Specjalistyczne Instrumenty W Pomiarach Inżynieryjnych S I W P I

Transkrypt

1 Specjalistyczne Instrumenty W Pomiarach Inżynieryjnych S I W P I

2 ELEKTRONICZNE NIWELATORY KODOWE (CYFROWE) Niwelatory cyfrowe - niwelatory kodowe wypierają z rynku niwelatory klasyczne. Powód - większa wydajności oraz możliwość automatyzacji pomiarów i opracowania wyników.

3 ELEKTRONICZNE NIWELATORY KODOWE (CYFROWE) Niwelatory cyfrowe precyzyjne

4 ELEKTRONICZNE NIWELATORY KODOWE (CYFROWE) Niwelatory cyfrowe techniczne

5 PRZEKAZ INFORMACJI W NIWELACJI Z WYKORZYSTANIEM NIWELATORÓW CYFROWYCH

6 NIWELATORY CYFROWE ZASADA DZIAŁANIA Wszystkie modele niwelatorów cyfrowych działają na podobnej zasadzie. We wszystkich oś celowa ustawiona jest w kierunku poziomym dzięki układom kompensacyjnym kompensatorowi. W lunecie każdego niwelatora zamontowany jest przetwornik optoelektroniczny obrazu łaty. Stosuje się łaty z podziałem w formie specjalnego kodu, który złożony jest z naprzemianległych pól jasnych i ciemnych o różnej grubości.

7 KOD KRESKOWY Kod kreskowy, kod paskowy (ang. barcode) graficzna reprezentacja informacji poprzez kombinację ciemnych i jasnych elementów, ustaloną według symboliki (reguł opisujących budowę kodu, np. jego wymiary, zbiór kodowanych znaków, algorytm obliczania cyfry kontrolnej i inne) danego kodu. Rozróżnia się znaki kodujące dane oraz znaki pomocnicze, charakterystyczne dla danej symboliki. Symbolika to opis zasad tworzenia poszczególnych rodzajów kodów, czyli sposobu w jaki znaki pisma, czytelne wzrokowo, odwzorowane są poprzez jasne i ciemne elementy o różnej szerokości. Kod kreskowy przeznaczony jest dla czytników elektronicznych. Istnieje szereg różnych odmian kodów. Różnią się one układem kresek i możliwościami kodowania (cyfry, litery, ilość znaków). Kod na celu umożliwienie automatycznego odczytywania informacji. Głównym zastosowaniem kodu kreskowego jest automatyczna identyfikacja produktów w szeroko pojętej logistyce. Podstawowe rodzaje kodów kreskowych: linearne, dwuwymiarowe, pozostałe kody linearne.

8 RÓŻNE KODY KRESKOWE STOSOWANE PRZEZ PRODUCENTÓW NIWELATORÓW

9 WŁAŚCIWOŚCI KODÓW STOSOWANYCH PRZEZ RÓŻNYCH PRODUCENTÓW NIWELATORÓW

10 NIWELATORY CYFROWE ZASADA DZIAŁANIA Odczyt położenia osi celowej na łacie kodowej odbywa się na zasadzie porównania dwóch obrazów: obrazu łaty zrzutowanej przez układ optyczny na matrycę kamery cyfrowej CCD i obrazu - wzorca wprowadzonego do mikroprocesora przez producenta. Porównywanie odbywa się metodą korelacji przetwarzanego sygnału pomiarowego z sygnałem wzorcowym.

11 NIWELATORY CYFROWE ZASADA DZIAŁANIA W procesie tym pożądana jest znajomość odległości ogniskowania d (odległość niwelatora od łaty), która z dokładnością do decymetra lub kilku centymetrów wyznaczana jest w niwelatorze najczęściej z analizy położenia soczewki ogniskującej układu optycznego. Dlatego też, w czasie pomiarów należy zawsze pamiętać, aby ustawić ostry obraz łaty.

12 NIWELATORY CYFROWE ZASADA DZIAŁANIA W niwelatorze cyfrowym zastosowano czujnik położenia soczewki ogniskującej, względem stałego punktu odniesienia, z którego jest wyznaczana odległość do łaty. Znajomość odległości przyśpiesza wykonywanie korelacji. Liczba obliczeń w celu rozwiązania korelacji została zredukowana poprzez zastosowanie dwóch etapów interpolacji korelacji zgrubnej i korelacji dokładnej.

13 NIWELATORY CYFROWE ZASADA DZIAŁANIA W korelacji zgrubnej wykorzystywana jest odległość wyznaczona z położenia soczewki ogniskującej. W jej wyniku powstaje pole do udokładnienia odczytu w korelacji dokładnej, w wyniku której zostaje zidentyfikowany odczyt odpowiadający odległości od zera łaty do osi celowej niwelatora.

14 POZYSKIWANIE I PRZETWARZANIE DANYCH A/D - Analog/Digital SW - Software

15 NIWELATORY CYFROWE - FUNKCJONALNOŚĆ Prawie każdy niwelator kodowy posiada możliwość rejestracji danych i pozwala na ich eksport do komputera za pomocą odpowiedniego portu lub karty pamięci. Dzięki temu możliwe jest bezpośrednie przeniesienie odpowiednio sformatowanych wyników do programu obliczeniowego oraz ich archiwizacja. Oprogramowanie niwelatorów kodowych udostępnia wiele trybów pomiarów, jak również pozwala na wykonanie obliczeń oraz kalibrację instrumentu. Zależy to jednak do producentów sprzętu i ich oprogramowania.

16 WPŁYW WARUNKÓW ZEWNĘTRZNYCH - ZAKŁÓCENIA (NOISE) Na wykonywanie odczytów niwelatorami kodowymi mają wpływ warunki zewnętrzne, takie jak: - turbulencja powietrza w wysokich temperaturach, - drgania kompensatora wywołane silnym wiatrem lub wibracją podłoża, - niejednorodne oświetlenie łaty, - kontrast i oświetlenie tła łaty oraz odblaski od podłoża i obiektów obok, - zasłonięcie części łaty (może uniemożliwić pomiar nawet, gdy zasłonięta jest część łaty, w którą nie celujemy - widoczny musi być odcinek łaty o określonej długości zwykle 30 cm lub 30% lub też procentowo określona część długość kodu w polu widzenia - w zależności od odległości do łaty).

17 DOKŁADNOŚĆ Dokładność pomiaru niwelatorem kodowym zależy od oddziaływania wewnętrznego i zewnętrznego, czyli: - dokładność wyznaczenia pozycji względnej, - skali obrazu łaty kodowej, - jakość oświetlenia, - wyboru programu pomiarowego i jego dokładności, - dokładności (w tym rodzaju łaty) i sposobu ustawienia łaty.

18 PODSUMOWANIE - NOISE (ZAKŁÓCENIA) SNR - signal-to-noise ratio - stosunek sygnału do szumu

19 OCENA REFRAKCJI PRZEZ ZNIEKSZTAŁCENIE OBRAZU

20 ZALETY NIWELATORÓW CYFROWYCH Do zalet niwelatorów cyfrowych zaliczyć należy: - większą efektywność pomiarów dzięki automatyzacji, - wykluczenie z pomiarów błędów grubych popełnianych przez obserwatora podczas wykonywania odczytu, - możliwość prowadzenia pomiarów w warunkach niestabilnych przy zastosowaniu odpowiedniego trybu pracy, - automatyczna (w ograniczonym zakresie!!!) kontrola poprawności i dokładności pomiarów.

21 Wanic A., Instrumentoznawstwo geodezyjne i elementy technik pomiarowych, Wyd. UWM, Olsztyn 2007, str Niwelator kodowy Wild NA 2002 Niwelator kodowy Wild NA 2002 Niwelator kodowy Leica NA 2002

22 Wanic A., Instrumentoznawstwo geodezyjne i elementy technik pomiarowych, Wyd. UWM, Olsztyn 2007, str

25 PODSTAWOWE PARAMETRY NIWELATORÓW CYFROWYCH 1 Luneta: powiększenie [ x ] średnica obiektywu [ mm ] rozdzielczość [ ] pole widzenia na 100 m [ m ] Kompensator: zakres [ ] dokładność [ ]

26 PODSTAWOWE PARAMETRY NIWELATORÓW CYFROWYCH 2 Elektroniczny pomiar wysokości: dokładność na 1 km podwójnej niwelacji: z wykorzystaniem łat inwarowych [ mm ] z wykorzystaniem łat fiberglassowych [ mm ] zasięg pomiaru (od do): z wykorzystaniem łat inwarowych [ m ] z wykorzystaniem łat fiberglassowych [ m ] dokładność odczytu [ mm ] czas pomiaru dokładnego [ s ]

27 PODSTAWOWE PARAMETRY NIWELATORÓW CYFROWYCH 3 Optyczny pomiar wysokości: dokładność na 1 km podwójnej niwelacji [ mm ] najkrótsza celowa [ m ] Pomiar odległości i kąta poziomego: dokładność pomiaru odległości [ mm ] dokładność odczytu odległości [ mm ] najmniejsza działka [ g lub ]

28 PODSTAWOWE PARAMETRY NIWELATORÓW CYFROWYCH 4 Oprogramowanie wewnętrzne (funkcje)... Wyświetlacz: wielkość ekranu [ piksele lub znaki ] wyświetlane informacje wyniki pomiarów liczba klawiszy Rejestracja danych: pojemność pamięci wewnętrznej (liczba obserwacji) karta pamięci (typ i wielkość) porty wejścia-wyjścia format wymiany danych

29 PODSTAWOWE PARAMETRY NIWELATORÓW CYFROWYCH 5 Zasilanie: rodzaj baterii czas ciągłej pracy [ h ] Ogólne: wymiary (dł. x szer. x wys.) [ mm ] waga [ kg ] pyło- i wodoszczelność wyposażenie standardowe

30 WYBRANE PARAMETRY PODSTAWOWE NIEKTÓRYCH PRECYZYJNYCH NIWELATORÓW CYFROWYCH

31 LEICA DNA 03 Precyzyjny niwelator cyfrowy (kodowy) Wybrane parametry podstawowe: - powiększenie lunety 24x - średnica obiektywu 36 mm - zakres pracy kompensatora 10 - dokładność ustawienia kompensatora 0.3" - dokładność 0.3 mm/ 1 km przy odczycie elektronicznym na łacie kodowej, inwarowej, 1 mm/ 1 km na łacie fiberglassowej - dokładność 2 mm/ 1 km przy odczycie optycznym - najmniejsza działka 0.01 mm - zasięg pomiaru od 1.8 m do 110 m (łaty inwarowe i fiberglassowe) - czas pomiaru dokładnego 3 s - dokładność pomiaru odległości do łaty 10 mm na 20 m - czas ciągłej pracy 12 h - waga 2.8 kg

32 LEICA LS10 LEICA LS15

33 LEICA LS10 LEICA LS15c

34 LEICA LS10 LEICA LS15

35 TRIMBLE DiNi 0.3 Precyzyjny niwelator cyfrowy (kodowy) Wybrane parametry podstawowe: - powiększenie lunety 32x - średnica obiektywu 40 mm - zakres pracy kompensatora 15 - dokładność ustawienia kompensatora 0.2" - dokładność 0.3 mm/ 1 km przy odczycie elektronicznym na łacie kodowej, inwarowej, 1 mm/ 1 km na łacie fiberglassowej - dokładność 1.5 mm/ 1 km przy odczycie optycznym - najmniejsza działka 0.01 mm - zasięg pomiaru od 1.5 m do 100 m (łaty inwarowe i fiberglassowe) - czas pomiaru dokładnego 3 s - dokładność pomiaru odległości do łaty 20 mm na 20 m - czas ciągłej pracy 72 h - waga 3.5 kg

36 TOPCON DL-101C Precyzyjny niwelator cyfrowy (kodowy) Wybrane parametry podstawowe: - powiększenie lunety 32x - średnica obiektywu 45 mm - rozdzielczość 3" - zakres pracy kompensatora 12 - dokładność ustawienia kompensatora 0.3" - dokładność 0.4 mm/ 1 km przy odczycie elektronicznym na łacie kodowej, inwarowej, 0.8 mm/ 1 km na łacie fiberglassowej - dokładność 1 mm/ 1 km przy odczycie optycznym - najmniejsza działka 0.01 mm - zasięg pomiaru od 2 m do 60 m (łaty inwarowe), od 2 do 100 (łaty fiberglasowe) - czas pomiaru dokładnego 4 s - dokładność pomiaru odległości do łaty 1 mm na 1 m - czas ciągłej pracy 10 h - waga 2.8 kg

37 TOPCON DL-101C Zalety DL-101C: - szybki pomiar - możliwość rejestracji danych i ich transmisji - oprogramowanie dedykowane, programy pomiarowe Wady DL-101C: - reaguje na zmiany temperatury - czuły na zmiany warunków oświetlenia

38 SOKKIA SDL1X Precyzyjny niwelator cyfrowy (kodowy) Wybrane parametry podstawowe: - powiększenie lunety 32x - średnica obiektywu 45 mm - zakres pracy kompensatora 12 - dokładność ustawienia kompensatora 0.3" - dokładność 0.2 mm/ 1 km przy odczycie elektronicznym na łacie kodowej, inwarowej, 1 mm/ 1 km na łacie fiberglassowej - dokładność 1 mm/ 1 km przy odczycie optycznym - najmniejsza działka 0.01 mm - zasięg pomiaru od 1.6 m do 100 m (łaty inwarowe i fiberglassowe) - czas pomiaru dokładnego 2.5 s - dokładność pomiaru odległości do łaty 10 mm przy odległościach 0-10 m, 0.1% przy odległościach m, 0.2% przy odległościach powyżej 50 m - czas ciągłej pracy 12 h - waga 3.7 kg

39 TOPCON DL-501

40 TOPCON DL-502 i DL-503

41 ŁATY KODOWE INWAROWE Leica, długość 3,0m, waga 4,9kg Leica, długość 2,0m, waga 4,2kg Leica, do pomiarów przemysłowych, z wymienną końcówką, długość 92cm, waga 1,7kg

42 ŁATA TELESKOPOWA Z WŁÓKNA WĘGLOWEGO ŁATA FIBERGLASOWA Łata kodowa zwykle, po swej drugiej stronie, ma tradycyjny podział co umożliwia wykonywanie niwelatorem kodowym także tradycyjnej niwelacji geometrycznej, z odczytem i zapisem przewyższeń przez obserwatora. Leica, 4-częściowa łata teleskopowa front: pas kodowy, rewers: podziałka w mm długość od 1,2m do 4,0m waga 2,2kg współczynnik rozszerzalności -10ppm/ C

43 ŁATA KODOWA ŁĄCZONA Z WŁÓKNA WĘGLOWEGO ŁATA FIBERGLASOWA Łata Leica: 3 łączone elementy front: pas kodowy, rewers: podziałka w cm długość od 1,6m do 4,0m waga 4,4kg współczynnik rozszerzalności -10ppm/ C

44 ŁATA KODOWA TELESKOPOWA ALUMINIOWA 4-częściowa łata teleskopowa Leica front: pas kodowy, rewers: podziałka w mm długość od 1,2m do 4,0m waga 1,8kg. współczynnik rozszerzalności -24ppm/ C.

45 Kliny niwelacyjne: KLINY NIWELACYJNE -długość w zależności od zwięzłości gruntu, -nakładane tuleje/nasadki/baby. CIĘŻKIE ŻABKI

46 REPERY

47 REPERY

48 REPERY

49 REPERY

50 STOJAKI

51 OSPRZĘT STOSOWANY W NIWELACJI - MOBILNE SYSTEMY NIWELACYJNE

59 PROCEDURY TESTOWANIA, REKTYFIKACJI, KALIBRACJI NIWELATORÓW CYFROWYCH I OSPRZĘTU (AKCESORIÓW) Ingensand H., Check of Digital Levels, FIG XXII International Congress Washington, D.C. USA, April

60 Ingensand H., Check of Digital Levels, FIG XXII International Congress Washington, D.C. USA, April

61

62

63

64 BADANIE INSTRUMENTÓW GEODEZYJNYCH POLOWE OKREŚLANIE DOKŁADNOŚCI UŻYTKOWEJ PN-ISO Optyka i instrumenty optyczne. Procedury terenowe do badania instrumentów geodezyjnych i pomiarowych. Część 2: Niwelatory. A. Uproszczona procedura testowa B. Pełna procedura testowa s ISO-LEV (odchylenie standardowe dla 1 km podwójnej niwelacji)

65 NIWELATORY KODOWE TRYBY POMIARU

66 Pomiar pojedynczy Pomiar n krotny: TRYBY POMIARU z uśrednianiem, z wartością środkowego pomiaru, z ustalonym odchyleniem standardowym, Pomiar ciągły Leica DNA 03 Topcon DL-101C

67 METODY POMIAROWE W NIWELACJI PODŁUŻNEJ (CIĄGÓW) Leica DNA 03 T tył (Back) P przód (Fore) Topcon DL-101C B1F1F2B2 B1B2F1F2 BF

68 PROGRAMY POMIAROWE pomiar i rejestracja, niwelacja podłużna ciągu, pomiar punktów pośrednich, rozproszonych wyrównanie ciągu, tyczenie, pomiar z odwróconą łatą inverse mode, pomiar testowy, pomiar odległości, kodowanie, rektyfikacja,

69 PROGRAMY - PROCEDURY REKTYFIKACJI WYBRANYCH NIWELATORÓW CYFROWYCH

70 TOPCON DL-101C

71

72

73

74

75

76

77

78

79 LEICA DNA 03

80

81

82

83

84

85

86

87 Jankowska M.: Badanie wpływu zmian temperatury na położenie osi celowej wybranych precyzyjnych niwelatorów cyfrowych, Praca magisterska, KG WILŚIG PK, Koszalin 2015, promotor: dr inż. K. Deska.

88 Jankowska M.,, Study of the effect of temperature changes on the position of the line of sight of selected high -precision digital levels, Badanie wpływu zmian temperatury na położenie osi celowej wybranych precyzyjnych niwelatorów cyfrowych, Materiały XII Konferencji Studentów i Młodych Pracowników Nauki, Wyd. Politechniki Koszalińskiej, Koszalin 2015, w druku.

89 Odczyty z łaty - końcówki w mm 8,20 8,10 8,00 7,90 7,80 7,70 7,60 7,50 7,40 7,30 7,20 7,10 7, Czas od rozpoczęcia pomiaru (w min.) Rys. 5. Wartości odczytów z łaty w czasie wraz z wielomianową linią trendu 6 stopnia niwelator Topcon DL-101C Źródło: [5] Fig. 5. The values of the patch readings over time with the polynomial trend line 6 grade - level Topcon DL-101C Source: [5]

90 Odczyty z łaty - końcówki w mm 6,10 6,00 5,90 5,80 5,70 5,60 5, Czas od rozpoczęcia pomiaru (w min.) Rys. 6. Wartości odczytów z łaty w czasie wraz z wielomianową linią trendu 6 stopnia niwelator Leica DNA 03 Źródło: [5] Fig. 6. The values of the patch readings over time with the polynomial trend line 6 grade - level Leica DNA 03 Source: [5]

91 Wnioski ogólne z przeprowadzonych badań: - przy jednakowej temperaturze instrumentu i otoczenia wskazania osi celowej nie są stałe (następują niewielkie różnice rzędu kilku setnych mm), - wraz ze wzrostem różnicy temperatur wzrasta czas adaptacji instrumentu, - teoretyczny czas aklimatyzacji (2 min. / 1 C) dla Topcona jest za krótki, - kąt pochylenia osi celowej, przy zmianach temperatury, nie jest jednakowy, - wraz ze wzrostem różnicy temperatur instrument otoczenie wzrasta rozbieżność otrzymywanych wyników, a występujące zmiany nie są w pełni odwracalne.

92 LITERATURA Wanic A., Instrumentoznawstwo geodezyjne i elementy technik pomiarowych, Wyd. UWM, Olsztyn Płatek A., Geodezyjne dalmierze elektromagnetyczne i tachimetry elektroniczne, PWN, Warszawa Płatek A., Elektroniczne techniki pomiarowe w geodezji, Wyd. AGH, Kraków Holejko K., Precyzyjne elektroniczne pomiary odległości i kątów, WNT, Warszawa Ingensand H., Check of Digital Levels, FIG XXII International Congress Washington, D.C. USA, April Ingensand H, The evolution of digital levelling techniques limitations and new solutions, Flach, P.,Hennes, M., Die optische Turbulenz Wirklich nur ein limitierender Faktor für geodätische Messungen?, Progress in Geodetic Sciences at Geodätische Woche '98, Kaiserslautern PN-ISO Optyka i instrumenty optyczne. Procedury terenowe do badania instrumentów geodezyjnych i pomiarowych. Część 2: Niwelatory. Beluch J., Frukacz M., Mróz J., Pokrzywa A., Szczutko T., Badania laboratoryjne niwelatorów i precyzyjnych łat niwelacyjnych, Kraków Frukacz M., Optymalne procedury wyznaczania współczynnika liniowej rozszerzalności termicznej i wzorcowania precyzyjnych łat niwelacyjnych, Praca doktorska, AGH Kraków Szczutko T., Frukacz M Invar Rod Calibration on Vertical Comparator Executed in the Geodesy Metrology Laboratory of the AGH University of Science and Technology in Krakow Poland with Use of Computer-aided Image Analysis, Reports on Geodesy, No. 1 (90) PW, Warszawa Frukacz M., Szczutko T., Wykorzystanie niwelatora leica sprinterz łatami fiberglasowymi GSS113 do niwelacji osnowy szczególowej III klasy, Infrastruktura I Ekologia Terenów Wiejskich, Nr 1/III/2012, PAN O. Kraków Instrukcja obsługi niwelator kodowy Topcon DL-101C/DL-102C Instrukcja użytkownika Leica DNA03/DNA10 v. 2.0

93 LITERATURA Donowan G., Temperature Induced Changes in the Lines-of-Sight of Two Topcon DL-101C Digital Levels, The University of New South Wales School of Geomatic Engineering, GMAT8001 Thesis, Margański S.: Stabilność parametrów niwelatorów kodowych DiNi 12, Instytut Geodezji Wyższej i Astronomii Geodezyjnej Politechniki Warszawskiej, [dostęp: ] Jankowska M., Badanie wpływu zmian temperatury na położenie osi celowej wybranych precyzyjnych niwelatorów cyfrowych, Praca magisterska, KG WILŚIG PK, Koszalin 2015, promotor: dr inż. K. Deska. Jankowska M., Study of the effect of temperature changes on the position of the line of sight of selected high - precision digital levels, Badanie wpływu zmian temperatury na położenie osi celowej wybranych precyzyjnych niwelatorów cyfrowych, Materiały XII Konferencji Studentów i Młodych Pracowników Nauki,, Wyd. Politechniki Koszalińskiej, Koszalin 2015, w druku

94 LITERATURA ulotka_dl_503_net_ pdf ulotka_topcon_dl-501.pdf Leica_LS_digital_levels_BRO_pl.pdf Leica_LS_digital_levels_DS_pl.pdf