokazivaču određeni decimalni broj. Koncentrične pruge sastoje se od svjetlosno propusnih i nepropusnih polja različitih dužina. Iznad svake koncentrične pruge nalazi se po jedna luminiscentna dioda kao izvor svjetlosti. S donje strane nalaze se jednako raspoređene fotodiode koje primaju svjetlosne impulse pri svakom prolazu kroz prozirni dio pruge, što daje odgovarajući električni signal. Na neprozirnim mjestima fotodioda daje tzv. nulti signal. Prema sl. 5.8 imamo pet kombinacija za izlazni slijed signala u binarnom kodu, što će dekodiranjem dati odgovarajući decimalni broj. Pri okretanju alhidade zakreće se ili krug, ili sitem za detekciju s diodama. S kodiranim limbovima detektiraju se na taj način intervali od 0,5 gon. Vrlo karakterističan primjer za primjenu apsolutnog postupka imamo u tahimetru Op-ton Ober-kochen Elta 2, gdje vidimo znatnu sličnost s očitanjem optičkog teodolita, no „očitanje“ obavlja optičko-elektronički sistem.



40

Slika 5.8 Princip optičke detekcije- kodirani limb

Slika 5.9 Kodirani limb teodolita Elta 2 Stakleni krugovi za horizontalni i vertikalni kut jednaki su i imaju dvije koaksijalne kružne podjele s crticama razmaka 0,5 gon. Optičkim sistemom preslikavaju se crtice unutrašnje kružne podjele (promjera 93 mm) na dijametralnu stranu vanjske podjele tako da podjele teku u suprotnom smjeru. Time postižemo razdvajanje 0,25 gon. Uz kružne podjele nanijete su pruge tamnih i svijetlih polja, čime je položaj svake crtice jednoznačno određen (sl.5.9). Za fino mjerenje ugla služi planparalelna ploča mikrometra koja rotira i time pomiče slike dijametralnih mjesta kruga. Zajedno s planparalelnom pločom zakreće se i pločica s rasterom. Za pomak crtica 0,25 gon raster mikrometra daje 1250 impulsa, što odgovara razdvajanju 0,2 mgona (0,6"). U času koincidencije crta, koja se registrira fotodiodom, prekida se ulaz impulsa i u isto vrijeme počinje detekcija kodiranog limba za grubo očitanje. Obje informacije vode se do mikroprocesora, gdje se sastavljaju u konačno očitanje. U usporedbi s vizuelnim očitanjem optičkih teodolita s koincidencijom crta, kodirani limb zamjenjuje klasični limb s brojkama, opto-elektronika mikrometra zamjenjuje vizuelnu koincidenciju crta, a mikroprocesor zamjenjuje vizuelno sastavljanje očitanja limba i mikrometra, no princip je očito isti. Isti mikrometar služi i za registraciju vertikalnog kuta.



41

5.2.2.2 Relativni postupak – inkrementalni limbovi

Primjenom relativnog postupka registracije ugla uvodi se sasvim nov način izvedbe kruga i principa očitanja. Limb je podijeljen na kontinuirani niz polja jednakih veličina koja predstavljaju binarne elemente potrebne za primjenu elektronskih logičkih sklopova. Limbovi koji se sastoje od takvih naizmjeničnih polja - inkremenata koji se pri rotaciji sumiraju davanjem električnih impulsa nazivaju se inkrementalnim ili impulsnim limbovima. Time se svaka ugaona vrijednost pri zakretu svodi na brojanje „da i ne“ - elemenata, impulsa odnosno inkremenata. Postupak se naziva relativnim zbog toga što je svaki početni položaj nulta vrijednost, a tek okret alhidade daje impulse i kutnu vrijednost veličine zakreta. Prema tome, nema apsolutnog određivanja smjera, nego se mogu mjeriti samo promjene smjera brojanjem elemenata pomoću sistema za detekciju. Detekcija limba može na osnovu izvedbe samog kruga i sistema za detekciju biti: električna (galvanska), magnetička i optička.

Slika 5.10 Princip optičke detekcije - inkrementalni limb Optička (fotoelektrična) detekcija daje najveće razdvajanje, pa se i najviše primjenjuje u elektroničkim teodolitima. U tom slučaju stakleni krugovi imaju radijalne rastere jednakih svijetlih i tamnih polja. Moguće je proizvesti rastere i sa 200 crtica/mm. Osnovni princip optičke detekcije inkrementalnog limba prikazan je na sl.5.10. Nalazi li se iznad pruge s rasterom luminiscentna dioda, prilikom zakretanja kruga u fotodiodi nastaje periodični električni signal. Očitanje i registracija kutova elektroničkog teodolita Kern E 2 Stakleni krug ima radijalni raster s 20000 svijetlih i tamnih polja inkremenata duljine 0,2 mm i širine 5,5 μm. Jedan element odnosno inkrement naziva se konstantom rastera, a ima linearnu veličinu 11 μm, odnosno ugaonu vrijednost 0,02 gon. Isječak od 200 inkremenata preslikava se optičkim sistemom (sl.5.11) na dijametralnu stranu limba uz



42

mjerilo preslikavanja 1,005 što će na 200 inkremenata dati razliku upravo konstante rastera.

Slika 5.11 Optička šema preslikavanja dijametralnih mjesta limba na fotodiode kod teodolita Kern E2

1- pentagonalna prizma 5- krug s rasterom 2- objektiv 6- luminiscentna dioda 3- fotodioda 7- prvo mjesto limba 4- drugo mjesto limba (dijametralno) Time na duljini 2 mm (200 x 11 μm) dolazi do pojave tzv. Moireove figure s jednom periodom postepene varijacije svjetlo-tama, a to odgovara ugaonoj vrijednosti 0,02 gon. Ta se figura posebnim objektivom preslikava na plohu četiri fotodiode uz mjerilo preslikavanja 2, što daje duljinu 4 mm, dakle priličan razmak za daljnju interpolaciju radi finog mjerenja. Kako optički sistem preslikava tako da slike dijametralnih podjela kruga teku u suprotnom smjeru pri okretanju alhidade za polovinu konstante rastera, u kutnoj vrijednosti 0,01 gon, na fotodiodama u suprotnom smjeru protječe jedna perioda Moireove figure, što će omogućiti brojanje kutnih intervala 0,01 gon. Pri čitavom okretu kruga dobit ćemo 40000 Moireovih perioda. Preslikavanjem isječka od 200 elemenata podjele na dijametralnu stranu u znatnoj mjeri se eliminira pogreška izvedbe rastera, kao i utjecaj ekscentričnosti limba. Fino mjerenje obavlja se statički, dakle kada alhidada miruje.

5.2.2.3 Dinamički postupak Pri već opisanome inkrementalnom postupku imali smo dinamičko mjerenje kuta na osnovi registracije impulsa prilikom zakretanja alhidade, no fino mjerenje obavljeno je statički. Dinamički postupak koji će se opisati ima svoje posebne specifičnosti. Grubo i fino mjerenje obavit će se prilikom rotacije.



43

Dinamički postupak opisat će se prikazom sistema detekcije ugla elektronskog teodolita Theomat Wild T 2000. Očitanje i registracija kutova elektroničkog teodolita Wild T 2000 Horizontalni i vertikalni limb jednako su građeni kao inkrementalni limbovi s rasterom promjera samo 52 mm. Raster ima ukupno 1024 ekvidistantna svijetla i tamna polja - inkremenata. Sistem za detekciju sastoji se od luminiscentne diode, koja emitira infracrvenu svjetlost i prijemne fotodiode na koju se svjetlost projicira. Jedan detektor (Ls), čvrsto povezan s nepomičnim dijelom teodolita, reprezentira nulti smjer „orijentacije“ limba (pri mjerenju vertikalnog kuta ima smjer prema zenitu). Drugi detektor (LR) okreće se zajedno s alhidadom, odnosno durbinom (sl.5.12). Ls i LR zatvaraju kut φ koji se mjeri dinamičkim postupkom - tj. rotacijom kruga, te se u apsolutnom digitalnom iznosu (s obzirom na nulti smjer) može očitati na pokazivaču. Stoga i u ovom slučaju govorimo o obliku apsolutnog postupka mjerenja ugla. Nakon okretanja alhidade, odnosno durbina, mjerenje ugla započinje na osnovu posebno uključene rotacije inkrementalnih limbova. Za tu svrhu ugrađen je motor koji se stavlja u pogon i koji posredstvom prijenosnih remena dovodi krugove u rotaciju određenog broja okretaja u sekundi. Ta brzina je konstantna i njome je određena perioda prolaza jednog inkrementa T, (330 μs). Krug rotira brzinom približno 3 okretaja u sekundi. Za vrijeme jednog okretaja kruga obavit će se grubo i fino mjerenje obaju krugova.

Slika 5.12 Šema dinamičke detekcije ugla teodolita Wild T2 Ako je ugaona vrijednost jednog inkrementa φ0, iznos mjerenog ugla biće:

φ= n * φ0+ Δφ, gdje je n – br. inkremenata između LS i LR Δφ – ugaona fazna razlika



44

5.2.3 Kompenzatori elektroničkih teodolita U svim elektroničkim teodolitima ugrađeni su kompenzatori vertikalnog kruga. Ti kompenzatori i njihova funkcija prikazani su u optičkih teodolita i potpuno jednaku ulogu imaju i pri digitalnom čitanju u elektroničkih teodolita. No, primjena mikroračunala u elektroničkih teodolita omogućuje i znatno kompleksniju primjenu kompenzatora, a to je automatska korekcija, ne samo vertikalnog kuta, već i horizontalnog pravca zbog nagiba vertikalne osi. Radi toga kompenzacijski element je samo dio elektronskog sistema sa senzorom, odnosno pozicijskim detektorom, kojim se mjere dvije karakteristične komponente nagiba vertikalne osi - u smjeru vizurne ravnine (za kompenzaciju vertikalnog kuta) i u smjeru horizontalne osi teodolita (za kompenzaciju horizontalnog kuta). Zbog toga je i naziv tih kompenzatora - dvoosni kompenzatori. Jedan od prvih instrumenata s takvom automatskom kompenzacijom utjecaja nagiba vertikalne osi bio je elektronički tahimetar HP Total Station 3820 A (1977). Kompenzacijski element je površina žive prekrivena silikonskim uljem, zatvorena u posudici pomoću planparalelne ploče. Još 1923. H. Wild je upotrijebio živin horizont za konstrukciju nivelira s automatskim horizontiranjem, što nije praktično uspjelo, no razvoj suvremene tehnologije riješio je neke nedostatke primjene živinog horizonta, a primjenom fotoelektričke detekcije i računara omogućio je konstruktorima tvornice Hewlett-Packard realizaciju te davne zamisli u elektroničkom instrumentu. Svjetlost luminiscentne diode (LED) koncentrira se pomoću kondenzora na zaslon s markom - prorezom oblika sinusoide (sl. 5.12). Objektiv je sastavljen od pozitivnog i negativnog člana. Tako objektiv refleksijom zraka na ravnom ogledalu (horizontalnoj plohi kompenzatora) stvara sliku marke na detektoru sa četiri fotodiode. Odstupanje od vertikale moguće je mjeriti digitalno sa točnošću do 0,1 mgon i očitati na pokazivaču.



45

Slika 5.12 Kompenzator HP 3820 A 1- luminiscentna dioda 5- silikonsko ulje 2- kondenzor 6- živa 3- zaslon s markom- prorezom 7- planparalelna ploča

4- senzori

Područje kompenzacije je ograničeno na 0,045 gon, a pri prijelazu tog područja uključuje se svjetlosni signal. Elektronski računar računa korekcije i automatski koriguje zenitni i horizontalni ugao i time eliminiše utjecaj nagiba vertikalne osi u području kompenzacije.

Slika 5.13 Kompenzator Kern E2 1- objektiv 3- pozicijski detektor 2- luminiscentna dioda 4- pentagonske prizme

Kod elektronskog teodolita Kern E2 tačkasti svjetlosni izvor luminiscentne diode 2 preslikava se pomoću optičkog sistema 1, 5, 4 na plohu fotodiode 3 sa četiri elektrode,



46

koja djeluje kao dvodimenzionalni pozicijski detektor (sl.5.13). U tok preslikavanja uključen je i kompenzator 6 na osnovu totalne refleksije zraka svjetlosti na površini tekućine. Slika tačkastog izvora na plohi detektora prouzrokuje u elektrodama fotostruju, čija jakost omogućuje da se odredi položaja slike tačke u odnosu na referentnu točku - nultačku kompenzatora. Nultačka kompenzatora odgovara mjestu preslikavanja tačke pri vertikalnom položaju glavne osi, a svaki će se nagib osi djelovanjem kompenzatora registrirati kao otklon slike tačke na plohi detektora, koji je određen s dvije koordinate. Jedna koordinata je mjera za nagib vertikalne osi u smjeru vizurne ravnine, a druga u smjeru horizontalne osi. Mikroračunar računa komponentu nagiba vertikalne osi u smjeru viziranja iv i korekciju mjerenog zenitnog kuta po formuli: z = z' + iv, te komponentu nagiba u smjeru horizontalne osi iH i računa korekciju mjerenog horizontalnog pravca po formuli: H=H′+ iH ctg z. Kod nekih elektronskih teodolita ugrađeni su kompenzatori na njihala, gdje se svaki pomak njihala pri nagibu vertikalne osi detektira pomoču elektronskog sistema. Jedan broj elektronskih teodolita imao je kompenzatore sa tekučinom, kao npr. Wild T 2000.

5.2.4 Automatska registracija podataka mjerenja Najznačakniji korak u racionalizaciji geodetskih mjerenja bio je prijelaz na automatsku registraciju podataka, koji je ostvaren kod elektronskih teodolita pomoću posebnih modula za memorisanje. Pri razvoju automatske registracije podataka osnovni su ciljevi bili da se opažač rastereti od prijenosa ili zapisivanja podataka, da se postupak pojednostavi i ubrza, te što je najvažnije, da se registrirani podaci mogu dalje obrađivati kompjuterski. Rješenje se dobilo razvojem modularnih geodetskih sistema, koji se sastoje od niza komponenata koje zajedno čine hardware. Za obradu podataka služi i programska podrška- software paketi. Modulirani geodetski sistemi su, dakle, cjeloviti sistemi za mjerenje, registriranje, sređivanje mjernih i drugih podataka, računanje, čuvanje podataka i kartiranje, odnosno ispis podataka u digitalnom obliku. Osnovne hardware-ske komponente su mu: elektronski instrumenti, elektronski zapisnik, odnosno elektronski terenski registrator i računalo, kasete za memoriju i prijenos podataka, računar, diskete, pisač, automatski crtač (sl.5.14).



47

Slika 5.14 Prikaz jednog moduliranog geodetskog sistema Magnetne trake Registracija podataka mjerenja može se izvršiti na magnetnu traku, koja se stavlja u poseban dodatak instrumentu. Nakon mjerenja podaci sa trake se mogu čitati pomoču posebnog čitača ili priključiti na kompjuter u cilju automatske obrade podataka (sl 5.14).

Slika 5.14 Registracija i obrada podataka pomoću magnetne trake



48

Terenski registratori Registratori se putem kabla mogu direktno povezati sa instrumentom sa automatskom registracijom (sl.5.15). Kada rade u tom modu, mjerni podaci se automatski pohranjuju u memoriju registratora. Opšte podatke kao što su datum, atmosferski uslovi, broj instrumenta i sl. operator unosi ručno pomoću tastature registratora. Registratori pohranjuju podatke u binarnom ili ASCII formatu. Večina registratora omogućuje da se upisani podaci mogu tražiti, mijenjati ili brisati još na terenu. Neki registratori mogu raditi i kao tzv. elektonski zapisnici. U tom modu uređaj nije povezan sa instrumentom pa se rezultati mjerenja unose ručno preko tastature. Za registraciju podataka mogu poslužiti i neki programibilni kalkulatori, tako da je memorirane podatke moguće odmah obrađivati. Najsofisticiraniji među njima imaju ekrane na kojima se može prikazati grafika. Informacije pohranjene u datotekama registratora potrebno je prebaciti na kompjuter, radi dalje obrade.U ovisnosti od raspoložive opreme mogu se koristiti različite procedure za prenos podataka:

- transfer podataka preko telefonske linije uz upotrebu modema (posebno pogodno akosu radilište i kancelarija dosta udaljeni),

- direktni prenos podataka sa registratora na kompjuter preko RS-232 interfejsa, - prebacivanje podataka sa registratora na diskete.

Slika 5.15 Terenski registrator



49

REC modul REC modul je memorijski čip koji se odlikuje malim dimenzijama i masom. Za razliku od terminala koji se za instrument vežu posebnim kablom, modul se ulaže u predviđeno kućište na samom instrumentu (sl.5.16). Dodir sa mjernim sistemom ostvaruje se automatski, bez ikakvog dodatnog povezivanja. Registrirani podaci ostaju memorisani i nakon prekida veze sa mjernim sistemom, što znači i nakon vađenja modula iz kućišta. Kapaciteti memorije REC modula su obično 64 ili 128 kB. Veza modula i računara ostvaruje se pomoću uređaja za čitanje. Čitač omogućuje da se podaci prenesu na kompjuter, štampač ili drugi REC modul. Slika 5.16 REC modul Interna memorija instrumenta Kod nekih instrumenata podaci mjerenja se pohranjuju direktno u internu memoriju mikrokompjutera instrumenta. Prenos podataka sa instrumenta na kompjuter (i obratno) vrši se direktnom vezom preko RS-232 serijskog interfejsa (sl.5.17). Prenos po-dataka se može izvršiti i na terenu, ako se raspolaže prenosnim računarom (lap-top).

Slika 5.17 Prijenos podataka sa interne memorije instrumenta



50

Memorijske kartice Memorijske kartice (PCMCIA) se kao i REC moduli ulažu u kućište na instrument (sl. 5.18). Imaju veliki kapacitet memorije koji iznosi od 0.5 MB do 85 MB pa i više (npr. na karticu sa 1 MB memorije mogu se upisati podaci za oko 10000 snimljenih tačaka). Go-tovo svi moderni instrumenti koriste PCMCIA kartice

Slika 5.18 Prijenos podataka pomoću memorijske kartice

5.2.5 Pregled elektronskih teodolita Elektronske teodolite danas na gradilištima i za preciznegeodetske radove sve više zamjenjuju elektronski tahimetri. Međutim, još uvijek se u proizvodnji mogu naći modeli namijenjeni za potrebe iskolčenja raznih objekata na gradilištima i druge slične radove. Prikaz pojedinih modela dat je na slici 5.19 i njihovih osnovnih tehničkih karakteristika u tabeli 5.1.



51

Tabela 5.1 Prikaz tehničkih karakteristika pojedinih elektronskih teodolita Model TM5100A

Leica DT210 Sokkia

DT-205 Topcon

DT202C (L) Foif

Povećanje durbina 32x 30x 30x 30x

Podatak očitanja limba 0.1” 1” 1”/5” 1˝/5˝

Tačnost mjerenja uglova 0.5" (ISO 17123-3) 2" (ISO 17123-3) 5" (ISO 17123-3) 2˝ (DIN 18723)

Tačnost kompen-zatora ±0.3” ±1”

±3′ (samo verti-kalni kompenza-tor)

3′

Automatska korekcija instrument. grešak

DA DA DA-indeks očitanja V limba

DA

Registrator PCMCIA kartica + RS232 eksterni DA, preko RC-

232C interfejsa RS- 232C

Automatska obrada mjerenih podataka

DA DA uz eksterni računar-registrator

DA, uz eksterni računar-registrator

DA, uz eksterni računar

Primjena Oskultacije, precizni geod. rad., triangulacija višeg reda

Kontrolna mjerenja, triangulacija 3. i 4. reda

Građevinski radovi, poligonometrija

Kontrolna mjerenja, triangulacija 3. i 4. reda

Masa instrumenta 7.3 kg 4.7 kg 4.1 kg 4.8 kg

a) b) c) d)

Slika 5.19 a) Topkon DT205, b) Foif DT202C (L), c) Leica TM5100A, d) Sokkia DT210



52

6. Daljinomjri Mjerenje dužina pripada najvažnijem području geodetskih mjerenja. Potreba za mjerenjem udaljenosti između tačaka u vrlo širokom rasponu od vrlo kratkih dužina sve do dužina od 100 km i više, često i s vrlo visokom tačnošču, uslovilo je razvoj instrumenata i uređaja. Najjednostavniji i najstariji način mjerenja dužina je mehaničkim putem. Ono je primjenjivano otkako čovjek mjeri, u početku primitivnim načinom i sredstvima, a poslije i vrlo preciznim uređajima. Primjenom vrpca, žica ili letava određene dužine mjeri se dužina postepenim nizanjem uz prijenos mjernog elementa duž mjerene dužine. Pri ovoj metodi nužna je konstantnost mjernog elementa, koja je ovisna o temperaturi. Mjernim vrpcama postižu se relativne pogreške od 10-3 do 10-4. Najviša tačnost mehaničkim mjerenjem postiže se primjenom invarnih žica kod mjerenja baze do udaljenosti od 24 km, sa srednjom pogreškom od ±0.3 do ±0.5 mm/km. Pri ovom načinu mjerenja nailazimo na probleme zbog konfiguracije terena, zaraščenosti, močvarnih površina, vodotoka i sl. Optičko mjerenje dužina u velikoj mjeri uklanja ove nedostatke. To je mjerenje dužina primjenom optičkih daljinomjera, uređaja zasnovanih na primjeni interferencije svjetlosti. Nedostatak ovih instrumenata je kratak doseg i uticaj atmosfere na tačnost mjerenja. Optički daljinomjeri imaju jednostavnu konstrukciju, ali im je tačnost ograničena. Optičkim mjerenjem dužina postignute su relativne pogreške od 10-3 do 10-4 ( 1- 10 cm/100 m). Treći način mjerenja dužina je elektronskim daljinomjerima, koji za mjerenje dužina upotrebljavaju elektromagnetne valove. Dužina se određuje mjerenjem vremena koje je potrebno elektromagnetnom valu da pređe dvostruku udaljenost. Mjerenjem dužine na ovaj način ima znatno veći doseg i dosta je brzo. Elektronički daljinomjeri daju relativnu pogrešku od 10-4 do 10-6, ali sama nesigurnost temperature od 1˚C može prouzrokovati relativne pogreške od 10-6. Specijalnim konstrukcijama moguće je postići relativne pogreške od 10-7 i bolje.

6.1 Optički daljinomjeri Razvoj optičkih daljinomjera započinje još prije 300 godina, kada je Montanari (1674) upotrijebio uređaj s nitima za mjerenje udaljenosti. Princip mjerenja dužina optičkim daljinomjerom zasnovan je na rješavanju trokuta u kojem je jedna stranica poznata ili mjerena (b), a poznata su ili mjerena i dva ugla. Taj trokut naziva se daljinomjernim ili paralaktičkim trokutom. Dužinu d izračunavamo iz trigonometrijske formule:



53

d =b sinβ/sinα Vrh paralaktičkog ugla može biti na samom stajalištu instrumenta, tj. na početnoj tački dužine, ili na cilju, tj. na krajnjoj tački mjerene dužine. Prema tome, optičke daljinomjere dijelimo u dvije grupe:

- Daljinomjeri sa bazom na cilju: 1) daljinomjeri sa promjenjivom bazom na cilju uz konstantan paralaktički ugao i 2) daljinomjeri sa konstantnom bazom na cilju

- Daljinomjeri sa bazom na stajalištu

6.1.1 Daljinomjeri sa bazom na cilju Kao baza služi mjerna letva koja se postavlja na cilj u horizontalnom ili vertikalnom položaju, zavisno od konstrukcije daljinomjera. Vertikalna mjerna letva se više upotrebljava, jer se postavlja brzo i jednostavno na samu tačku do koje mjerimo dužinu, dok se horizontalna letva mora postavljati na stativ. Horizontalna baza na cilju upotrebljavala se za tačnija mjerenja dužina. Daljinomjeri sa promjenjivom bazom na cilju Prema načinu optičkog formiranja baze ove optičke daljinomjere dijelimo na:

- Daljinomjere sa nitima koje mogu imati konstantan razmak ili promjenjiv. Kod daljinomjera sa konstantnim razmakom niti mjeri se kosa dužina. U slučaju promjenjivog razmaka niti, postignuta je djelomična automatizacija mjerenja dužina, jer se očitanjem odsječka na mjernoj letvi direktno mjeri reducirana dužina. Ovakvi daljinomjeri su se nazivali autoredukcionim daljinomjerima.

- Daljinomjere sa dvostrukim slikama koji mjere dužinu na osnovu razmaka pomaknute od nepomaknute direktne slike. Pomaknuta slika dobiva se optičkim djelovanjem posebnog optičkog elementa, najčešće optičkog klina, koji se stavlja ispred objektiva durbina. Gledajući kroz durbin vidimo dvije slike mjerne letve (koristi se horizontalna letva) pomaknute u horizontalnom smjeru. Veličina pomaka slike daje bazu u paralaktičkom trokutu. Ovim načinom mjeri se kosa dužina, pa je potrebno izmjeriti i vertikalni ugao za redukciju. Daljinomjeri koji imaju Boškovićev klin su autoredukcioni.

Daljinomjeri sa konstantnom bazom na cilju Konstantna baza na cilju ostvarena je pomoću letve sa markama na određenom razmaku. Letva se postavlja horizontalno i okomito na dužinu, što povećava tačnost i smanjuje uticaj atmosfere na mjerenje.



54

Za određivanje dužine pomoću konstantne baze na cilju potrebno je mjeriti paralaktički ugao. Paralaktički ugao mjeri se teodolitom. Kao konstantna baza koristila se bazisna letva sa vizurnim markama na razmaku od 1 ili 2 m. Paralaktički ugao dobiva se kao razlika očitanja horizontalnog limba teodolita pri viziranju na lijevu i desnu markicu bazisne letve.

6.1.2 Daljinomjeri sa bazom na stajalištu Kod ovih daljinomjera baza paralaktičkog ugla je konstruktivni dio samog instrumenta postavljenog na početnoj tački dužine. Baza je postavljena horizontalno i može biti konstantna ili promjenjiva, a vrh trougla se nalazi na tački cilja. Daljinomjeri sa konstantnom bazom na stajalištu Ovi daljinomjeri imaju znatno manju tačnost mjerenja od daljinomjera sa bazom na cilju, ali mogu se mjeriti dosta veće dužine. Zbog male tačnosti, ovi daljinomjeri se nisu upotrebljavali u geodetskim radovima. Ovdje spadaju monokularni daljinomjeri, koji su sastavljeni od dva durbina na određenom razmaku, koji predstavlja paralaktičku bazu, i stereoskopski daljinomjeri, koji mjere udaljenost na principu stereoskopskog efekta, a primijenjena su dva okulara. Daljinomjeri sa promjenjivom bazom Ovakav daljinomjer proizvela je firma Zeiss Jana pod nazivom Teletop. Mjerno područje je od 2 do 600 m uz primjenu odgovarajućih klinova. Teletop mjeri kose dužine , pa je neophodan redukcija. Instrument predstavlja jednu vrstu tahimetra zbog mogućnosti mjerenja horizontalnih uglova, međutim zbog male tačnosti nije upotrebljavan za geodetska mjerenja.

6.2 Elektronski daljinomjeri – razvoj

Razvoj elektrooptičkih daljinomjera počeo je tridesetih godina 20. stoljeća. 1949. godine konstruiran je prvi elektronski daljinomjer, pogodan za mjerenje dužina u geodetske svrhe. Razvio ga je švedski geodet Bergstrand. Geodimetar, kako ga je nazvao, koristio je vidljivu svjetlost. Djelovao je na faznom principu mjerenja (pogledaj poglavlje 1.4.3). Mogao se upotrebljavati samo u mraku i tami, a domet mu je bio do 40 km. Zbog svoje veličine po terenu se prevozio vlakom. Daljnji razvoj omogućio je izradu prvog mikrovalnog daljinomjera, koji je 1956.g. dosegao geodetsku točnost. Izumitelj instrumenta Tellurometra je Englez Wadly. Instrument je radio na faznom principu, a njegov domet je bio oko 80 km. Mjerenje se moglo vršiti i po danu. Pojavom prvih elektronskih daljinomjera mjerenje dužina je postalo brže, ekonomičnije i djelotvornije. Što se dogodilo u pedeset godina razvoja? Nabrojimo samo najvažnija poboljšanja:



55

- Bitno se smanjila težina i veličina instrumenta. - Povećao se domet, u prvom redu kod elektrooptičkih daljinomjera. - Klasični terestrički mikrovalni daljinomjeri se više ne proizvode. Mjerenje dužina

uz pomoć mikrovalova se upotrebljava prvenstveno u GPS sistemu. - Povećala se točnost daljinomjera. Slika 6.1 prikazuje kakvu točnost su

zadovoljavali elektronski daljinomjeri od šezdesetih godina po do danas; posebno su navedeni precizni elektrooptički daljinomjeri. Iz grafikona je vidljivo koliko je važno kalibriranje elektronskih daljinomjera. Danas se na tržištu pojavljuju instrumenti koji ispunjavaju uvjet da ovise još samo od kvalitete određivanja gustoće atmosfere kroz koju se širi svjetlosni zrak u trenutku mjerenja.

Slika 6.1 Povećanje tačnosti elktronskih daljinomjera na 300 m

- Neki prototipovi daljinomjera su radili po principu dvobojne metode (dvofrekventne ili dvovalne metode) mjerenja dužina. Ta metoda omogućava indirektno određivanja gustine atmosfere odnosno meteorološke popravke izmjerene dužine. Takvi instrumenti, radi visoke cijene, nisu još komercijalno zanimljivi.

- Provodi se impulsni način mjerenja, koji je prvi omogućio mjerenje dužina do prirodnih i umjetnih objekata bez signalizirane ciljne točke. Na takav način možemo mjeriti kratke dužine, a da je zadovoljena geodetska točnost. Neki daljinomjeri omogućavaju tzv. dinamičko mjerenje dužina. Za kratko vrijeme instrument izvede vrlo velik broj mjerenja - pa i do 60 mjerenja u sekundi. Sve izmjerene vrijednosti se čuvaju u memoriji. Ovakav način nam omogućava rješavanje specifičnih zadataka u inženjerskoj geodeziji.

- Elektronski daljinomjeri se kombiniraju s elektronskim teodolitima. Rezultat su elektronski tahimetri, kompleksni geodetski instrumenti za brzo i djelotvorno



56

prikupljanje mjerenih podataka. Elektronski tahimetar je instrument klasične terestričke geodezije.

6.2.1 Princip mjerenja kod elektronskih daljinomjera

Osnovni princip mjerenja dužina elektronskim daljinomjerom je određivanje dužina na principu mjerenja vremena za koje elektromagnetni valovi pređu udaljenost između početne i krajnje tačke. Na jednu krajnju tačku postavi se instrument, a na drugu reflektor ( pasivni reflektor ), koji predstavlja dodatni pribor pri mjerenju. Instrument je izvor elektromagnetnog vala. Instrument se usmjeri prema reflektoru, tako da valovi emitirani iz instrumenta padaju na prizmu reflektora odbijaju se i vračaju nazad ka instrumentu. Iz ovoga je jasno da valovi dva puta pređu mjerenu dužinu i padaju na prijemnu optiku instrumenta. Pretpostavimo da poznajemo trenutak kad valovi napuste instrument i trenutak kad se isti valovi ponovno vrate u instrument. Vrijeme putovanja valova na osnovu kojeg se izračuna dužina, jednako je razlici dva trenutka: Δt = tM -tR, gdje je: tR ... trenutak emitiranja signala, tM ... trenutak prijema signala. Kako se u homogenom okruženju elektromagnetski valovi šire konstantnom brzinom, dužinu između točaka A i B izračunavamo po jednadžbi: D = cΔt/2 gdje je: D ... dužina između točaka, c ... brzina elektromagnetskog vala, Δt... vrijeme koje je potrebno valu da dvaput prijeđe mjerenu dužinu. U principu jednostavan, taj je način mjerenja u konstruktivnim rješenjima i tehničkoj izvedbi vrlo složen. Iz jednadžbe vidimo da moramo točno poznavati dvije veličine, brzinu vala c i vrijeme Δt. Na generalnoj konferenciji Međunarodnog udruženja za geodeziju i geofiziku (IUGG) 1957.g. je usvojena vrijednost brzine svjetlosti na osnovu mjerenja u vakuumu, Co = (299792.5 ± 0.4) km/s. Kasnije je na osnovu dodatnih mjerenja povećanom točnošću pri posebnim uvjetima preporučena vrijednost co = 299792458 * (1±4*109) m/s za konstantu brzine svjetlosti u vakuumu. Ostao je problem najtočnijeg određivanja vrijednosti



57

ostatka. Problem je riješen novom definicijom jedinice za dužinu, koja je definirana na osnovu brzine svjetlosti. Definicija je prihvaćena 1983.g. i glasi: Jedan metar je dužina puta koji prede elektromagnetski val u vakuumu za 1/299792458 s. Potrebno je još preciznije odrediti točno vrijeme Δt. Neophodna je velika tačnost radi vrlo velike brzine elektromagnetskog vala. Val u vrlo kratkom vremenu pređe ogromnu udaljenost. Greška mjerenja vremena se direktno odražava u greški izmjerene dužine. Vremenski interval Δt se zato ne mjeri direktno. Danas koristimo prvenstveno elektrooptičke daljinomjere za terestrička mjerenja, koji koriste vidljivu i infracrvenu svjetlost. Ti instrumenti neposredno ili posredno određuju vrijeme Δt (6.2). Svjetlost u instrumentu je izvor visokofrekventnog elektromagnetskog vala. Svjetlosni zrak, u odnosu na način mjerenja, pogodno se preoblikuje i putem emitirajuće optike usmjeri ka reflektoru. Povratnom zraku (mjernom signalu), koji se vrati natrag u instrument zbog divergencije i apsorpcije svjetlosti u atmosferi jačina svjetlosti je jako oslabljena. Na foto detektoru mjerni signal se promijeni u električni signal, koji se ojača i potom upoređuje s referentnim signalom. Kao rezultat dobivamo vrijednost mjerene dužine.

Slika 6.2 Konstrukcija elektrooptičkog daljinomjera

6.2.2 Podjela daljinomjera sa obzirom na talasnu dužinu korištenog elektromagnetnog talasa

Rekli smo da elektronski daljinomjeri koriste elektromagnetne talase za mjerenje dužine između dvije tačke. Pri tome razlikujemo dvije vrste daljinomjera: oni koji koriste



58

mikrotalase - mikrotalasni daljinomjeri i oni koji koriste vidljivi dio spektra elektromagnetnog talasa - elektrooptički daljinomjeri. Mikrotalasni daljinomjeri su osjetljivi na promjene uslova u atmosferi, kroz koju se talas širi. Radi veće talasne dužine postoji mogućnost da se pojave veća odstupanja od pravolinijskog širenja talasa, uslijed čega se talas odbija od obližnjih objekata ili terena. Tako dobivamo lažne signale, koji kvare točnost mjerenja. Mikrotalasni daljinomjeri su vrlo osjetljivi na promjenu vlažnosti zraka, ali imaju prednost da nisu vezani za vidljivost (dogledanje). Znači, možemo mjeriti kroz oblake, maglu i slično. Pri mjerenju velikih dužina, radi raspršenosti snopa, na reflektor ne padne dovoljna količina valova, pa se kod ovih daljinomjera koriste aktivni reflektori. Oni djeluju tako, da zrak najprije pojačaju, a potom ga vrate prema instrumentu. Elektrooptički daljinomjeri imaju manju talasnu dužinu i nemaju takvo raspršivanje snopa, pa kod mjerenja elektrooptičkim daljinomjerima koristimo pasivne reflektore. Kod elektrooptičkih daljinomjera važno je ostvariti dogledanje. Imaju smanjen domet mjerenja uslijed veće apsorpcije i rasipanja svjetlosti u atmosferi. Danas se u geodeziji za mjerenje dužina koriste prvenstveno elektrooptički svjetlosni daljinomjeri.

6.2.3 Podjela daljinomjera zavisno od načina mjerenja vremena

Već smo naveli da za određivanje dužine između dvije tačke moramo poznavati dvije veličine: brzinu elektromagnetnog talasa c i vremenski period Δt. Brzinu elektromagnetnih talasa smo definisali, a vremenski period Δt, koji je mala veličina, moramo odrediti sa visokom tačnošću. Javlja se i problem određivanja trenutka kad instrument emitira signal, kao i trenutka kad ga primi natrag. Tehnički je to riješeno na taj način da se mjerenje uradi dva puta, jednom s mjernim signalom koji putuje do cilja i nazad, a drugi put s referentnim signalom koji putuje unutar instrumenta. Različita tehnička rješenja omogućavaju različite načine mjerenja dužina. Poznat nam je impulsni, interferometrijski i fazni način mjerenja. Dakle, elektrooptičke daljinomjere prema načinu mjerenja dijelimo u tri grupe:

- impulsni daljinomjeri, - interferometrijski daljinomjeri, - fazni daljinomjeri.

6.2.3.1 Impulsni način mjerenja - impulsni daljinomjeri



59

Impulsni daljinomjeri su dobili ime po obliku svjetlosnog zraka pomoću kojeg mjerimo dužinu. Svjetlost u instrumentu stvara svjetlosni val u obliku svjetlosnih impulsa. Svjetlosni impuls je kratak svjetlosni titraj pravokutnog ili trokutastog oblika. Vrijeme trajanja impulsa približno je 10 ns, što znači da je njegova dužina približno 3 m. Osnovni princip mjerenja impulsnim daljinomjerima je najjednostavniji od svih načina mjerenja. Temelji se na direktnom mjerenju vremena za koje svjetlosni impuls prijeđe udaljenost od daljinomjera do reflektora i nazad. Svjetlosni impuls prijeđe dva puta mjerenu dužinu za vrijeme Δt. Instrument direktno izmjeri to vrijeme. Kako poznajemo brzinu svjetlosti, računanje dužine je jednostavno. D= cΔt/2 Vrijeme putovanja impulsa je vrlo kratko, a njegovu vrijednost potrebno je odrediti vrlo točno. Tačnost sa kojom je potrebno izmjeriti vrijeme možemo izračunati preko sljedećeg izraza: σΔt = 2/c* σD, jer je Δt = 2D/c Zahtijevana točnost određivanja vremena ne ovisi od veličine dužine, nego samo od točnosti kojom želimo odrediti dužinu. U slučaju kad želimo izmjeriti dužinu s točnošću od ±5 mm, točnost određivanja Δt mora biti ±0.033 ns. Komercijalna tehnologija dugo nije mogla omogućiti tako veliku točnost. Zbog nedovoljne točnosti mjerenja vremena, impulsni daljinomjeri nisu se dugo koristili za geodetska mjerenja. Tek devedesetih godina prošlog stoljeća su dobili na važnosti. Problem nedovoljne točnosti mjerenja vremena riješili su prvo u Fennel-u, a potom im se pridružio Wild. Izvor svjetlosti kod impulsnih daljinomjera je najčešće galium-arsenid (GaAs) laserska dioda, koja emitira infracrvenu svjetlost s približnom valnom dužinom od 860 nm. Emitirani i povratni impuls se uspoređuje s vremenskim signalom, koji kod dva proizvođača ima različitu frekvenciju (300 MHz ili 15 MHz). Kad instrument emitira svjetlosni impuls, dio impulsa se usmjeri ka reflektoru (mjerni signal), a dio ide preko pretvarača direktno do brojila ne napuštajući instrument (referentni signal). Referentni signal pokreće mjerenje vremena, a mjerni signal vraća se od reflektora do instrumenta i na brojilu zaustavi mjerenje vremena. Za mjerenje vremena Fennel je koristio digitalni način, a Wild analogno - digitalni. Dužinu je moguće odrediti na osnovu samo jednog odaslanog impulsa, ali radi povećanja tačnosti odašilje se slijed impulsa. Tačnost određivanja mjerenih dužina je nekoliko milimetara. Prednosti impulsnih daljinomjera u odnosu na interferometrijske i fazne su:

- impulsni daljinomjeri dosežu istu točnost kao i fazni, ali vrijeme mjerenja je kraće jer nema grubog mjerenja,

- mjerimo veće udaljenosti (do 15 km) - impulsni način omogućava jednolične rezultate izmjerenih dužina i visoku

točnost,



60

- imaju jednostavniju konstrukciju nego fazni elektrooptički daljinomjeri i lakši su, - radi jake svjetlosne jačine impulsa moguće je na kraćoj udaljenosti mjeriti bez

reflektora - otklanjaju neke sistematske greške, koje su značajne za fazne daljinomjere.

Nedostaci impulsnih daljinomjera:

- točnost se smanjuje kad mjerimo bez reflektora, - deformacija svjetlosnog impulsa uslijed atmosferskih utjecaja smanjuje točnost

mjerenja - neograničeno povećavanje jačine impulsa nije sigurno.

U priloženoj tabeli (6.1) dajemo pregled impulsnih daljinomjera sa glavnim tehničkim podacima. Na slici 6.3 predstavljen je jedan od daljinomjera, čije su karakteristike navedene u tabeli 6.1. Tabela 6.1 Tehničke karakteristike nekih impulsnih daljinomjera Tehnički podaci

Daljinomjer

Geo-Fennel Pulsar

Leica Geosystems Wild Di 3000 S

Leica Geosystems WildDIOR 3002

Zeiss Eldi 10

Izvor svjetlosti laserska dioda laserska dioda laserska dioda laserska dioda Laserski impuls 0.905μm 0.860 μm 0.860 μm 0.905 μm Divergencija zraka 1 mrad ≈

1 m na 1km 2' 26" 0.75 m na 1km

7′13" 2.1 m na 1km

0.9 m na lkm

Mjerna frekvencija 15 MHz 15 MHz cca. 15 MHz Referentni no uvjeti p0

t0

20 ˚C

1.0002815 1013.25 hPa 12 ˚C

1.0002815 1013.25 hPa 12 °C

1.0002539 938 hPa 20 ˚C

Domet 8km / 1 prizma 10km / 2 prizme 100 m***

9km / 1 prizma 11km / 11 prizmi 19km / 11prizmi*

6km / 1 prizma 8km / 11prizmi 350 m***

6km / 1 prizma 10km / 3 prizme 16km / 19 prizmi

Trajanje mjerenja 0.2 - 1 s 0.8 - 3.5 s 0.8 - 3.5 s 0.5 - 2s Standardno odstupanje

5 mm ; 5 ppm 3 mm; 1ppm 10 mm; 1ppm**

3-5 mm; 1 ppm 5-10 mm***

5 mm ; 3 ppm

Masa 3.8 kg 1.7 kg 1.7 kg 1.5 kg Cijena**** [EUR] 5.500 12.600 15.000 7.000

* dobri uvjeti okoline, ** mjerenje tracking načinom, *** mjerenje bez reflektora, **** cijene su informativne; zanimljivo je pratiti odnos cijena između određenih instrumenata. Impulsni daljinomjeri za mjerenje velikih dužina bili su primijenjeni polovinom 20. vijeka. Radili su u području radiotalasa na principu radara. Mjerne su dužine između 60 i 800 km, a mjerna stanica nalazila se u avionu. To su bila vrlo skupa mjerenja koja su



61

bila ekonomski opravdana pri izmjeri velikih prostranstava i povezivanju geodetskih mreža kontinenata i udaljenih otoka, gdje je postignuta relativna tačnost mjerenja zbog velikih daljina zadovoljavala. Ovaj način mjerenja prestao se primjenjivati pojavom i razvojem određivanja pozicije tačaka na Zemlji pomoću vještačkih satelita. Primjena impulsnih daljinomjera za geodetska mjerenja kraćih udaljenosti započela je 1983. godine i do danas ima veliku primjenu.

Slika 6.3 Daljinomjer Geo-Fennel Pulsar

6.2.3.2 Interferometrijski daljinomjeri Interferometrijski daljinomjeri koriste fizikalnu pojavu interferentne svjetlosti, odakle dolazi i sam naziv daljinomjera. Ako udružimo dva koherentna svjetlosna zraka nastaje interferometrijska slika. Oblik interferometrijske slike ovisi od fazne razlike između zraka. Kad zraka titra u fazi, ona ojača i interferometrijska slika je dodana veličini amplitude zraka. Kako je njihova fazna razlika jednaka π, zraka oslabi i amplitude se međusobno oduzimaju, radi čega dolazi do gašenja svjetlosti. Zrake su koherentne, kad imaju jednaku frekvenciju, valnu dužinu i stalnu faznu razliku. Koherentnost zraka dobijemo s laserom kao izvorom svjetlosti i djeliteljem zraka. Najčešće se upotrebljava helij - neonski laser (He-Ne laser, λ = 0.632 //m). Djelitelj podjeli laserski zrak na referentni zrak, koji ima na fotodetektoru stalnu fazu, i na mjerni zrak, čija se faza mijenja s promjenom položaja mjerne prizme. Princip rada Michelson- ovog intreferometra objasnit ćemo ovako: Preko nepomične referentne prizme uski snop svjetlosti se podijeli, tako da se referentni zrak usmjeri prema fotodetektoru u instrumentu, a mjerni zrak nastavlja put ka mjernoj prizmi, odbija se od nju i vrača u suprotnom smjeru ka instrumentu. Povratne zrake sastaju se u prijemniku gdje interferiraju. Faza mjernog zraka zavisi od položaja mjerne prizme. Mjerenje je moguće, ako je omogućen kontinuiran pomak mjerne prizme duž mjerene dužine. Pomak mora biti takav da je referentna prizma uvijek na osi mjernog zraka. Između mjerenja ne smije doći do prekida zraka.



62

Na tačnost interferometrijskih daljinomjera utiču uslovi okoline. Relativna tačnost iznosi približno ±0.01 ppm kod dužina do 0.1 m, te ±0.5 ppm kod dužina do 50 m. Interferometrom se ne mjere veće dužine. Interferometrijsko mjerenje dužina je najtačnije mjerenje dužina. Nedostaci ovog načina mjerenja se ogledaju kroz:

- Postupak mjerenja je vrlo zahtjevan i potreban je skup instrumentarij - Mjerenje dužine je samo moguće ako je zadovoljen kontinuiran pomak mjerne

prizme od početne do ciljne tačke - Mjere se dužine do 50 m, pa ih koristimo za laboratorijska mjerenja i za tačna

mjerenja pomaka i deformacija

6.2.3.3 Fazni daljinomjeri Za geodetska mjerenja u dosadašnjem razvoju elektronskog mjerenja dužina primjenjivani su fazni načini mjerenja, zbog nemogućnosti direktnog mjerenja vremena. Pri faznom načinu mjerenja odabran je posredan način mjerenja vremenskog intervala na osnovu mjerenja fazne razlike odaslanog i primljenog signala. Svjetlosni izvor emitira kontinuirani tok svjetlosne energije, koja se vodi do modulatora. Modulator je elektronički sklop koji služi za modulaciju osnovnog ili prijenosnog talasa. Modulacija je udruživanje dva ili više talasa iste vrste. Udružena dva elektromagnetna talasa mogu se podudarati u fazi ili frekvenciji, ili imati oba elementa različita. Modulatorom se upravlja preko oscilatora. Pomoću oscilatora se ostvaruju modulacijske frekvencije i time mjerni signal za mjerenje dužine. Modulirani talas emitira se pomoću optičkog sistema duž mjerene dužine. Reflektira se na kraju dužine pomoću pasivnog reflektora, te se vrača instrumentu do prijemnika- optičkog sistema, fotodetektora, odnosno mjerača fazne razlike. Pretvaranjem optičkog signala u električni i upoređivanjem mjernog signala, koji je dva puta prešao mjerenu dužinu sa poredbenim signalom, koji dolazi sa istog oscilatora, nastaje na izlazu signal, kojem veličina ovisi o faznoj razlici ulaznih signala. Na osnovu poređenja razlike faza dva signala u mjeraču faze, dobivamo osnovnu informaciju o dužini. Cijeli postupak je složen, i nećemo ga detaljnije opisivati. U pogledu tačnosti fazne daljinomjere možemo podijeliti u dvije grupe:

- Prva grupa su daljinomjeri uobičajene tačnosti, gdje je standardno odstupanje dužina približno σD = ±(3 mm;2 ppm). Upotrebljavaju se za većinu geodetskih radova, sastavni su dio elektroničkih tahimetara. Izrađuju ih svi proizvođači elektronskih terestričkih geodetskih instrumenata.

- Druga grupa su precizni fazni daljinomjeri. Obično su to samostalni instrumenti koji osiguravaju tačnost od σD = ±(0.2 mm;0.2 ppm). Na tržištu možemo naći samo nekoliko predstavnika ove grupe. Ovi instrumenti su skupi. Njihova upotreba je nužna kod geodetskih radova visoke tačnosti.



63

Prednosti faznih daljinomjera

- Najbolje ispitan postupak mjerenja dužina elektrooptičkim daljinomjerima, - Instrumenti su prilično jeftini, - Mjerenje je neosjetljivo na kratkotrajno prekidanje signala, - Noviji fazni daljinomjeri omogućuju mjerenje kraćih dužina bez upotrebe

reflektora.

Nedostaci faznih daljinomjera - Dužina trajanja mjerenja, - Pojavljuju se specifične cikličke pogreške faze, - Veće dužine potrebno je mjeriti s više modulacijskih frekvencija, što može

smanjiti tačnost mjerenja, - U poređenju sa impulsnim daljinomjerima, faznim daljinomjerima je potrebna

složenija optika kao i djelotvorniji izvor električnog napona. U tabeli 6.2 i 6.3 dat je prikaz osnovnih karakteristika pojedinih faznih daljinomjera, a na slici 6.4 su predstavljeni neki od ovih modela. Tabela 6.2 Tehničke karakteristike nekih faznih daljinomjera Tehnički podaci

daljinomjer

Nikon DTM-550*

Nikon C-100*

PENTAX ATS101*

SOKKIA MM 100

SOKKIA SET 1000*

Izvor svjetlosti IC - dioda IC - dioda laser (3A) IC - dioda Nosivi val 0.850 μm 0.850 μm 0.815 μm 0.860 μm Divergencija zraka - - - 23 cm/ 100 m - Mjerna frekvencija 74.92 MHz / 2 m 14985520 Hz/10m 15 MHz - 29970884 Hz / 5 mReferentni uvjeti n0 po to

1013 hPa 20 0C

1013 hPa 20 oC

1013 hPa 15 °C

1.0002785 1013 hPa 15 oC

1.0002785 1013 hPa 15 oC

Domet 2.7km/ 1 prizma

0.7 km / 1prizma 1.0 km / 3prizme

2.6 km /1priz 3.0 km / 1 priz 100 m bez refl. (br)

2.7 km / 1 priz 120 m / folija (f)

Trajanje mjerenja do 3 s 4 s - cca. 4 s 4s Standardno odstup. σmm; σppm

2 mm ; 2 ppm

5 mm ;5 ppm

2 mm ; 2 ppm

3 mm ; 3 ppm 20 mm ; 3ppm (br)

2 mm ; 2 ppm 4 mm ;3 ppm (f)

Masa 5.5 kg 6.7 kg 7.0 kg 0.5 kg 5.6 kg Cijena **[EUR] 10.800* 5.000* 14.400* 7.100 15.500* *dijelovi elektronskih tahimetara (cijena za tahimetar) **cijene su informativne; zanimljiv je raspon cijena između pojedinih instrumenata



64

Tabela 6.3 Tehničke karakteristike nekih faznih daljinomjera daljinomjer Tehnički podaci

Leica Geosystems Wild Di 1001

Leica Geosystems Wild Di 2002

Kern Mekometar ME 5000 (najtačniji ser daljin.)

ZEISS ELTA S10 (tahimetar)

TOPCON GPT-1001 (tahimetar)

Izvor svjetlosti IC - dioda IC-dioda He-Ne laser laserska dioda IC - dioda

Nosivi val 0.850 μm 0.850 μm 0.6328 μm 0.850 μm 0.820 μm

Divergencija zraka 1.4' 0.4 m na 1 km

2.5' 0.7 m na 1 km

0.1 mrad ≈ 0.1m na 1 km

5' 1.5 m na km

2'53" 0.8 m na km

Mjerna frekvencija 50 MHz / 3 m 50 MHz / 3 m 475 MHz - 495 MHz 50 MHz / 3 m 30 MHz / 5 m Referentni no uvjeti po to

1.000282 1013.25 hPa 12˚C

1.0002818 1013.25 hPa 12˚C

1.00028451 1013.25 hPa 15 ˚C

1.0002818 1013.25 hPa 12˚C

1.0002797 1013.25 hPa 15 ˚C

Domet 0.8 km / 1prizma

2.5 km / 1 prizma 4 km/ 1 prizma 8 km/3 prizme

2.5 km /1prizma 3.5 km /3prizme

4.0 km/1prizma 100 m bez refl.

Trajanje mjerenja 1.5 s 1.5- 3 s 2 min Standardno odstup. σmm; σppm

5 mm ; 5 ppm 1 mm ; 1 ppm 5 mm ;1 ppm**

0.2 mm ; 0.2 ppm 1 mm ; 2 ppm 5 mm ; 2 ppm 10 mm bez refl.

Masa 0.5 kg 0.6 kg 11 kg 8.1 kg do 8.7 kg 5.9 kg Cijena* (EUR) 4.600 8.500 70.000

(više se ne proizvodi)15.000 11.500

* cijene su informativne; zanimljiv je raspon cijena između pojedinih instrumenata ** mjerenje „tracking“ načinom

Slika 6.4 lijevo - Nikon DTM-550, desno – Leica DI1001



65

7. Tahimetri U današnjoj eri elektronike, kompjutorske tehnike, komunikacijskog razvoja i uopće vrlo visokog tehnološkog napretka, mjerni instrumenti se izuzetno brzo razvijaju a s njima, dakako, i geodetski instrumenti. Od svih geodetskih instrumenata, teodolit je možda doživio najveće promjene u smislu integriranja suvremenih pomagala koja pri-likom mjerenja djelomice ili potpuno zamjenjuju mjeritelja ili mu u najmanju ruku znat-no olakšavaju njegov rad. Takva pomagala su na primjer: optički, a zatim i laserski visak, elektronska libela, kompenzator, elektronički daljinomjer, sistem za automatsko očitanje kutova, sistem za automatsko traženje i viziranje cilja, sistem za pohranjivanje mjerenih podataka na pogodan medij i si. Takav integrirani mjerni instrument nazivamo totalna mjerna stanica. Tahimetri su instrumenti kojima se neposredno mjere horizontalni i vertikalni uglovi, kao i dužine za svrhu određivanja položaja novih detaljnih tačaka. Kod većine tahimetara visinska se razlika tačaka mjeri ili računa direktnim postupkom. Iz same definicije tahimetra vidimo da se on sastoji iz dvije osnovne jedinice: jedinica za mjerenje uglova- teodolit i jedinica za mjerenje dužina- daljinomjer. Postoje razne vrste konstrukcija tahimetara, koje se mogu formirati na osnovu raznih vrsta konstrukcija teodolita i daljinomjera. Ako je daljinomjerna jedinica elektronska, tahimetar nazivamo elektronskim, jer daljinomjerna jedinica daje osnovne karakteristike daljinomjeru. Prema tome, razlikujemo dvije osnovne grupe daljinomjera:

- Optički daljinomjeri - Elektronički daljinomjeri

7.1 Optički tahimetri Optički tahimetri građeni su na osnovu optičkog teodolita i optičkog daljinomjera. Najjednostavniji optički tahimetar je optički teodolit, koji na nitnom križu durbina ima daljinomjerne crtice. Ovaj instrument daje najmanju tačnost i neophodno je izvršiti redukcije dužina i izračunati visinsku razliku. Dugo godina, sve do pojave prvih elektronskih tahimetara, primjenjivali su se autoredukcioni optički tahimetri, kod kojih se neposredno mjerila horizontalna dužina, a najčešće i visinska razlika. Mjerno područje optičkih tahimetara ograničeno je dosegom optičkog daljinomjera i najčešće iznosi 150 m- 200m.



66

7.1.1 Autoredukcioni tahimetri s nitima Autordukcioni tahimetri sa nitima su teodoliti sa posebnom građom durbina. Daljinomjerna jedinica bazirana je na principu Reichenbachovog daljinomjera, no kako bi se izbjeglo računanje reducirane dužine, pri nagibu durbina automatski se smanjuje razmak daljinomjernih niti. To se postiže na dva načina:

- Primjenon posebnih krivulja u vidnom polju durbina (dijagrami). Tahimetri s dijagramom imaju posebne krivulje ili dijagrame optički preslikane u vidnom polju durbina, kojima se očitava odgovarajući odsječak na mjernoj letvi radi mjerenja reducirane dužine, kao i visinske razlike. Konstrukcija ovakvog tahimetra predložena je još 1894. godine ( prof. Hammer). Ovakav tahimetar je izradila firma Zeiss 1919. , koji je dobio ime po svom konstruktoru DAHLTA, potom firma Wild RDS, koji je po konstrukciji vrlo sličan prethodnom.

- Primjenom razmaka daljinomjernih niti pomoću optičkog ili mehaničkog prijenosa. Tvornica Kern konstruisala je ovakve daljinomjere: K1- RA, DK- RV i dr.

7.1.2 Autoredukcioni tahimetri sa dvostrukim slikama

Tahimetri sa dvostrukim slikama dobit ćemo stavljanjem daljinomjernog dodatka (najčešće optičkog klina) ispred objektiva durbina teodolita. Postoje različite konstrukcije autoredukcijskih tahimetara. Daljinomjerna jedinica bazirana je na principu optičkog mjerenja dužine uz primjenu dvostrukih slika. Konstrukcije tahimetara se uglavnom razlikuju po tome gdje se nalazi baza paralaktičkog trokuta: na cilju ili na stajalištu instrumenta.

Tahimetri sa bazom na cilju

Ovi tahimetri imaju konstrukcije sa promjenjivom bazom na cilju. Mjerenje dužine zasnovano je na primjeni daljinomjernog klina, ali konstrukcija je složenija zbog primjene redukcijskog uređaja (par jednakih klinova koji rotiraju u suprotnom smjeru). Klinovi prekrivaju jedan dio objektiva durbina, i pri horizontalnoj vizuri daju maksimalno pomaknutu sliku horizontalne mjerne letve u horizontalnom smjeru, a otklanjaju zrake svjetlosti svaki za polovinu paralaktičkog ugla. Pri rotaciji durbina oko horizontalne ose, klinovi rotiraju za isti ugao u suprotnom smjeru. Time se automatski smanjuje paralaktički ugao, što dovodi do odgovarajućeg skraćenja odsječka letve, datog pomakom slike mjerne letve u odnosu prema nepomičnoj slici. Očitanjem pomaka slike mjerne letve i množenjem sa 100, dobit ćemo reduciranu dužinu. Tahimetri ove konstrukcije su Zeiss REDTA, Wild RDH i sl.



67

Tahimetri sa bazom na stajalištu

Pri mjerenju dužine dovodi se do koincidencije obje polovine slike cilja u vidnom polju durbina pomoću pomaka pentagonalne prizme duž bazisnog lineala dužine 30 cm. Kosu dužinu dobivamo množenjem očitanja bazisnog lineala sa konstantom K=200. Automatski je moguće mjeriti i horizontalnu dužinu, ako se uključi dugme za redukcijski sistem. Na ovom principu rade tahimetri firme Zeiss BRT-006, TW-SSSR, TODIS i sl.

7.2 Elektronski tahimetri

7.2.1 Kratak pregled razvoja totalnih mjernih stanica Teodolit je geodetski instrument za mjerenje horizontalnih i vertikalnih kutova. Tahimetar je geodetski instrument koji osim horizontalnih i vertikalnih kutova može mjeriti i dužine. Dakle, mogli bismo kazati da je tahimetar teodolit u koji je integriran daljinomjer. Do pojave elektrooptičkih daljinomjera tahimetrom su se mjerile duljine optički i zbog toga se zvao optički tahimetar. Nakon pojave prvog elektrooptičkog daljinomjera 1950. (GEODIMETAR 1) nastaju velike promjene u metodi mjerenja duljina. Elektrooptički daljinomjeri mjere duljinu slanjem vidljivih ili nevidljivih zraka svjetlosti. Zbog toga je pri mjerenju nužno optičko dogledanje instrumenta i točke cilja. Na cilju se postavlja pasivni reflektor koji vraća signal u instrument, te se na osnovi mjerenja brzine signala i razlike u vremenu odaslanog i primljenog signala dobiju osnovni parametri za računanje prijeđenog puta, tj. duljine. Takav se daljinomjer nije integrirao u teodolit zato što su prvi elektrooptički daljinomjeri bili vrlo nepraktični zbog svoje veličine i mase, npr. model GEODIMETAR 2A imao je masu od l50 kg. U novim se modelima stalno smanjuju veličina i masa te po-boljšava funkcionalnost i preciznost, tako da već model 6 (1964) ima masu od 16 kg i srednju pogrešku ±(10mm;2ppm). Međutim, to je još uvijek bila velika razlika u masi između tadašnjih optičkih teodolita i elektrooptičkih daljinomjera da bi se izvršila integracija. Prvo sto je učinjeno za integraciju je to, da se na optički teodolit pomoću odgovarajućeg adaptera postavljao elektrooptički daljinomjer. Tako integrirani in-strument nazvan je elektrooptički tahimetar. Kasnijim usavršavanjem i razvojem elektrooptičkih, elektroničkih i impulsnih (la-serskih) daljinomjera moglo se pristupiti istinskoj integraciji s teodolitom. Pored toga što su u teodolit ugrađeni daljinomjeri, ne može se reći da su to „Totalne mjerne stanice“. Tek nakon integriranja u teodolit sistema za automatsko očitanje horizontalnih i vertikalnih kutova uz elektronički daljinomjer i sistema za automatsko



68

pohranjivanje izmjerenih podataka, takav instrument poprima karakteristike osnovnog (jednostavnog) modela „Totalne stanice“. Prvi elektronski tahimetar („Totalne stanice“) Reg Elta 14 proizvela je firma Zeiss 1970. godine, a karakteriše ih elektronsko očitanje kako dužina, tako i horizontalnih i vertikalnih uglova. Sljedeća totalna stanica, AGA Geodimeter 700 proizvedena je 1971. godine. Druga generacija instrumenata (mnogo manji i lakši) dolaze na tržište 1977. i 1978. (Hewlett- Packard HP3820A, Wild TC1, Zeiss Elta 2, Zeiss Elta 4). Od 1985. godine sve velike firme geodetskih instrumenata proizvode elektronske tahimetre, koji imaju mogućnost elektronskog pohranjivanja podataka i softwarske pakete za procesuiranje i štampanje podataka. Prvi motorizirani elektronski tahimetar Geodimetar 140 razvila je AGA 1983. godine. Posebna verzija ovog instrumenta Geodimetar 140T ima mogućnost da slijedi („track“) pokretni reflektor. Napredak u razvoju vodi do robotskih elektronskih tahimetara, kojima operator može upravljati sa udaljenosti reflektora. Ovakvi jedno-personalni sistemi ne samo da modu slijediti prizmu, nego mogu i automatski naći prizmu (vidi sliku 7.1).

Slika 7.1 Razvoj elektronskih tahimetara u zadnjih 20 godina



69

7.2.2 Građa elektronskog tahimetra Danas su elektronski tahimetri multi- senzorni sistemi. Posljednja generacija traži i prati reflektirajući signal automatski. Mjerene vrijednosti kao što su horizontalne udaljenosti, vertikalni uglovi i kose dužine rezultiraju iz kombinacija mjerenih vrijednosti, koje su dostavljene od nekoliko osnovnih senzora kao što su: senzor za inklinaciju, senzor za detekciju cilja i odstojanje od cilja, senzor za ugao, senzor za dužinu, senzor za temperaturu, senzor za pritisak i sl. (slika 7.2).

Slika 7.2 Građa elektronskih tahimetara Močniji instrumenti nude različite nivoe usluga, koje omogućuju efektivnije izvršenje zadatka (slika 7.3). Sirova mjerenja (Hz, V, D) nisu uvijek potrebna. Mnogi korisnici rade direktno sa Kartezijevim koordinatama. Neki instrumenti ne pokazuju originalne mjerene vrijednosti, koje dobijemo optičko-mehaničkim instrumentom, već korigirane vrijednosti. Primijenjenim korekcijama ne možemo uvijek imati pristup (slika 7.3).



70

Slika 7.3 Različiti nivoi usluga tahimetara

7.2.3 Tehnički razvoj elektronskih tahimetara Prema konstrukciji elektronski tahimetri se mogu podijeliti na:

- polu- Totalne stanice: tahimetri sa vizualnim očutanjem limbova i elektronskim mjerenjem dužina nazivaju se polu- elektronski tahimetri ili EDM- teodoliti. Unutar ove podjele imamo još jednu podjelu, koja se zasniva na načinu mjerenja horizontalnih odstojanja:

- jednostavni daljinomjeri: mjeri se kosa dužina i redukcija na horizont nije moguća.

- redukcioni tahimetri: mjeri se kosa dužina; pri računanju horizontalne dužine manualno mjeren vertikalni ugao može se dati u računu.

- samoredukcioni tahimetri: mjeri se kosa dužina i vertikalni ugao. Iz ovih veličina dobije se horizontalno odstojanje. Za razliku od Totalnih stanica, kod ovih instrumenata se horizontalni pravci samo mogu manualno mjeriti.

- Totalne stanice: Elektronski tahimetri kod kojih se uglovi i dužine mjere elektronski, nazivaju se Totalnim stanicama ili ponekad i Computet- tahimetri. Naziv Computer- tahimetri dolazi zbog ugrađenog mikroprocesora, koji mjerene podatke digitalno obrađuje i pohranjuje. Danas se praktično svi tahimetri mogu nazvati ovim imenom bez obzira na njihovi tačnost i opremu.

Elektronskim tahimetrima smatraju se tahimetri koji pripadaju samo posljednjoj grupi. Produktivnost elektronskih tahimetara ogleda se kroz sljedeće karakteristike: domet mjerenja dužina, tačnost mjerenja uglova i dužina, trajanje pojedinačnog mjerena,



71

funkcionalnost primijenjenog softwar-a, memorijski kapacitet, kapacitet baterije ( broj mjerenja do pražnjenja baterije ). Dalji tehnički razvoj donosio je nove mogućnosti. Moderni motorizirani tahimetri raspolažu sljedećim funkcijama i mogućnostima:

- Automatsko pronalaženje cilja (reflektora). Ova mogućnost ubrzava rad na terenu. Durbin navizira reflektor automatski, bez posredovanja operatera.

- Automatsko praćenje cilja (reflektora). Tahimetar slijedi kretanje cilja. Ovdje razlikujemo kinematičko mjerenje i mjerenje po metodi „ stop and go“. Kod prve metode koordinate ciljane tačke se određuju za vrijeme kretanja cilja. Kod druge metode mjerenja se izvode dok cilj miruje, pa prema tome dobivamo i koordinate tačaka.

7.2.3.1 Dodaci elektronskim tahimetrima Laserski visak Elektronski tahimetri su uglavnom snadbjeveni laserskim viskom umjesto optičkog, krutog ili mehaničkog viska (sl.7.2). Sam postupak centriranja instrumenta na tačku pomoču laserske zrake mnogo je udobniji i praktičniji, i povečava efikasnost rada na terenu.

Slika 7.2 Laserski visak Elektronska libela Totalne stanice umjesto klasične cijevne libele imaju dvoosni sistem za horizontisanje, tzv. elektronsku libelu. Nakon grubog horizontisanja instrumenta kružnom libelom signali sa sondi elektronske libele se obrađuju i formiraju sliku na ekranu (sl. 7.3). Ova slika simulira izgled klasične libele i njeno “vrhunjenje“ se postiže podnožnim vijcima. U postupku horizontiranja nema potrebe za okretanjem instrumenta oko alhidadne osi. Ako instrument ima dvoosni kompenzator, onda se uglovi mogu popraviti za nedovoljno tačno horizontisanje.



72

Slika 7.3 Elektronska libela Totalna stanica sa integriranom digitalnom kamerom

Slika 7.4 Slika snimanog područja na ekranu instrumenta

Moderne totalne stanice imaju integrirane digitalne kamere visoke rezolucije. One nam daju mogućnost da se slika koju vidimo u durbinu prikaže na zaslonu instrumenta. Ova mogučnost je jako korisna, jer pored toga što nam je viziranje olakšano, imamo i direktni vizuelni prikaz snimljenih tačaka i linija na ekranu instrumenta (slika 7.4). Time je omogućena i bolja kontrola pri snimanju. Sliku je moguće memorisati zajedno sa mjerenim podacima.



73

7.2.3.2 Automatsko praćenje cilja - „tracking“ Večina totalnih stanica su danas opremljena sa tracking mogućnostima, što omogućava da instrument automatski nišani reflektor. U zavisnosti od karakteristika instrumenta, operator treba reflektor prvi put navizirati, ili će on biti sam automatski pronađen. Pored toga, pokretna prizma se može slijediti. Automatsko pronalaženje cilja ubrzava proces mjerenja, a zamor operatora se smanjuje. Neki instrumenti imaju kontrolore sa radio vezom, pomoću kojih je moguće kontrolisati proces mjerenja sa udaljenosti reflektora. Ako instrument ima uređaj za grubo lociranje uključujući i odgovarajuće karakteristike traženje, operator nije potreban za instrumentom. Generelno, algoritam traženje je podijeljen na grubo lociranje i preciznu detekciju. Sa grubin lociranjem traži se reflektor u prostoru objekta. Koristeći moduliranu svjetlost, reflektor se jasno razlikuje od drugih objekata. Za preciznu detekciju cilj (reflektor) se mora nalaziti u vidnom polju uređaja koji traži. Slijedi procesuiranje slike i skenirajući algoritam, koji određuju odstupanje slike reflektora od ose durbina kao korekcijsku vrijednost. U slučaju pokretnog cilja primjenjuje se“tracking“ algoritam. Ukoliko dođe do prekida signala radi se ekstrapolacijski algoritam baziran na pokretnom modelu uključujuće jednostavni ili sofisticirani numerički filter. Ako cilj ostaje nepokretan, model mjerenja se klasificira kao statički i naziva se „stop and go“ (sl.7.5). Ako se koordinate određuju za vrijeme kretanja, model se naziva kinetički. Ovaj model je zahtjevan, jer svi senzori moraju biti sinhronizovani.

Slika 7.5 „Stop and go“ model mjerenja



74

Slika 7.6 Emitiranje laserskih zraka sa upravljačke jedinice

Upravljački sistem, koji se nalazi zajedno sa prizmom na štapu, emitira laserske zrake, koje uređaj (senzor) u totalnoj stanici detektuje (sl.7.6). Instrument se okreće u pravcu prizme i automatski registruje mjerenje. U upravljačkoj jedinici se nalazi senzor za smijer, koji osigurava da instrument zauzme uvjek najkraći pravac do prizme. U slučaju prekida signala zbog građevina, drveća ili saobraćaja, mjerenja se mogu nastaviti. Potrebno je prizmu pozicionirati i pritisnuti dugme za nastavak mjerenja, instrument automatski nalazi cilj. U pogledu tačnosti ovih instrumenata možemo reči da zadovoljavaju tačnost koja je potrebna kod standardnih geodetskih zadataka kao što su iskolčenja ili lokalni premjeri. Pri tome se preporučuje provjera barem onih osnovnih proizvođačkih specifikacija. Instrumenti koji su namjenjeni za zahtjevnije zadatke, kao što su kontrola navođenja građevinskih mašina, neophodno je kalibrirati. U tabeli 7.1 dat je pregled osnovnih karakteristika ovih instrumenata, a na slici 7.7 predstavljen je jedan od njih.

Slika 7.7 Sokkia tracker SRX sa prizmom ATP



75

Tabela 7.1 Pregled tehničkih podataka ATR instrumenata Model SRX 1

Sokkia GPT-8200A Topcon

Očitanje ugla 0.5˝/1˝ 0.5˝/1˝ Tačnost mjerenja ugla (ISO17123-3)

1˝ (0.3 mgon) 1˝ (0.3 mgon)

Automatski dvoosni kompenzator

Tečni dvoosni senzor, ±4′ (mjerno područje), poruke upozorenja na ekranu

Dvoosni, ±4′

Domet 0.3 - 500 m (br) 1.3 - 500 m (folija) 1.3 - 1000 m (APT1 prizma) 1.3 - 5000 m (AP prizma)

1500m (mini priz.) 7000m (stand. priz.) 3-120m (bez priz.) 30-1200m (bez priz.)

Bez reflektora

0.3 do 200 m ±(3;2ppm) (br) 200 do 350 m ±(5;10ppm) (br) 350 do 500 m ±(10;10ppm) (br)

3-25m ±(10mm) >25m ±(3;2ppm) >120m ±(10;10ppm)

folija ±(3;2ppm) (folija, fino) ±(6;2ppm) (folija, brzo)

-

Tačnost (ISO17123-4)

prizma ±(1.5;2ppm) ( fino) ±(5;2ppm) (brzo)

±(2;2ppm)

Auto-tracking Da, 5-500 m sa ATP1 prizmom Da, do 800m Auto-pointing Da, 2- 600 m sa ATP1 prizmom

2- 1000 m sa APO1 prizmom -

Upravljačka jedinica na štapu

Svjetlosni odašiljač, bluetooth, magnetni kompas- senzor, ATP1 360˚ prizma

RC-2H, RC-2R, Bluetooth, A-3 prizma

7.2.3.3 Transfer podataka između instrumenta i računara

Pomoču kabla: Prijenos podataka između instrumenta i računara može se ostvariti standardnim RS-232 kablom ili USB vezom (slika 7.8).

Slika 7.8 Transfer podataka instrument - računar



76

Bežično: Bluetooth tehnologija omogućava prijenos podataka bez kabla. Bluetooth može biti integrisan u instrumentu i računaru ili može biti eksterni kao dodatak opremi. U prvom slučaju veza je potpuno bežična, dok kod drugog slučaja imamo djelomično bežičnu vezu (sl. 7.9).

Slika 7.9 Bežični (djelomično) prijenos podataka instrument - računar

Preko interneta: Mjerene podatke moguće je poslati na određenu e-mail adresu ili na FTP server. Također je moguće primiti koordinate za iskolčenje sa računara u kancelariji ili sa FTP servera. Tako više instrument ne treba nositi u kancelariju radi prenosa podataka. Brzo nakon završenog mjerenja kolege u kancelariji mogu dobiti podatke i početi sa njihovom obradom. Podaci se prenose u formatu SDR33, SDR2x ili CSV. Za ovaj način prenosa podataka neophodno je mobilni telefon (koji ima pristup internetu) prikljućiti kablom na totalnu stanicu i izabrati opciju (sl. 7.10).

Slika 7.10 Prijenos podataka preko interneta



77

7.2.4 Klasifikacija elektronskih tahimetara Elektronski tahimetri koji imaju domet do 2000 m, klasificiraju se u sljedeće instrumente:

- Sa srednjom greškom pravca ≤ 0.5 mgon - Sa srednjom greškom pravca od 0.5 mgon do 2.0 mgon i - Sa srednjom greškom pravca > 2.0 mgon (1 mgon = 3.24˝),

pri standardnom odstupanju jednostrano mjerenih dužina od ± (5 mm; 5ppm). Pri ovoj podjeli razmatrala se samo tačnost mjerenja pravaca. Tačnost mjerenja odstojanja uzeta je kao konstanta. Takođe, ovdje nije analizirana funkcionalnost, niti opremljenost instrumenta. Nova klasifikacija tahimetara Za razliku od dosadašnjih podjela koje su se zasnivale na tačnosti mjerenja pravaca, u ovoj klasifikaciji se pored pomenute tačnosti razmatra i cjelokupna opremljenost kao i funkcionalnost instrumenta. Razlikujemo četiri osnovne klase:

- Jednostavni elektronski tahimetri (ET): to su instrumenti za lokalni premjere, koji imaju nižu tačnost. Prilikom razvoja ovih instrumenata obratila se pažnja na jednostavnost pri korištenju. Uglavnom imaju zaštitu od prašine i vode i zadovoljavaju odgovarajuće norme.

- Elektronski standardni tahimetri (ST): to su nemotorizirani tahimetri, koji se od prethodne grupe razlikuju po visokoj tačnosti, kao i kompleksnim primijenjenim software- ima. Svi statični zadaci se mogu riješiti pomoću ovih instrumenata.

- Elektronski univerzalni tahimetri (UT): to su motorizirani tahimetri koji nisu tačniji od standardnih tahimetara. Automatizacija omogućava brže rješavanje zadataka sa mane izdataka. Moguće je izvršiti mjerenje i kod pokretnih objekata.

- Elektronski precizni tahimetri (PT): ovi instrumenti su namijenjeni za zadatke kod kojih je potreba visoka tačnost.

U tabeli 7.2 su navedeni različiti kriteriji kao što su cijena, neophodno znanje za rukovanje instrumentom, primjena instrumenta i dr.



78

Tabela 7.2 Pregled elektronskih tahimetara po različitim kriterijima

Kriterij Tahimetri

Cijena Korisnik posjeduje…

Učestalost mjerenja

Koristi se kao

Primjena

Jednostavni tahimetri (ET)

Niska Znanje iz mjerne tehnike

Povremeno Alatka Jednostavna lokalna mjerenja

Standardni tahimetri (ST)

Umjerena Obrazovanje iz mjerne tehnike (teh.,ing)

Redovno Glavni instrument

Jednostavna i kompleksna mjerenja

Univerzalni tahimetri (UT)

Visoka Bilo kakvo znanje

Često Glavni instrument

Kao dopuna samostalnom mjerenju i mjerenju pokretnih objekata

Precizni tahimetri (PT)

Visoka Bilo kakvo znanje

Redovno Precizni instrument

Industrijska mjerna tehnika, Osnovni premjer, Mjerenje deformacija

Jednostavni elektronski tahimetri Ekran kod ovih instrumenata je pregledan i sadrži samo nekoliko tipki. Na njemu se ispisuju grafički simboli koji navode operatora. Elektronski standardni tahimetri Ovi instrumenti se međusobno razlikuju po nivou tačnosti, najčešće po tačnosti mjerenja uglova. Tačnost mjerenja dužina u jednoj produktnoj liniji je skoro ista. Na raspolaganju su ekrani sa mogućnošću kontrolnih operacija, koje je postavljeno za oba položaja durbina. Snadbjeveni su software-ima, koji olakšavaju rješavanje zadataka. Ovi instrumenti imaju najčešće dvoosni kompenzator, koji služe i za horizontiranje. Kod svih instrumenata možemo birati između nekoliko programa za mjerenje dužine, među kojima su:

- Standardno mjerenje - Precizno mjerenje - Brzo mjerenje - Kontinuirano mjerenje - Mjerenje bez reflektora

Standardno mjerenje predstavlja dobar kompromis između tačnosti i vremena mjerenja. Precizno mjerenje se upotrebljava za pojedinačna mjerenja. Brzo mjerenje je opterećeno greškama više nego prethodna dva programa, jer ima mali broj pojedinačnih mjerenja. Kontinuirano mjerenje je takođe brzo, i gruba mjerenja se mogu djelomično odbaciti. Elektronski univerzalni tahimetri



79

Ovi tahimetri su motorizirani. Instrumenti se međusobno razlikuju po stepenu izgrađenosti. Tu podrazumijevamo: 1) motorizaciju, 2) mjerenje dužina bez reflektora, 3) automatsko traženje cilja, 4) automatsko praćenje cilja, 5) daljinsko upravljanje. U zavisnosti od mogućnosti instrumenta i funkcionalnosti, način rada na terenu se značajno mijenja. Navest ćemo neke od mogućnosti:

1) Klasično upravljanje instrumentom. Uslovi rada su isti kao kod nemotorizovanog instrumenta: figurant drži reflektor na tački, a opertor je kod instrumenta. kod višeg stepena automatizacije, proces rada se ubrzava.

2) Daljinsko upravljanje. Instrumentom se daljinski navodi pomoću kontrolne jedinice. Figurant nosi stap sa reflektorom na tačku. Operator ne mora biti u blizini instrumenta.

3) Jedan operater za instrumentom. Instrument ima mogućnost daljinskog upravljanja sa kontrolne jedinice koja se nalazi na štapu reflektora. Operator u isto vrijeme nosi reflektor i upravlja instrumentom.

Precizni elektronski tahimetri Kod preciznih elektronskih tahimetara u prvom planu je što preciznije mjeriti. Racionalizacija snimanja kao i dalja obrada podataka ima sporedno značenje kod ovih instrumenata.

7.2.5 Pregled elektronskih tahimetara Elektronski tahimetri su neophodan instrument za izvođenje standardnih geodetskih zadataka. Skoro su u potpunosti zamijenili elektronske teodolite, što je i opravdano s obzirom na mogučnosti primjene mjernih metoda koje ovaj instrument pruža. S obzirom da se proizvode različitih kategorija tačnosti, primjena im je velika: od triangulacije 1. i 2. reda i preciznih kontrolnih mjerenja, preko poligonometrije, do iskolčenja na gradilištima. U tabeli 7.3 predstavljene su najvažnije karakteristike tahimetara podjeljenim po kategorijama, a slica 7.11 predstavlja neke od njih.



80

Tabela 7.3 Pregled elektronskih tahimetara Kategorija tahimetara

Tip Očitanje ugla (mgon)

Tačnost ugla (mgon) ISO 17123-5

Domet sa 1 priz (m)

Tačnost dužine

Vrijeme mjerenja

jednostavni Leica TC 302 - 0.6 3000 2mm;2ppm 1 s Leica TC 702 - 0.6 3000 2mm;2ppm 1s standardni

NikonDTM 850

0.1 0.3 2400 2mm;2ppm 1s

Leica TCA 1101

0.1 0.5 3000 2mm;2ppm 1s univerzalni

Zeiss Elta S10

0.01 0.3 2500 1mm;2ppm <4s

precizni Leica TC2003

0.01 0.15 2500 1mm;1ppm -

Slika 7.11 Lijevo - totalna stanica Leica TC2003, desno - Nikon DTM 850



81

8. Smart station Smart Station predstavlja kombinaciju tahimetra i GPS RTK rovera integriranih u jednu jedinicu (slika 8.1). Razvoj ovih instrumenata počeo je kada je firma Leica Geosystems 2004. godine u januaru predstavila jedan novi produkt pod nazivom Leica System 1200. Kod ovog instrumenta prvi put se uspjelo hardware-sku i software-sku komponentu dvije paralelne mjerne tehnike satelitske geodezije (GPS 1200) i tahimetrije (TPS 1200) razviti na jednoj bazi. Koncept ovog instrumenta poznat je i pod nazivom X- Funkcija.

Slika 8.1 SmartStation kao kombinacija GPS RTK rovera i tahimetra Opsluživanje svih uređaja Sistema 1200 slijedi preko grafičkog ekrana, što omogućava prijelaz sa TPS-a na GPS bez dodatnih radnji. Pored toga, svi podaci mjerenja i proračuna bez obzira sa kojeg su uređaja, snimaju se na memorijsku karticu i mogu se razmjenjivati između instrumenata. Pomoću pratećeg software-skog paketa Leica Geo Office (LGO) vrši se obrada GPS, TPS i nivelmanskih podataka i vizualizacija. Nakon predstavljanja Sistema 1200, postavilo se pitanje da li se može razviti jedan GPS- tahimetar. Samo godinu dan poslije (2005), Leica proizvodi mjerni sistem u kojem je prvi put tahimetrija i satelitska tehnika objedinjena u jednom instrumentu. Kao nastavak razvoja Sistema 1200 nastao je Smart Station, koji je donio i nove metode mjerenja (postupak razvoja predstavljen je na slici 8.2).



82

Slika 8.2 Postupni razvoj Sistema 1200 do SmartStationa

Bazna komponenta SmartStation- a je totalna stanica serije TPS 1200. Na nju se postavlja adapter koji pričvršćuje SmartAntenu za tahimetar. Na adapter se također može postaviti i komunikacijski modul, koji služi za prijem GPS- korekcijskih parametara sa referentne stanice. Kao RTK komunikacijski modul može služiti radiomodem, GSM, GRRS ili CDMA, koji su objedinjeni i smješteni na adapteru antene. Prijenos korekcijskih parametara može se ostvariti i Bluetooth bežičnom vezom između TPS 1200 i mobilnog telefona. Bluetooth bežična veza služi i za prijenos podataka između tahimetra i računara. SmartStation postiže tačnost kod određivanja pozicije GPS kinematičkom metodom 10mm ; 1ppm za položaj, i 20mm ; 1 ppm za visinu, a da pri tome bude locirana u krugu od 50 km od referentne stanice. Za razliku od TPS 1200, SmartStation ima mogućnost određivanja koordinata stajališta iz GPS mjerenja, kao i mogućnost uzimanja orijentacije na nepoznatu veznu tačku.

8.1 Rad sa SmartStationom Već smo rekli da SmartStation ima mogućnost određivanja koordinate stajališta instrumenta preko RTK modela, što znači određivanje poziciju u najkraćem vremenu sa visokom tačnošću. Detaljno snimanje tačaka može dalje da se odvija po uobičajenoj metodi polarnog snimanja pomoću tahimetra. Da bi se ovo postiglo, moraju se ispuniti sljedeća dva preduslova: kao prvo, za precizno pozicioniranje moramo imati referentnu stanicu, koja će nam slati korekcijske parametre, i drugo, neophodan je prijelaz sa WGS84 sistema u lokalni sistem. Prenos korekcijskih parametara moguće je ostvariti na dva načina. Jedan od načina je preko vlastite referentne stanice, a drugi način je korištenjem usluga mreže referentnih



83

stanica. Prvi način nas izlaže velikim investicionim troškovima. Za drugi način potrebna je razvijena infrastrukturna mreža referentnih stanica, kakvu ima npr. Njemačka (SAPOS i ascos). SAPOS nudi npr. četiri različite usluge servisa, koji se razlikuju po nekim osobinama i tačnosti. Npr. za visokotačno pozicioniranje (HEPS), koje dostiže tačnost od 1-2 cm, prijenos podataka se obavlja preko GSM-a. Za uslugu se plača od 0.16 – 0.25 Eura po minuti, zavisno od vrste paketa. Tarife kod ascos-a za mjesečnu pretplatu se kreču od 0.16 Eura po minuti, za godišnju od 0.11 Eura po minuti. Imaju pakete i za korisnike koji trebaju usluge na kratko vrijeme i cijena po minuti iznosi od 0.65 - 0.70 Eura. Drugi uslov je bio povezivanje GPS i TPS koordinata. Rezultati GPS mjerenja su koordinate u elipsoidu WGS 84, a TPS dobivamo koordinate na pripadajućem elipsoidu. Neophodno je dakle izvršiti transformaciju iz WGS 84 elipsoida na lokalni elipsoid. To je 7- parametarska Helmertova transformacija, koja se vrši preko LGO software-a.

8.2 Postavljanje (set-up) i orjentiranja sa SmartStation

Određivanje koordinata stajališta moguće je izvršiti za kratko vrijeme. Od paljenja instrumenta, pa do početka detaljnog snimanja potrebno je samo 2 min. Za to vrijeme instrument prikuplja podatke o satelitima, postavljamo instrument u horizontalni položaj i biramo projekt. SmartStation ima sljedeće mogućnosti postavljanja (set-up):

1) postavljanje na pogodnu lokalnu nepoznatu tačku i viziranje nazad na poznatu tačku;

- određivanje koordinata tačke pomoću RTK GPS SmartStationa i viziranje nazad na poznatu tačku (jednu ili više); po želji RTK GPS držač može se skinuti sa totalne stanice i koristiti kao RTK GPS rover za pojedinačno mjerenje.

- mjerenje svih detaljnih tačaka sa trenutne stanice i potom premještanje do druge poznate ili nepoznate pogodne tačke

2) postavljanje na pogodnoj lokalnoj nepoznatoj tački i viziranje na drugu nepoznatu tačku

- određivanje koordinata prve stanice pomoću RTK GPS-a i viziranje nazad na drugu nepoznatu tačku

- izvršiti snimanje svih detaljnih tačaka sa trenutne stanice - premještanje SmartStationa na drugu nepoznatu tačku i određivanje njenih

koordinata RTK GPS-om



84

- vizura nazad na prethodno stajalište; orijentacija je sračunata, sva mjerenja su ažurirana i koordinate su sračunate.

- detaljno snimanje sa trenutne stanice se nastavlja

8.3 Praktični primjeri sa SmartStation-om

8.3.1 Premjer udaljenog područja Topografski premjer udaljenog područja obično ima dosta vegetacije, što ograničava korištenje GPS-a. Uglavnom se GPS koristi za uspostavljanje kontrole prije nego što se mjerenje nastavi totalnom stanicom. Premjer ovakvog područja konvencionalnim tehnikama RTK GPS-a biće korišten za mjerenje serije kontrolnih tačaka. Ove koordinate će se potom prenijeti u totalnu stanicu. Jedna novopostavljena kontrolna tačka koristit će se kao prva stanica za totalnu stanicu, a vizura nazad uzet će se na drugu novopostavljenu kontrolnu tačku. Sve detaljne tačke se snimaju sa prve stanice prije nego se premjesti na novu stanicu. Ako mjerimo sa SmartStationom postupak je sljedeći. SmartStation se postavi na pogodnu lokaciju i odrede se koordinate stajališta RTK GPS-om. Vizira se nazad na sljedeću nepoznatu tačku, koja će biti korištena, ali čije koordinate još nisu određene. Izvrši se detaljno snimanje svih tačaka prije nego što se SmartStation premjesti na drugu tačku. Pri postavljanju na drugu tačku, odrede se koordinate RTK GPS-om. Nakon što se vizira prva stanica može se nastaviti sa snimanjem detalja sa ove stanice u zahtijevanom koordinatnom sistemu (slika 8.3).

Slika 8.3 Snimanje udaljenog područja SmartStation-om

Prednosti SmartStationa: - tačke su zauzimane samo jednom - samo je potreban SmartStation, a ne više nezavisnih instrumenata - mjerenje je završeno brže



85

8.3.2 Ruralna područja - snimanje granica parcele U ruralnim područjima nije neobično da su kontrolne tačke udaljene po 5 km. Sa totalnom stanicom trebalo bi vući vlak, što bi oduzelo mnogo vremena. Slijepi vlakovi su podložni greškama, a za zatvoreni vlak bi nam trebalo duplo više vremena. Kada bi se vlak dovezao do parcele, snimanje njenih granica može se nastaviti voženjem vlaka oko granica parcele i snimanjem na značke. Sa SmartStationom zauzet ćemo pogodnu lokaciju za stanicu u blizini same granice. Nakon RTK GPS određivanja koordinata stajališta i viziranja nazad na drugu poznatu ili nepoznatu tačku, snimanje granica može početi. Poslije toga, SmartStation možemo po potrebi premjestiti na drugu stanicu i nastaviti snimanje (sloka 8.4).

Slika 8.4 Snimanje granica parcela SmartStation-om

Prednosti SmartStationa: - nije potrebno voženje poligonog vlaka - potrebno manje satnica - mjerenje je završeno za manje vremena - dobiva se visoka tačnost

8.3.3 Iskolčenje na gradilištu Na gradilištima je obično potreban velik broj kontrolnih tačaka, koje se često zaklonjene mašinama i materijalom. Mnoge bivaju unište za vrijeme izgradnje. Gradilišta zahtijevaju visok stepen efikasnosti geodetskih zadataka kako se projekat mijenja i javljaju se potrebe za iskolčenjem velikog broja tačaka za kratko vrijeme.



86

Iskolčenje korištenjem totalne stanice često je teško i dugotrajno. Potrebno je postaviti stanicu na pogodno mjesto i odrediti njene koordinate i orijentaciju. Ovaj postupak nije uvijek jednostavan, jer kontrolne tačke su često uništene, a pri tome se mora voditi računa o geometriji. Koristeći SmartStation odabiremo lokaciju za stanicu koja nam najbolje odgovara za iskolčenje. Postavljamo instrument, određujemo koordinate stanice, viziramo nazad na bilo koju kontrolnu tačku da odredimo orijentaciju. Poslije toga iskolčenje može da se nastavi. Prednosti SmartStationa:

- postavljanje instrumenta na pogodnu lokaciju - obstrukcije na gradilištu ne predstavljaju poteškoće - iskolćenje je brzo - građevinski radovi brzo se završavaju

8.3.4 Urbana sredina- snimanje komunalnih uređaja Pozicije komunalnih uređaja u posljednje vrijeme se određuju sa visokom tačnosti za potrebe ažuriranja baza podataka. Karakteristični elementi koje treba mjeriti su: okna, poklopci, hidranti, vodovodne kutije, gasovodi i sl. Nalaze se često na lokacijama gdje objekti ili drveće onemogućavaju mjerenja GPS-om. Mjerenje bi bilo dobro izvršiti totalnom stanicom, ali kontrolne tačke su često zauzete saobraćajem, tako da je potrebno pružiti vlak, a to oduzima vrijeme. Sa SmartStationom rekognosciranje nije potrebno. Postavimo instrument, odredimo koordinate stajališta i mjerimo sve detalje u blizini. Ako nema u blizini kontrolne tačke, na tačku koja je korištena za vizuru nazad postavi se instrument i odrede koordinate, te se mjerenje po potrebi može nastaviti (slika 8.5).



87

Slika 8.5 Premjer u gradu SmartStation-om

Prednosti SmartStationa - kontrolne (poligone) tačke nisu neophodne - nema voženja vlakova - mjerenja su visoke tačnosti - mjerenja kratko traju

8.3.5 Poređenje mjerenja izvršenog Totalnom stanicom i SmartStation-on

Mjerenje je izvršeno sa ciljem da uporedi efikasnost mjerejem totalnom stanicom i SmartStationom. Snimanje parkinga (5700 m2) izvršeno je dva puta: jednom sa totalnom stanicom a drugi put sa SmartStationom. Tri poligone tačke se nalaze u blizini područja koje će se mjeriti. Jedna uz sam parking, a druge dvije udaljene 200 m od parkinga i nisu vidljive sa parkinga. Snimanje totalnom stanicom zahtjeva voženje poligonog vlaka i četiri stanice (četiri set- upa instrumenta). Bilo je potrebno postaviti nove tri tačke, za koje je potrošeno 20 min. Na svakoj stanici mjerilo se u dva položaja instrumenta na zadnju i prednju tačku. Mjerenje u vlaku trajalo je 55 min, a mjerenje detalja dodatnih 60 min. Ukupno vrijeme potrebno za ovaj zadatak predstavljeno je u tabeli 8.1.

Tabela 8.1 Trajanje zadatka obavljenog totalnom stanicom

Aktivnost Vrijeme trajanja Rekognosciranje 20 min Mjerenje u vlaku 55 min Detaljno mjerenje 60 min Ukupno 135 min

Razlike u koordinatama tačaka, koje su određene mjerenjem na oba načina su manje od 15 mm i u horizontalnoj i vertikalnoj komponenti. Ovo potvrđuje da je orijentacija primjenom SmartStationa korektno izvršna. Za mjerenje sa SmartStationom bile su potrebne dvije stanice (dva set- upa), na kojima su mjerene koordinate RTK GPS-om, a jednom se viziralo u dva položaja durbina za vizuru nazad. Primjena SmartStation reducira vrijeme potrebno za rekognoscitanje, koje je za pola manje u odnosu na vrijeme za totalnu stanicu (pri vođenju vlaka), s obzirom da je bilo manje set- upa i vizura nazad.



88

SmartStation automatski počinje da prikuplja podatke satelita, čim se upali. Kad je instrument postavljen i horizontiran iznad tačke, mogu se odrediti koordinate RTK GPS-om. Set- up instrumenta sastoji se iz horizontisanja instrumenta pomoću podnožnih vijaka na bilo kojoj lokaciji sa koje se vidi poznata tačka, pritiskanja dugmeta za RTK pozicioniranje i viziranje nazad. Set- up instrumenta traje relativno kratko. Vrijeme trajanja cijelog zadatka predstavljeno je u tabeli 8.2.

Tabela 8.2 Trajanje zadatka obavljenog SmartStation-om

Aktivnost Vrijeme trajanja Rekognosciranje 10 min 2x SmartStation set- up 14 min Detaljno mjerenje 60 min Ukupno 84 min

Kako pri ovom mjerenju nije potrebno voziti vlak i kao je vrijeme potrebno za rekognosciranje znatno manje, smanjili smo vrijeme mjerenja za 41 min ili 38%. Ukoliko je su poligone tačke više udaljene od područja premjera, ušteda na vremenu korištenjem SmartStationa bi bila još veća. Značajno je istači da je mjerenja sa SmartStationom potrebna samo jedna osoba za cijeli postupak, što smanjuje i troškove osoblja. Pri rukovanju SmartStationom nije potrebno nikakvo posebno znanje iz GPS-a, jer se precizne koordinate dobivaju pritiskom na dugme. U poređenju sa uobičajenim metodama mjerenja: voženje vlaka ili uspostavljanje GPS kontrolnih tačaka prije nego se mjerenje nastavi totalnom stanicom, SmartStation ima bitno efikasnija poboljšanja.

8.4 Zašto koristiti SmartStation? Za potrebe premjera totalnom stanicom neophodno je da imamo poligone tačke koje ćemo koristiti kao stanice. Takođe je često potrebno i voziti poligoni vlak do područja na kojem je potrebno mjeriti radi kontrole mjerenja. Sa druge strane imamo GPS RTK metode koje određuju poziciju tačaka sa centimetarskom tačnošću za kratko vrijeme koristeći podatke sa referentne stanice udaljene i do 50 km. Međutim, da bi se moglo mjeriti GPS metodom, moramo imati dostupan signal satelita, što nije uvijek moguće ispuniti u naseljenim mjestima, na gradilištima, u obraslim terenima i sl. Za razliku od GPS-a mjerenje, totalnom stanicom je moguće izvršiti na ovakvim lokacijama. Iz ovoga vidimo da svaka od metoda ima svoju primjenu i prednost, te njihovom kombinacijom kroz SmartStation dobivamo najbolje rješenje. Ovakvim instrumentom možemo uraditi bilo koju vrstu zadatka: premjer za potrebe katastra i kartografije, iskolčenja na gradilištima i sl., a vrijeme koje



89

pri tim radovima utrošimo je znatno kraće od standardnog načina izvršavanja zadataka štoz natno smanjujemo i troškove. Investirajući u SmartStation dobili smo instrument kojim možemo izvesti svaku vrstu zadatka, a pri tome smo uštedjeli novac, jer na kupovinu totalne stanice i GPS RTK rovera (kao zasebnih instrumenata) potrošili bismo više novca.

8.5 SmartPole Leica Geosystem je kao nastavak uspješnog razvoja Sistema 1200 serije poizvela novu alatku – SmartPole, koja omogučava jednostavniji i fleksibilniji rad na terenu. SmartPole predstavlja kompaktnu cjelinu sa Sistemom 1200 (slika 8.3). SmartAntena se može kombinovati sa TPS 1200 kao SmartStation, sa RX 1250 kontrolorom kao SmartRover, ili sa 360˚ reflektorom i RX 1250 kontrolorom kao SmartPole (vidi sliku 8.4). Ovakve komponente smanjuju troškove i povećavaju fleksibilnost opremen.

Slika 8.3 SmartPole i TPS 1200

Slika 8.4 Kombinacije Sistema 1200: SmartRover, TPS1200, SmartStation i SmartPole

Sa SmartPole koordinate i orjentacija se određuje u toku mjerenja pomoću TPS-a ili GPS-a koristeći model mjerenja “On the Fly“. Na ovaj način smo uštedjeli vrijeme koje bi nam bilo potrebno za planiranje mjerenja u uredu i pronalaženje kontrolnih tačaka na



90

terenu radi uzimanja orjentacije na njih, a potom mjerenja detaljnih tačaka. Mjerenje se izvodi jednostavno koristeći model „On the Fly“. Ako se neka tačka može mjeriti i sa GPS-om i sa TPS-om, onda se ona uzima kao kontrolna tačka „On the Fly“. SmartPole omogučava da se totalna stanica postavi na bilo koju pogodnu lokaciju. Kod mjerenja ovim instrumentom nema više potrebe za vođenje vlaka, jer se za svako stajalište totalne stanice mogu odrediti koordinate i orjentacija na novu tačku pomoću SmartPole GPS-a. Kada se orjentacija zauzme i dobiju koordinate, sva mjerenja se preračunavaju automatski. Kod SmartPole-a u svakom trenutku moguća su i TPS i GPS mjerenja, što nam daje mogućnost izbora metode mjerenja u određenim zadacima. Tako, npr., ako su GPS mjerenja neizvodljiva zbog zaklanjanja signala, koristimo TPS metode mjerenja. U slučaju da nemamo ostvareno dogledanje između instrumenta i reflektora koristit ćemo GPS metodu mjerenja.



91

9. Suvremeni kompleksni sistemi

9.1 Terestrički laserski sistemi Ubrzan tehnološki razvoj u sferi elektroničkog mjerenja duljina rezultirao je upotrebom impulsne metode koja omogućava bezreflektorno mjerenje dužina. Dalji razvoj u tom smjeru rezultirao je pojavom sasvim novih instrumenata koji se zovu laserski skeneri (slika 9.1). Od njihove pojave prošlo je desetak godina, međutim, zbog svojih mjernih karakteristika nezadrživo tehnološki napreduju, cijena im pada i postaju ekonomski sve prihvatljiviji. Sve navedeno postaje razlogom da ih geodetski stručnjaci razvijenih zemalja sve više koriste za razne vrste praktičnih geodetskih zadataka, gdje je potrebna puno veća brzina od one koja se postiže klasičnim metodama. Primjena terestričkih laserskih skanera može biti zaista široka počevši od mjerenja građevinskih objekata (mostovi, saobraćajnice, tuneli i dr. ), mjerenja deformacija na branama, topografskoj izmjeri, industrijskoj izmjeri, arheološkim mjerenjima, snimanje fasada, mjerenjima kulturnih objekata pa sve do suvremenih 3D pogonskih katastara.

Slika 9.1 Laserski skener ScanStation firme Leica Laserski skeneri su instrumenti koji mjere dužinu do pasivnog signala. Pri tome, laserski snop se širi vertikalno i horizontalno i skenira prostor koji ga okružuje. Rezultat laserskog skeniranja su mnogobrojne x, y, i z koordinate tačaka koje su skenirane. Tačnost je različita za razne produkte i kreće se od ±0.5 mm za 5 m, do ±50 mm za 1000 m. Prvi laserski skeneri pojavili su se 1999. godine. Laserski skeneri mjere brže od motorizovanih elektronskih tahimetara, ali nisu i tačniji. Oni se porede sa blizopredmetnom fotogrametrijom i ponekad sa digitalnom slikom.



92

9.1.1 Vrste i principi rada 3D laserskih skenera 3D laserski skeneri su instrumenti pomoću kojih možemo dobiti 3D koordinete tačaka automatski sa sistematskim uzorkom, sa velikom brzinom (od 100 do 1000 tačaka u sekundi), i skoro u realnom vremenu. 3D laserski skeneri mogu biti:

- Stacionirani na nepomičnom mjestu (industrija), - Pokretni sistemi na stativina ili pogodnom stajalištu (geodezija, arheologija..), - Ugrađeni u avione ili helikoptere za potrebe topografije.

U nastavku će se govoriti o pokretnim sistemima na stativima, koje nazivamo terestričkim 3D laserskim skenerima, a upotrebljvaju se pri mjerenju deformacija, u arheologiji, pri topografskim mjerenjima, mašinstvu i sl. 3D laserski skeneri skeniraju površinu objekta. Efekat skeniranja se postiže sa jednim ili dva pokretna ogledala, koja za mali ogao odklanjaju laserski zrak proiciran na površinu objekta (slika 9.1). Osnovni uslov za lasersko 3D skeniranje jeste da skenirana površina odbija lasersku svjetlost. Da bi dobili 3D koordinate tačaka trebaju nam podaci o otklonskom uglu ogledala kao i udaljenost skenera od objekta. Sa obzirom na način mjerenja dužine 3D laserske skenere dijelimo na:

- Linijski i - Triangulacijski skeneri.

Slika 9.1 Odklanjanje laserskog zraka pomoću pokretnog ogledala



93

Linijski skeneri Ovi skeneri rade na principu mjerenja vremenskog intervala putovanja elektromagnetnog talasa između početne i krajnje tačke, ili na principu metode mjerenja faze odaslanog i primljeog signala. Prvi princip se primjenjuje kod impulsnih elektronskih daljinomjera. Tipična standardna devijacija za mjerenje dužine iznosi nekoliko milimetara. Ako je udaljenost mala, tačnost je jednaka za cijelu skenirajuču površinu. Na tačnost određivanja 3D koordinata utiče i tačnost određivanja otklona laserskog zraka. Drugi metoda se primjenjuje kod faznih elektronskih daljinomjera. Odaslani zrak se modulira sa harmonijskim valom, a udaljenost se računa iz fazne razlike odaslanog i primljenog vala. Ovom metodom se dobija bolja tačnost određivanja dužine. Da bi se obezbjedio dobro definisan odbijeni signal, ovi skeneri imaju smanjen domet. Linijski skeneri imaju veći doseg mjerenja od triangulacijskih skenera, ali im je tačnost manja, što je naročito izraženo pri manjim odstojanjima. Tačnost određivanja 3D koordinata je od nekoliko milimetara do nekoliko centimetara. Triangulacijski skeneri Ovi skeneri rade na principu triangulacije. Svjetlosni zrak, kojeg odašilje laserski izvor, proicira se na površinu objekta, a lokacija tačke na objektu se registruje CCD kamerom (pomoču jedne ili dvije CCD kamere, slika 9.2). Princip je jednostavan: laserski zrak je prema objektu usmjeren pod određenim uglom, a dužina baze je poznata iz kalibracije 3D laserskog skenera; udaljenost između instrumenta i objekta određena je iz ugla i dužine baze. Tačnost određivanja 3D koordinata tačaka pomoću triangulacijskih skenera iznosi oko 1 mm kod kratkih udaljenosti (manjih od 2 m). Tačnost ovisi od dužine baze skenera i udaljenosti skeniranog objekta.

Slika 9.2 Princip jedne (lijevo) i dvije (desno) CCD kamere



94

9.1.2 Osnovni elementi 3D laserskih skenera Kako se pri geodetskim radovima zahtijeva visoka tačnost, pri izboru instrumenta moramo voditi računa o mnogim elementima koji mogu znatno da utiču na tačnost mjerenja. Iz ovog razloga, zavisno od potreba biramo laserski skener sa odgovarajućim elementima. Elementi koji utiču na našu odluku su: oblik, tačnost, brzina skeniranja, rezolucija i veličina laserske tačke, doseg, signali (prizme), vidno polje, transport, napajanje, programska oprema i cijena. Oblik: 3D laserski skeneri mogu biti u obliku kameraskenera ili panoramskih skenera (slika 9.3). Kameraskeneri skeniraju prostor koji se nalazi ispred kamere i nemaju mogućnost rotacije oko ose. Panoramski skeneri imaju pokretnu glavu, koja rotira oko ose, te je moguće snimati profile.

Slika 9.3 lijevo- kameraskener, desno- panoramski skener

Tačnost: Tačnost određivanja prostorne lokacije ovisi od tačnosti određivanja dužine i ugaonih mjerenja. Sa optimalnim vrijednostima za ugaonu i dužinsku tačnost 3D laserski skeneri daju tačnost 3D položaja od ± 6 mm za pojedinačnu tačku i ±2 mm za moduliranu tačku za udaljenosti od 50 m. Brzina skeniranja: Da bi se obezbjedila visoka rezolucija objekta, potrebna je velika gustina tačaka. Većinu primjera zodovoljit će brzina od 1000 tačaka po sekundi. Rezolucija i veličina tačke Rezolucija 3D laserskog skenera je teoretski funkcija veličine uglovnog zakretanja ogledala. Kod skenera sa jednim ogledalom rezolucija je ovisna od ugaonog zakretanja ogledala, koje omogučava vertikalno zakretanje zraka (0.25˚ 0.5˚ 1˚) i od ugaonog zakretanja mjerne glave, koja omogučava horizontalni pomak laserskog zraka (0.0625˚



95

0.125˚ 0.25˚ 0.5˚ 1˚). Kod 3D skenera sa dvije CCD kamere rezolucija ovisi od ugaonog zakretanja oglegala. Veličina laserske svjetlosne tačke ovisi od tačnosti fokusiranja. Domet: Domet 3D skenera zavisi mnogo od odbojnih osobina materijala, stanja atmosfere, difuzne svjetlosti. Skeneri koji rade na principu mjerenja vremenskog intervala su manje osjetljivi na navedene osobine od faznih i triangulacijskih skenera. Domet pojedinih 3D skenera pri kojem dobijamo optimalne rezultate, dat je u tabeli 9.1

proizvođač tip domet [m] princip

Riegl LMS-Z420 1000 tof Optech ILRIS-3D 800 tof Mensi GS 100 100 tof

Cyra Teh. Cyrax 2500 100 tof Callidus Callidus 80 tof

MetricVision MV 200 60 tof Mensi S 25 25 tri

Tabela 9.1 Domet 3D laserskih skenera (tof- metoda vremenskog intervala, tri- metoda triangulacije)

Vidno polje: Razlikujemo horizontalno i vertikalno vidno polje skenera, koje zavisi od oblika skenera. Fiksni laserski skeneri, koji nemaju mogućnost rotacije oko ose, imaju malo vidno polje. Vidno polje ovakvih skenera iznosi 40˚ x 40˚ (Cayrax 2500). Skeneri sa jednom rotacionom osi imaju vidno polje 46˚ x 320˚ (Mensi S25), a sa dvije rotacione ose 360˚ x 180˚( Callidus PS 3200). Prizme: Kada oblak tačaka, koji je nastao iz različitih stajališta trebamo transformisati u željeni koordinatni sistem, koristimo posebne prizme, koje skenerski program samostalno prepoznaje (slika 9.4). Pojedini proizvođači proizvode posebne prizme kao dodatnu opremu, koje imaju visoku odbojnost zraka, a koriste se pri polarnom terestričkom snimanju i fotogrametrijskim mjerenjima.



96

Slika 9.4 Prizme (signali) za 3D laserske skenere Transport: Laserski skeneri srednjeg i većeg dosega su dosta veliki. Transportuju se u odgovarajučem kovčegu. Zajedno sa baterijom teže oko 30 kg. Napajanje: Primjenjuju se prenosne akumulatorske baterije. Jedna baterija može da izdrži jedan dan snimanja. Programska oprema: Programska oprema za 3D lasersko skeniranje je sastavljena iz različitih programskih modula, od čije kvalitete ovisi kvaliteta krajnjeg rezultata kao i vrijeme potrošeno na njegovo dobijanje. Cijena: Cijena 3D laserskih skenera se kreće od 70 000 do 100 000 eura. Manji programski paketi sa licencom iznose oko 10 000 eura.

9.1.3 Odbojnost površina Uslov za lasersko skeniranje bez primjene posebnig signala i prizmi jeste da skenirana površina odbija lasersku svjetlost određene talasne dužine. Površine od različitog materijala različito će odbijati lasersku svjetlost (vidi sliku 9.5). Laserska svjetlost se odbija od sve objekte koji se nalaze u području skeniranje (od ljude, automobile, drveća, ulične svjetiljke…). Ovako skeniramo i objekte koje ne želimo. Ovakve tačke u 3D oblaku tačaka nazivamo šumom i odklanjamo ih posebnim programom.



97

Slika 9.5 Različit materijal - različita odbojnost (lijevo- fotografija, desno- skenirano)

9.1.4 Rezultat skeniranja Rezultat laserskog skeniranja je oblak 3D koordinata tačaka skeniranog objekta, kojeg dobijemo u procesu obrade mjerenja pomoču različitih programa. Sam postupak obrade mjerenja je zahtjevan i iziskuje dosta vremena. Koordinate oblaka 3D tačaka objekta imaju ishodište smješteno u centru skenera. Da bi dobili koordinate u državnom sistemu, potrebno je imati najmanje tri tačke koje će za vrijeme skeniranja biti obilježene posebnim signalom, i čije su koordinate određene klasičnim geodetskim mjerenjem.

Slika 9.6 Oblak 3D tačaka: lijevo- detalj objekta, desno - detalj kipa



98

9.1.5 Prikaz suvremenog terestričkog sistema U ovom dijelu će biti opisan kao primjer jedan od najnovijih modela laserskih skanera poznatog proizvođača laserskih mjernih sistema, firme Riegl, model LMS - Z420i. Opisom ovog modela žele se prikazati karakteristike i mjerne mogućnosti terestričkih laserskih skanera koji se momentalno mogu nabaviti na tržištu. Također će se prikazati snimke i modeli koji nastaju obradom snimaka uz pomoć software- skih paketa. 3D terestrički laserski skaner sistema Riegel LMS - Z420i (slica 9.7) sastoji se od visoko preciznog laserskog 3D skanera kojemu je pridružen software RiSCAN PRO i kalibrirana digitalna kamera visoke rezolucije. Ovaj terestrički laserski skaner izvodi izmjeru nekog objekta mjerenjem velikog broja točaka u trodimenzionalnom koordinatnom sistemu. Kako bi se postigla veća točnost, mjerenje udaljenosti obavlja se u određenom broju ponavljanja. Najvažniji dio konstrukcije svakog laserskog skanera je rješenje usmjeravanja laserske zrake koja izvodi mjerenje. Za praktično izvođenje mjerenja izuzetno je bitno poznavati točnost instrumenta i razlučivost koju on može postići. Tačnost ovog laserskog sistema u prvom redu ovisi o udaljenosti objekta koji se mjeri, položaju uređaja i smjeru odaslane laserske zrake.

Slika 9.7 Laserski skener Rigel LMS-Z420i

Razlučivost laserskog skanera za praktične svrhe možemo objasniti kao dimenzije najmanjeg prepoznatljivog objekta na snimku. Predmetni model LMS - Z420i ima mjerno područje od 2 m do 800 m, što je značajno povećanje jer je prethodni model istog proizvođača (LMS - Z360i) imao mjerno područje od 2 m do 200 m. Točnost mjerenja u navedenom mjernom području iznosi do 5 mm.



99

Horizontalni pomak skanirajuće laserske zrake ostvaruje se okretanjem nosača instrumenta za 360°, dok je vertikalni raspon 80 i to ±40 od horizontalne ravnine, što je prikazano na slici 9.8.

Slika 9.8 Shematski prikaz laserskog skanera LMS - Z420i Sistem ima međusklop za prijenos podataka u prijenosno ili standardno PC računalo. Softwareski paket RiSCAN PRO omogućava arhiviranje podataka mjerenja, njihovo pregledavanje i daljnju obradu. Predmetni laserski sistem je uključena i digitalna kamera visoke rezolucije i to po izboru: kamera Nikon D100, rezolucije 6,1 Megapiksela ili kamera CANON EOS 1Ds MARK II, izuzetno visoke rezolucije od 16,7 Megapiksela. Važno je napomenuti da je nakon tako obrađenog mjerenja i formiranog modela snimka moguće naknadno mjerenje u modelu, dakle, bez ponovnog vraćanja na teren. Ova je karakteristika jako značajna jer znamo da je rad u kancelariji višestruko jeftiniji od terenskog rada, a u praksi se zna da je izrazito neekonomično izvoditi naknadna mjerenja na terenu te, ako se pojave, tada nastaju negativni financijski efekti. Na tržištu se pojavljuje sve veći broj proizvođača laserskih skanera kao što su Cyra Tehnologies, Riegel Laser Measurement Systems, Leica, Trimble, Mensi corporation i dr. Svaki od proizvođača nudi više različitih vrsta laserskih skanera, nastojeći pokriti široku lepezu potencijalnih korisnika. Uz laserski skaner isporučuje se također i prijenosno terensko računalo s programom za obradu snimka RISCAN PRO, pa se rezultati mjerenja dobivaju odmah na terenu. Obrada snimka se izvodi odmah na terenu, te ukoliko je potrebno izvodi se ponovno snimanje i tako štedi zbog eventualnih naknadnih terenskih troškova.



100

Iz navedenih karakteristika je vidljivo da opisani instrument omogućava izvođenje brze, jednostavne i samim time jeftine izmjere raznih terenskih oblika i objekata. Izvedeni snimak se vrlo lako može pretvoriti uz pomoć programskog modula AUTOCAD Plugin ScanDig3D PRO u trodimenzionalni digitalni model terena (DMR), vrlo visoke točnosti. Suvremena projektiranja zahtijevaju upravo ovakve DMR- e kao podloge za razne postupke modeliranja. Svi dobiveni podaci se mogu koristiti radi daljnje obrade u raznim drugim programima za modeliranje i prezentaciju (CAD- programi, Arc info i dr.). Pomoću programskog modula RiSCAN PRO Plugin Orthofhoto moguće je izrađivati ortofoto planove. Na slici 9.9 je prikazan primjer jednog trodimenzionalnog ortofoto snimka zgrade koji jasno prikazuje mogućnosti terestričkog laserskog sistem. Prikazani model je nastao obradom 83 pojedinačna snimka, jer je zgrada dugačka 155 m i visoka 98 m. Za izradu ovakvih kompleksnih snimaka povijesnih građevina, potreban je izuzetno moćan softverski paket, koji može manipulirati ogromnim količinama podataka. Treba također naglasiti da kompjutorski programi koji se isporučuju uz laserski skaner omogućuju izradu izlaznih aplikacija: tablica, grafikona, profila, crteža, karata i sl., koji su potrebni za izradu tehničkih izvještaja o obavljenom zadatku, što geodetskom stručnjaku ubrzava i olakšava kancelarijski posao.

Slika 9.9 3D ortofoto snimak zgrade urađen laserskim skenerom



101

Prikazani trodimenzionalni laserski sistem ima zaista velike mogućnosti koje omogućavaju geodetskim stručnjacima da izvedu snimanja u zaista kratkom roku s traženom točnošću i prihvatljivom cijenom. Laserski skaner tvrtke Riegel model LMS – Z420i (URL 1) ima izuzetno široki spektar mogućnosti primjene u raznim područjima koje pokrivaju geodetski stručnjaci svojim mjerenjima. Mjerenja ovim laserskim sistemom mogu se koristiti za: topografska snimanja, rudarska mjerenja, arhitektonska mjerenja, snimanja fasada, arheološka mjerenja, snimanje objekata kulturne baštine, praćenje izgradnje raznih vrsta građevinskih objekata i mnogih drugih. Važno je naglasiti da pored opisanih mogućnosti terestričkih laserskih skanera oni za geodetske stručnjake otvaraju i mnoga nova područja djelovanja te su stoga izuzetno značajni za našu struku. Tako je na primjer veliko područje primjene u transportnim sistemima raznih namjena, kao što su saobraćajnice, aerodromski transportni sistemi, industrijski transportni i proizvodni sistemi (rafinerije, naftovodi, itd.). Na kraju treba napomenuti da za sada kod nas ovi uređaji još uvijek nisu doživjeli širu primjenu, no pojavili su se na tržištu. Za očekivati je da će se njihova primjena proširiti, što će u svakom slučaju značiti i proširenje geodetske djelatnosti na nova područja. To je još jedan dokaz kako nove tehnologije mijenjaju metode rada pa čak i samu struku, stoga je jako bitno stalno pratiti tehnološki razvoj i nastojati ga što prije primijeniti u geodetskoj praksi.

9.2 Laserski trackeri Lasers trecker interferometri su instrumenti koji se sastoje od jednog laserskog snopa. Snopom se upravlja pomoću motornog i rotirajućeg ogledala i na taj način dospijeva do reflektora. Regulacijsko kolo (petlja) osigurava da laserski snop slijedi kretanje reflektora preko rotitajućeg ogledala. Odgovarajući položaj ogledala se bilježi pomoću uglovnih senzora (horizontalni i vertikalni ugao) i zajedno se sa interferometrijski određenom dužinom (do reflektora) sračunava. Nedostatak interferometrijskog načina mjerenja dužina trackeri su dopunili na taj način što se dužina određuje jako precizno, a vrijeme mjerenja je svega nekoliko sekundi. Trackeri imaju elektronske limbove sa dva servo motora, i očitanje uglova je slično kao kod elektronskih teodolita. Imaju veliku mjernu frekvenciju. Moguće je izvršiti do 3000 mjerenja u jednoj sekundi. Dalji razvoj trackera ogleda se kroz poboljšanje mehaničke stabilnosti i tačnosti mjerenja kao i brzine mjerena. Ovi instrumenti pojavili su se na tržištu 1988. godine i imali su manji domet i znatno manju tačnost nego današnji. Sa trackerom se danas može dostići tačnost prostornih koordinata pri nepokretnom cilju od 10 ppm (0.1 mm/10 m ) za udaljenosti do 30 m, a pri pokretnom cilju od 20 ppm do 30 ppm. Od 1997. Proizvođači laserskih trackera nude specijalne modele, koje karakteriše „apsolutno mjerenje dužina“, a zasnovani su na laserskim interferometrima. Laser trackeri naši su veliku primjenu u industriji, gdje je potrebno izvršiti veliki broj kontrola u kratkom vremenskom periodu, a pri tome se mjerenja vrše sa manjih



102

udaljenosti. Tačnost koju obezbjeđuju ovi instrumeti za potrebe industrije su zadovoljavajuće. Trakeri se primjenjuju u mašinskoj industriji, u industriji automobila i aviona, u robotskoj industriji i u svim drugim djelatnostima gdje je potreban nadzor i kontrola nad proizvodnjom i dijelovima raznih uređaja. Sva mjerenja se kroz prateće sofrwareske paketima mogu grafički prikazati u 3D, što povećava tačnost i olakšava rad.



103

Robotska kontrola Jako brzo praćenje je jedno od osnovnih zahtjeva za robotsku kontrolu, mašinsko navođenje. Robotska kalibracija, poboljšanje tačnosti mašina za bušenje ili automatizacija spajanja dijelova su samo neki primjeri mašinske kontrole Leica Laser trackera

CAD bazirana kontrola Površinsko ispitivanje i verifikovanje Komponenata ostvaruju se brže sa mjerenjem od 3 000 tačaka/sec analiziranih u realnom vremenu. Metrolog XG Leica software u trenutku određuje aktualne devijacije dizajna u granicama tolerancije.



104

10. Zaključak Danas je na Evropskom tržištu uistinu zadovoljavajuća ponuda geodetskih instrumenata i pribora najvišeg stepena razvoja. Svakodnevno se na tržištu pojavljuju novi proizvodi sa novim mogućnostima. Ovaj ubrzan razvoj tehnologije i tehnike mjerenja naročito je primjetan u posljednjih dvadesetak godina. Jednak intenzitet razvoja tehnike, a vjerovatno i ubrzan, očekuje nas i u budućnosti. Klasične metode premjera se neće više primjenjivati, jer su one prespore. Potrebe za bržim i efektivnijim metodama rada nametnulo je tržište. Terenski rad će se značajno približiti kancelarijskom (već jednim dijelom i jeste), jer će se brojna računanja, kontrole, pa i vizualizacija mjerenih podataka kroz razne software obavljati na terenu. Rad sa modernim instrumentom je već danas toliko uprošten, da za terenske poslove nije neophodno inženjersko znanje. Instrumentom može da upravlja svaka osoba nakon kratkotrajne obuke. Cilj postupka automatizacije je povećanje ekonomičnosti procesa rada, a to znači ubrzavanje procesa rada i isključenje čovjeka iz pojedinih operacija, što doprinosi povećanoj tačnosti. Danas imamo takve mjerne sisteme kojima upravlja samo jedan čovjek, i koji su daljinski kontrolisani, pa je uticaj čovjeka u procesu mjerenja minimaliziran. U budućnosti možemo da očekujemo robotske mjerne sisteme, koji će biti programiran za svaki proces i moći preuzeti aktivnosti koje je inače izvodio čovjek. Ovakvi robotski sistemi bi izvodili mjerenja Zemljine površine i objekata na njoj, bilo da su oni pomični ili nepomični. Upitno je jedino kakva će biti ekonomska moć tržišta kojemu bi bili namijenjeni ovi sistemi i koliko bi mogli postati komercijalni? Vjerovatno bi samo velike geodetske kompanije mogle sebi da priušte ovakve „inteligentne“ sisteme, a lokalne firme će i dalje nastaviti koristiti tradicionalne metode mjerenja sa komercijalnijim geodetskim instrumentima. No, pored svega važno je naglasiti da je neophodno pratiti sve tehnološke novosti koje se dešavaju na tržištu, jer one u mnogome mijenjaju metode rada pa čak i samu struku. Nove tehnologije potrebno je što prije primijeni, jer će to u svakom slučaju značiti i proširenje geodetske djelatnosti na nova područja.



105

11. Literatura:

1. BENČIĆ, D.,1990., Kartografske Projekcije. Školska knjiga, Zagreb. 2. MRKIĆ, R., 1991., Geodetska metrologija. Naučna knjiga, Beograd. 3. VODOPIVEC, F., 1997., Geodezija II, Visinomjerstvo. FAGG, Ljubljana. 4. KOGOJ, D., 2006., Mjerenje dužina elektronskim daljinomjerima, Građevinski

fakultet u Sarajevu, Sarajevo. 5. BARKOVIĆ, Đ.,1998, Geodetski list , „Integrirani geodetski mjerni sustavi -

totalne mjerne stanice“, Zagreb. 6. SOLARIĆ, N., BENČIĆ, D.,NOGIĆ, Č., 1990., Geodetski list, „Nova generacija

nivelira s automatskim očitanjem i registracijom letve i duljina – Wild NA2000, Zagreb.

7. url 1 : http: //www.geof.hr 8. url 2 : http: //www.leica.com 9. url 3 : http: //www.topcon.com 10. url 4 : http: //www.sokkia.com 11. url 5 : http: //www.nikon.com 12. url 6 : http: //www.trimble.com 13. VDV Vermessung und Geoinformation -VDV magazin, 2/2006, 3/2006. 14. Geoconnexion International Magazine - Geo: 3/2007 15. Prospekti i reklamni materijali proizvođača: Leica geosystems, Topcon, Nikon,

Sokkia, Trimble, Foif, Pentax



106

Biografija:

Alma Karamustafić rođena je 08.02.1983. godine u Travniku. Osnovno i srednje obrazovanje završava u Gornjem Vakufu, gdje pohađa Opću gimnaziju. Na prvu godinu Građevinskog fakulteta Univerziteta u Sarajevu upisuje se 2001. godine. Školsku 2002/03. godinu pohađa na Tehničkom Univerzitetu u Beču (Technische Universität Wien). Potom studij nastavlja u Sarajevu, gdje i stiče status apsolventa u januaru 2007. godine.

stanje i razvoj terestrickog geod-instr diplomski_rad_alma_karamustafic (1)

Documents