ΑΚΡΗΒΖ ΤΓΥΡΟΝΗΜΟ ΡΟΜΠΟΣΗΚΟΤ ΘΔΟΓΟΛΗΥΟΤ (RTS) KAI GPS ΜΔ ΠΔΗΡΑΜΑΣΗΚΔ ΚΑΗ ΑΝΑΛΤΣΗΚΔ ΜΔΘΟΓΟΤ

Transcript

1 ΠΑΝΔΠΗΣΖΜΗΟ ΠΑΣΡΧΝ ΠΟΛΤΣΔΥΝΗΚΖ ΥΟΛΖ ΣΜΖΜΑ ΠΟΛΗΣΗΚΧΝ ΜΖΥΑΝΗΚΧΝ ΣΟΜΔΑ ΓΔΧΣΔΥΝΗΚΖ ΚΑΗ ΤΓΡΑΤΛΗΚΖ ΜΖΥΑΝΗΚΖ ΔΡΓΑΣΖΡΗΟ ΓΔΧΓΑΗΗΑ ΚΑΗ ΓΔΧΓΑΗΣΗΚΧΝ ΔΦΑΡΜΟΓΧΝ ΑΚΡΗΒΖ ΤΓΥΡΟΝΗΜΟ ΡΟΜΠΟΣΗΚΟΤ ΘΔΟΓΟΛΗΥΟΤ (RTS) KAI GPS ΜΔ ΠΔΗΡΑΜΑΣΗΚΔ ΚΑΗ ΑΝΑΛΤΣΗΚΔ ΜΔΘΟΓΟΤ ΓΗΠΛΧΜΑΣΗΚΖ ΔΡΓΑΗΑ Από ΚΑΡΗΕΧΝΖ ΜΗΥΑΛΖ Τπό ηελ επίβιεςε ηνπ Δπζηάζηνπ ηείξνπ Αλαπιεξσηή Καζεγεηή ΝΟΔΜΒΡΗΟ 2009 ΠΑΣΡΑ 1

2 ΠΔΡΗΛΖΦΖ Σα ηειεπηαία ρξόληα, ππάξρεη κηα αικαηώδεο εμέιημε ζηελ ηερλνινγία ησλ ηνπνγξαθηθώλ νξγάλσλ θαη ησλ γεσδηαηηθώλ εθαξκνγώλ. Σα λέα όξγαλα ζπλδπάδνπλ δηαθνξεηηθέο ηερλνινγίεο πνπ βνεζνύλ ην ρξήζηε λα δηνξζώλεη απηόκαηα νπνηαδήπνηε ζθάικαηα πξνθύπηνπλ, θπξίώο όζνλ αθνξά ζην ρξόλν. Υαξαθηεξηζηηθό παξάδεηγκα απνηειεί ν ζπλδπαζκόο ξνκπνηηθνύ ζενδόιηρνπ (RTS) κε δέθηε GPS πξνζαξκνζκέλν επάλσ ηνπ. Όκσο, ηα θαηλνύξηα απηά όξγαλα αθ ελόο έρνπλ πςειό θόζηνο θαη αθ εηέξνπ δελ είλαη αθόκα επξέσο δηαδεδνκέλα. ηελ παξνύζα δηπισκαηηθή εξγαζία γίλεηαη έξεπλα γηα ην πσο κπνξνύλ λα ζπγρξνληζηνύλ νη θαηαγξαθέο δύν δηαθνξεηηθώλ νξγάλσλ (RTS θαη GPS), ηα νπνία θαηαγξάθνπλ ηελ ίδηα θίλεζε ηαπηόρξνλα. Ζ δηεξεύλεζε ηνπ ζπγρξνληζκνύ πξνθύπηεη από επεμεξγαζία κεηξήζεσλ κηαο ζεηξάο είθνζη πεηξακάησλ, πνπ απνηεινύληαη από κεηαθίλεζε ζηήινπ επάλσ ζε ξάγα. ηε ζπλέρεηα αλαπηύζζεηαη κνληέιν επεμεξγαζίαο ησλ πεηξακάησλ, ώζηε λα βξεζεί ν βέιηηζηνο ηξόπνο ζπγρξνληζκνύ ησλ νξγάλσλ κέζσ ηεο εύξεζεο ησλ πην αμηόπηζησλ πεηξακάησλ. ΔΤΥΑΡΗΣΗΔ Γηα ηελ εθπόλεζε απηήο ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο επραξηζηώ ηδηαίηεξα ηνλ επηβιέπνληα Αλαπιεξσηή Καζεγεηή θ. Δπζηάζην ηείξν γηα ηελ πνιύηηκε θαζνδήγεζή ηνπ, θαη ηελ άξηζηε ζπλεξγαζία ηνπ. Δπίζεο, ζα ήζεια λα απνδώζσ επραξηζηίεο ζηνλ θ. Παλαγηώηε Φηκνύιε, δηδάθηνξα ηνπ ηκήκαηνο Πνιηηηθώλ Μεραληθώλ, γηα ηελ ζεκαληηθή βνήζεηά ηνπ θαηά ηελ εμνηθείσζε κε ηα όξγαλα GPS θαη RTS. Σέινο, ηδηαίηεξα ρξήζηκε θάλεθε ε βνήζεηα ηνπ θ. Θενθάλε Μόζρα, κεηαπηπρηαθό θνηηεηή ηνπ Δξγαζηεξίνπ Γεσδαηζίαο θαη Γεσδαηηηθώλ Δθαξκνγώλ, ηόζν θαηά ηε δηεμαγσγή ηνπ πεηξάκαηνο όζν θαη θαηά ηε ζπγγξαθή ηεο ηερληθήο έθζεζεο. 2

3 ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΑ ΔΛΗΓΑ ΠΔΡΗΛΖΦΖ - ΔΤΥΑΡΗΣΗΔ i ΠΔΡΗΔΥΟΜΔΝΑ ii KATAΛΟΓΟ ΥΖΜΑΣΧΝ iv KATAΛΟΓΟ ΠΗΝΑΚΧΝ vii 1. ΔΗΑΓΧΓΖ 1 2. ΓΡΑΣΖΡΗΟΣΖΣΔ ΠΟΤ ΑΠΑΗΣΟΤΝ ΣΟΝ ΑΚΡΗΒΖ ΤΓΥΡΟΝΗΜΟ ΟΡΓΑΝΧΝ RTS KAI GPS 3 3. ΓΔΧΓΑΗΣΗΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΗ ΤΓΥΡΟΝΗΜΟ ΣΟΤ Σν ζύζηεκα GPS Αξρή ιεηηνπξγίαο Σα κέξε ηνπ GPS θάικαηα ηνπ ζπζηήκαηνο GPS Μέζνδνη κέηξεζεο κε ρξήζε GPS Ο ξνκπνηηθόο ζενδόιηρνο (RTS) Αξρέο ιεηηνπξγίαο θάικαηα κεηξήζεσλ ηνπ RTS πγρξνληζκόο ησλ νξγάλσλ GPS θαη RTS ΠΔΗΡΑΜΑΣΑ ηόρνο Πεξηγξαθή πεηξάκαηνο ηόρνο πεηξάκαηνο Πεξηγξαθή πεηξάκαηνο Όξγαλα πεηξακαηηθήο δηάηαμεο Γηάηαμε ηήινπ-ράγαο Όξγαλα GPS Ρνκπνηηθόο ζενδόιηρνο (RTS) Αλαθιαζηήξαο ηύπνπ AGA Γηεμαγσγή κεηξήζεσλ Σνπνζέηεζε νξγάλσλ Γηεμαγσγή Πεηξακάησλ Πξνβιήκαηα θαηά ηε δηεμαγσγή ησλ κεηξήζεσλ ΔΠΔΞΔΡΓΑΗΑ ΜΔΣΡΖΔΧΝ θνπόο Μεζνδνινγία Μεηαθνξά δεδνκέλσλ ζηνλ ππνινγηζηή Δπίιπζε ζθαικάησλ Δπεμεξγαζία πξσηνγελώλ δεδνκέλσλ Μεηαηξνπή ζπληεηαγκέλσλ RTS Mεηαζρεκαηηζκόο ησλ δεδνκέλσλ 35 3

4 5.4 Γηαρσξηζκόο ρξνλνζεηξώλ ζε επηκέξνπο Πεηξάκαηα 5.5 Καηεγνξηνπνίεζε Πεηξακάησλ 5.6 Πξνζεγγηζηηθή Μέζνδνο εύξεζεο ηεο ρξνληθήο πζηέξεζεο 5.7 Δηεξνζπζρέηηζε (Cross-Correlation) Γηαδηθαζία εθαξκνγήο ηεο κεζόδνπ Πξνϋπνζέζεηο εθαξκνγήο ηεο κεζόδνπ εηεξνζπζρέηηζεο ηαηηζηηθή ζεκαληηθόηεηα ηηκώλ ζπληειεζηή εηεξνζπζρέηηζεο 5.8 Παξεκβνιή ελδηάκεζσλ ηηκώλ (Interpolation) Αλαγθαηόηεηα ρξήζεο κεζόδνπ Γηαδηθαζία εθαξκνγήο κεζόδνπ 5.9 Δθαξκνγή αξηζκεηηθώλ κεζόδσλ ζην Origin (Πείξακα 15) 6. ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ 6.1 Απνηειέζκαηα Cross-Correlation Υξνλνζεηξέο RTS1 GPS Υξνλνζεηξέο RTS2 GPS Υξνλνζεηξέο RTS1 RTS2 6.2 ύλνςε απνηειεζκάησλ κεζόδνπ Cross-Correlation 6.3 Αμηνιόγεζε απνηειεζκάησλ 6.4 Δπηινγή ραξαθηεξηζηηθώλ πξόηππνπ πεηξάκαηνο 7. ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ 8. ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ - CD ΠΟΤ ΠΔΡΗΔΥΔΗ: ΑΡΥΔΗΟ ΚΔΗΜΔΝΟΤ ΓΗΠΛΧΜΑΣΗΚΖ ΔΡΓΑΗΑ ΠΡΧΣΟΓΔΝΖ ΑΡΥΔΗΑ ΚΑΣΑΓΡΑΦΧΝ GPS KAI RTS AΡΥΔΗΑ ΔΠΔΞΔΡΓΑΗΑ KATΑΓΡΑΦΧΝ ΦΧΣΟΓΡΑΦΗΚΟ ΤΛΗΚΟ - ΥΖΜΑΣΑ - ΠΗΝΑΚΔ

5 ΚΑΣΑΛΟΓΟ ΥΖΜΑΣΧΝ ειίδα 1.1 Σαπηόρξνλε ρξήζε δηαθνξεηηθώλ γεσδαηηηθώλ νξγάλσλ κέηξεζεο (GPS-RTS) πγρξνληζκόο νξγάλσλ ζε βηνκεραληθή κνλάδα ραξηηνύ (αξηζηεξά) θαη ζε εθαξκνγή νδνπνηίαο θαηά ηε δηάζηξσζε δξόκνπ (δεμηά). 3.1 Πξνζδηνξηζκόο ζεκείνπ ζην ρώξν. Σν ζεκείν βξίζθεηαη ζηε ηνκή ηεζζάξσλ ζθαηξώλ γλσζηώλ αθηίλσλ θαη θέληξσλ ( 3.2 Γνξπθόξνη GPS ηνπνζεηεκέλνη ζε ηξνρηαθά γύξσ από ηε Γε ( Κεξαία GPS ησλ εηαηξεηώλ Topcon (αξηζηεξά) θαη Leica (δεμηά) Γέθηεο GPS α) Leica1200 β) Topcon GB γ) Topcon Hiper Pro Multipath Error: Αλάθιαζε δνξπθνξηθνύ ζήκαηνο ζε επηθάλεηεο γύξσ από ηελ θεξαία πνπ πξνζαξκόδεηαη ζε θηλνύκελν όρεκα, κε απνηέιεζκα ηε ιήςε απ επζείαο ζήκαηνο (Direct Signal) θαη ζήκαηνο από αλάθιαζε (Reflected Signal). ( 3.6 α) Ρνκπνηηθόο ζενδόιηρνο Trimble 5600 θαη β) Ρνκπνηηθόο ζενδόιηρνο ηεο Leica ( ύζηεκα εληνπηζκνύ ηνπ RTS από ηνλ αλαθιαζηήξα ηεο εηαηξίαο Topcon ( 4.1 ύζηεκα SmartStation ηεο Leica: πλδπαζκόο ειεθηξνληθνύ ζενδόιηρνπ κε ελζσκαησκέλε θεξαία GPS 4.2 Σα κέξε από ηα νπνία απαξηίδεηαη ε Γηάηαμε ηήινπ-ράγαο α) Γέθηεο Hiper-Pro β) Κεξαία CR-3 γ) Γέθηεο GB-1000 ηεο εηαηξείαο Topcon ( 4.4 α) Ρνκπνηηθόο Θενδόιηρνο Leica TCA 1200 β) Αλαθιαζηήξαο ηύπνπ AGA Σνπνζέηεζε νξγάλσλ, όπσο θαίλεηαη από ηε Βόξεηα πιεπξά ηνπ θηεξίνπ Σνπνζέηεζε νξγάλσλ, όπσο θαίλεηαη από ηελ Αλαηνιηθή πιεπξά ηνπ θηεξίνπ Πείξακα 17: Καηαγξαθή ηνπ RTS-1 (άλσ αλαθιαζηήξαο) γηα 2 θνξέο κεηαθίλεζε εύξνπο 1 κέηξνπ (από -0.5 έσο +0.5 κέηξα, όζν θαη ην κήθνο ηεο ξάγαο) θαη δηάξθεηα 7 δεπηεξνιέπησλ (από ην 1582 έσο ην 1589 sec ηεο ρξνλνζεηξάο). 4.8 θίηζν θάηνςεο ηεο ξάγαο-νδεγνύ πάλσ ζηελ νπνία θηλείηαη ν ζηήινο. Οη ζέζεηο 1 έσο 5 είλαη νη ζηηγκηαίεο ζέζεηο ηζνξξνπίαο ηνπ ζηήινπ. Κάζε Πείξακα απνηειείηαη από ζπλδπαζκό κεηαηνπίζεσλ ηνπ ζηήινπ κεηαμύ ησλ ζέζεσλ απηώλ. 4.9 θίηζν όςεο ηεο δηάηαμεο ξάγαο-ζηήινπ. Σε ζπγθεθξηκέλε ρξνληθή ζηηγκή, ν ζηήινο βξίζθεηαη ζηε ζέζε

6 4.10 ρεκαηηθή απεηθόληζε δηαδξνκήο ηνπ Πεηξάκαηνο ρεκαηηθή απεηθόληζε δηαδξνκήο ησλ Πεηξακάησλ 6 θαη ρεκαηηθή απεηθόληζε δηαδξνκήο ηνπ Πεηξάκαηνο ρεκαηηθή απεηθόληζε δηαδξνκήο ηνπ Πεηξάκαηνο ρεκαηηθή απεηθόληζε δηαδξνκήο ηνπ Πεηξάκαηνο ρεκαηηθή απεηθόληζε δηαδξνκήο ηνπ Πεηξάκαηνο Πείξακα 7: Καηαγξαθή ηαπηόρξνλα από RTS-1 θαη RTS-2 ηεο κεηαθίλεζεο ηνπ 29 ζηήινπ από ηε ζέζε 1, ζηε ζέζε 5 θαη πίζσ πάιη ζηελ Οη 20 πξώηεο θαηαγξαθέο ηνπ GPS, όπσο πξνθύπηνπλ έπεηηα από επίιπζε θαη εμαγσγή 31 ζε αξρείν text. 5.2 Οη 20 πξώηεο θαηαγξαθέο ηνπ RTS-2, όπσο παξνπζηάδνληαη ζε κνξθή text Γνξπθνξηθή ιήςε ηεο θάηνςεο ηνπ θηεξίνπ Πνιηηηθώλ Μεραληθώλ Γξαθηθή κέζνδνο εύξεζεο ηεο ζ γσλίαο ζηξνθήο ησλ ηνπηθώλ αμόλσλ x, y σο πξνο ηνπο 34 θαζνιηθνύο άμνλεο X, Y 5.5 Υξνλνζεηξέο θαηαγξαθήο κεηαηνπίζεσλ από ηα όξγαλα GPS, RTS-1 θαη RTS-2 37 αληίζηνηρα 5.6 α) Πεηξάκαηα 1-5: Γηαγξάκκαηα Μεηαηόπηζεο Υξόλνπ γηα ην GPS (αξηζηεξά), ην 38 RTS-1 (θέληξν) θαη ην RTS-2 (δεμηά). 5.6 β) Πεηξάκαηα 5-10: Γηαγξάκκαηα Μεηαηόπηζεο Υξόλνπ γηα ην GPS (αξηζηεξά), ην 39 RTS-1 (θέληξν) θαη ην RTS-2 (δεμηά 5.6 γ) Πεηξάκαηα 11-15: Γηαγξάκκαηα Μεηαηόπηζεο Υξόλνπ γηα ην GPS (αξηζηεξά), ην 40 RTS-1 (θέληξν) θαη ην RTS-2 (δεμηά). 5.6 δ) Πεηξάκαηα 15-20: Γηαγξάκκαηα Μεηαηόπηζεο Υξόλνπ γηα ην GPS (αξηζηεξά), ην 41 RTS-1 (θέληξν) θαη ην RTS-2 (δεμηά). 5.7 Δπηθάλεηα εξγαζίαο ηνπ πξνγξάκκαηνο Origin Μέζνδνο εηεξνζπζρέηηζεο Γηάγξακκα ρξνληθήο πζηέξεζεο ηνπ RTS-1 σο πξνο ην GPS γηα ην Πείξακα (αξηζηεξά) θαη κεγέζπλζε ηεο θξίζηκεο πεξηνρήο γηα θαιύηεξε επνπηεία (δεμηά) 5.10 Γηάγξακκα ρξνληθήο πζηέξεζεο ηνπ RTS-2 σο πξνο ην GPS γηα ην Πείξακα (αξηζηεξά) θαη κεγέζπλζε ηεο θξίζηκεο πεξηνρήο γηα θαιύηεξε επνπηεία (δεμηά) Γηάγξακκα ρξνληθήο πζηέξεζεο ηνπ RTS-1 σο πξνο ην RTS-2 γηα ην Πείξακα (αξηζηεξά) θαη κεγέζπλζε ηεο θξίζηκεο πεξηνρήο γηα θαιύηεξε επνπηεία (δεμηά) 6.1 Πεηξάκαηα 1-12: Γηaγξάκκαηα Υξνληθήο Τζηέξεζεο (Time Lag) αλάκεζα ζε RTS1 54 6

7 θαη GPS, όπνπ αλαγξάθεηαη ε κέγηζηε ηηκή πζηέξεζεο γηα θάζε πείξακα 6.2 Πεηξάκαηα 13-20: Γηaγξάκκαηα Υξνληθήο Τζηέξεζεο (Time Lag) αλάκεζα ζε RTS1 55 θαη GPS, όπνπ αλαγξάθεηαη ε κέγηζηε ηηκή πζηέξεζεο γηα θάζε πείξακα. 6.3 Πεηξάκαηα 15,17, 19:Μεγέζπλζε δηaγξακκάησλ Υξνληθήο Τζηέξεζεο (Time Lag) 55 αλάκεζα ζε RTS1 θαη GPS γηα θαιύηεξε επνπηεία 6.4 Πεηξάκαηα 1-12: Γηaγξάκκαηα Υξνληθήο Τζηέξεζεο (Time Lag) αλάκεζα ζε RTS2 56 θαη GPS, όπνπ αλαγξάθεηαη ε κέγηζηε ηηκή πζηέξεζεο γηα θάζε πείξακα 6.5 Πεηξάκαηα 13-20: Γηaγξάκκαηα Υξνληθήο Τζηέξεζεο (Time Lag) αλάκεζα ζε RTS1 57 θαη GPS, όπνπ αλαγξάθεηαη ε κέγηζηε ηηκή πζηέξεζεο γηα θάζε πείξακα 6.6 Πεηξάκαηα 15, 17, 19: Μεγέζπλζε δηaγξακκάησλ Υξνληθήο Τζηέξεζεο (Time Lag) 57 αλάκεζα ζε RTS2 θαη GPS γηα θαιύηεξε επνπηεία 6.7 Πεηξάκαηα 1-4: Γηάγξακκα Υξόλνπ Μεηαηόπηζεο γηα ηα RTS1 θαη RTS2 (αξηζηεξά) 58 θαη δηάγξακκα ρξνληθήο πζηέξεζεο ησλ δύν νξγάλσλ (δεμηά). 6.8 Πεηξάκαηα 5-8: Γηάγξακκα Υξόλνπ Μεηαηόπηζεο γηα ηα RTS1 θαη RTS2 (αξηζηεξά) 59 θαη δηάγξακκα ρξνληθήο πζηέξεζεο ησλ δύν νξγάλσλ (δεμηά). 6.9 Πεηξάκαηα 9-12: Γηάγξακκα Υξόλνπ Μεηαηόπηζεο γηα ηα RTS1 θαη RTS2 60 (αξηζηεξά) θαη δηάγξακκα ρξνληθήο πζηέξεζεο ησλ δύν νξγάλσλ (δεμηά) Πεηξάκαηα 13-16: Γηάγξακκα Υξόλνπ Μεηαηόπηζεο γηα ηα RTS1 θαη RTS2 61 (αξηζηεξά) θαη δηάγξακκα ρξνληθήο πζηέξεζεο ησλ δύν νξγάλσλ (δεμηά) Πεηξάκαηα 17-20: Γηάγξακκα Υξόλνπ Μεηαηόπηζεο γηα ηα RTS1 θαη RTS2 62 (αξηζηεξά) θαη δηάγξακκα ρξνληθήο πζηέξεζεο ησλ δύν νξγάλσλ (δεμηά) 7.1 Πείξακα 18: Γηάγξακκα Υξόλνπ Μεηαηόπηζεο γηα ην GPS Πείξακα 18: Αλαιπηηθή πεξηγξαθή ηεο θίλεζεο ηνπ ζηήινπ επάλσ ζηε ξάγα κεηαμύ 67 ησλ πέληε ζηηγκηαίσλ ζέζεσλ ηζνξξνπίαο 7

8 ΚΑΣΑΛΟΓΟ ΠΗΝΑΚΧΝ ειίδα 4.1 Πξνδηαγξαθέο νξγάλνπ Topcon Hiper Pro ( πλνπηηθή παξνπζίαζε ησλ ραξαθηεξηζηηθώλ θάζε Πεηξάκαηνο Γεδνκέλα Υξόλνπ-Μεηαηόπηζεο γηα ην GPS πξηλ θαη κεηά ην γξακκηθό 36 κεηαζρεκαηηζκό 5.2 Πξνζεγγηζηηθή κέζνδνο εύξεζεο ηεο ρξνληθήο δηαθνξάο αλάκεζα ζηα ηξία όξγαλα, αλά 45 δύν κεηαμύ ηνπο 5.3 Δθαξκνγή ηεο κεζόδνπ Παξεκβνιήο Δλδηάκεζσλ Σηκώλ (Ηnterpolation) ζηα δεδνκέλα 51 ησλ δύν ξνκπνηηθώλ γηα ην Πείξακα ύλνςε απνηειεζκάησλ ηεο κεζόδνπ Cross-Correlation αλά δεύγνο γηα θάζε πείξακα Δθαξκνγή ηεο ρέζεο 6.1 γηα ηε ζύγθιηζε ησλ απνηειεζκάησλ 64 8

9 1. ΔΗΑΓΧΓΖ Ζ ζπλερήο εμέιημε ηεο ηερλνινγίαο απμάλεη ηηο απαηηήζεηο ησλ ρξεζηώλ λέσλ θαη πξνεγκέλσλ γεσδαηηηθώλ νξγάλσλ κέηξεζεο. Πνιιέο θνξέο, κάιηζηα, είλαη απαξαίηεηνο ν ζπλδπαζκόο δύν ή θαη πεξηζζόηεξσλ γεσδαηηηθώλ νξγάλσλ κέηξεζεο, ώζηε λα έρνπκε πην αμηόπηζηα θαη αθξηβή ηειηθά απνηειέζκαηα. Γηα παξάδεηγκα, ηόζν θαηά ηελ θαηαζθεπή κεγάισλ έξγσλ (γέθπξεο, θξάγκαηα, πςειά θηήξηα) όζν θαη θαηά ηελ κεηέπεηηα παξαθνινύζεζή ηνπο απαηηείηαη ζπλδπαζκόο ρξήζεο δηαθνξεηηθώλ γεσδαηηηθώλ νξαγάλσλ (ρήκα 1.1), όπσο ην ζύζηεκα GPS (Global Positioning System) θαη ν ξνκπνηηθόο ζενδόιηρνο RTS (Robotic Total Station). Γίλεηαη ινηπόλ αληηιεπηό όηη είλαη ηδηαίηεξα ρξήζηκν λα κπνξνύκε λα επεμεξγαζηνύκε ηα δεδνκέλα πνπ πξνθύπηνπλ από ηηο ηαπηόρξνλεο κεηξήζεηο ησλ δύν απηώλ νξγάλσλ. Γηα λα γίλεη απηό ζα πξέπεη πξώηα λα αλαιύζνπκε ηα δεδνκέλα πνπ παίξλνπκε από θάζε όξγαλν, δεδνκέλνπ όηη ην GPS θαη ην RTS έρνπλ δηαθνξεηηθό ηξόπν ιεηηνπξγίαο. σήμα 1.1 Σαπηόρξνλε ρξήζε δηαθνξεηηθώλ γεσδαηηηθώλ νξγάλσλ κέηξεζεο (GPS-RTS) Σόζν νη κεηξήζεηο κε έλα GPS όζν θαη απηέο κε έλα RTS εκπεξηέρνπλ ζθάικαηα ιόγσ ηνπ ηξόπνπ ιεηηνπξγίαο ηνπ θαζελόο νξγάλνπ θαη ηα νπνία εμαιείθνληαη κε θαηάιιειε επεμεξγαζία θαη κε βάζε ηελ αθξίβεηα πνπ απαηηνύκε γηα ηα απνηειέζκαηά καο. Έλα από ηα πην ζεκαληηθά ζθάικαηα είλαη απηό ηνπ εζσηεξηθνύ ρξνλνκέηξνπ θάζε νξγάλνπ. ηελ παξνύζα εξγαζία γίλεηαη δηεξεύλεζε ησλ ζθαικάησλ ησλ εζσηεξηθώλ ρξνλνκέηξσλ δύν ξνκπνηηθώλ ζενδόιηρσλ (RTS) κε ηε βνήζεηα πεηξακάησλ πνπ 9

10 δηεμήρζεζαλ ζηελ ηαξάηζα ηνπ θηεξίνπ ηνπ Σκήκαηνο Πνιηηηθώλ Μεραληθώλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ. ηε ζπλέρεηα αλαπηύζζεηαη κνληέιν θαηάιιειν γηα ην ζπγρξνληζκό ησλ RTS κε ην GPS, ηνπ νπνίνπ ην ρξόλν ζεσξνύκε δίρσο ζθάικαηα. Σα δύν όξγαλα θαηέγξαθαλ ηαπηόρξνλα εμαλαγθαζκέλεο κεηαθηλήζεηο ελόο ζηήινπ, ν νπνίνο είρε ηε δπλαηόηεηα νξηδόληηαο κεηαθίλεζεο πάλσ ζε κία ξάγα κήθνπο 1 κεηξνπ. Οη κεηαθηλήζεηο θαηαγξάθνληαλ από δύν RTS θαη έλα GPS, ελώ ηαπηόρξνλα ππήξρε εγθαηεζηεκέλν θαη άιιν έλα ζύζηεκα GPS ζε κηθξή απόζηαζε ώζηε λα γίλεη ε επίιπζε κε ηε κέζνδν DGPS (Differential Mode). ηε ζπλέρεηα αθνινύζεζε ε επεμεξγαζία ησλ δεδνκέλσλ κέζσ εηδηθώλ ινγηζκηθώλ πξνγξακκάησλ ζε ππνινγηζηή, θαηάιιεισλ γηα επεμεξγαζία ηέηνηνπ είδνπο δεδνκέλσλ. Οη καζεκαηηθέο κέζνδνη πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ (Interpolation, Cross-Correlation) θαζώο θαη νη ππνινγηζηηθέο δπζθνιίεο πνπ πξνέθπςαλ αλαιύνληαη εθηελώο ζηα παξαθάησ θεθάιαηα. ρόρνο ηεο εξγαζίαο είλαη ε αλάπηπμε κηαο αμηόπηζηεο κεζόδνπ ζπγρξνληζκνύ νπνηνπδήπνηε δεύγνπο RTS-GPS, αλεμάξηεηα από ηνλ ηύπν θαη ηα ζθάικαηα ρξνλνκέηξνπ ηνπ θαζελόο. Έηζη, νπνηνζδήπνηε ρξήζηεο, πνπ θάλεη ηαπηόρξνλε ρξήζε απηώλ ησλ νξγάλσλ, ζα κπνξεί λα κπνξεί λα ζπγρξνλίζεη ηηο θαηαγξαθέο από ηα δύν όξγαλα. Σα απνηειέζκαηα πνπ πξνθύπηνπλ καο νδεγνύλ ζε ζεκαληηθά ζπκπεξάζκαηα όζνλ αθνξά ζηελ ηαπηόρξνλε ιεηηνπξγία GPS θαη RTS θαη ζπλεπώο ελ γέλεη ζηε ζπζηεκαηηθή ελόξγαλε παξαθνινύζεζε (monitoring) θαηαζθεπώλ πνπ ππόθεηληαη ζε δπλακηθέο θνξηίζεηο (ζεηζκνύο, αλέκνπο). Όπσο γίλεηαη αληηιεπηό ε ύπαξμε ηερλνγλσζίαο ζην ζέκα monitoring είλαη ζεκαληηθή, θαζώο ε αζθάιεηα ζηε ιεηηνπξγία κεγάισλ θαηαζθεπαζηηθώλ έξγσλ έρεη ηεξάζηηα θνηλσληθά θαη νηθνλνκηθά νθέιε. 10

11 2. ΓΡΑΣΖΡΗΟΣΖΣΔ ΠΟΤ ΑΠΑΗΣΟΤΝ ΣΟΝ ΑΚΡΗΒΖ ΤΓΥΡΟΝΗΜΟ ΟΡΓΑΝΧΝ RTS KAI GPS ην ρώξν ησλ πνιηηηθώλ κεραληθώλ ππάξρεη κηα πιεζώξα δξαζηεξηνηήησλ θαη θιάδσλ πνπ απαηηνύλ ρξήζε γεσδαηηηθώλ νξγάλσλ. Ζ ηαπηόρξνλε ρξήζε δηαθνξεηηθώλ νξγάλσλ πξνϋπνζέηεη ηνλ αθξηβή ζπγρξνληζκό ηνπο, ώζηε ηα δεδνκέλα πνπ πξνθύπηνπλ λα βξίζθνληαη ζηελ ίδηα ρξνληθή βάζε θαηά ηελ επεμεξγαζία ηνπο. ηελ παξνύζα εξγαζία, αλαιπηηθόηεξα, αζρνινύκαζηε κε ηελ ηαπηόρξνλε θαηαγξαθή κεηαηνπίζεσλ από όξγαλα GPS θαη RTS. ηνλ θιάδν ησλ κεραληθώλ ππάξρεη έλα επξύ θάζκα δξαζηεξηνηήησλ πνπ απαηηνύλ ηνλ αθξηβή ζπρξνληζκό ησλ νξγάλσλ θαη νη νπνίεο αλαιύνληαη εθηελέζηεξα παξαθάησ. Όζνλ αθνξά ζηηο γεσδαηηηθέο εθαξκνγέο γίλεηαη θαηαλνεηό όηη ε ρξήζε δύν ή θαη πεξηζζόηεξσλ δηαθνξεηηθώλ νξγάλσλ είλαη επηηαθηηθή αλάγθε. Σν monitoring (δειαδή ε ζπλερήο παξαθνινύζεζε) ησλ εύθακπησλ θαηαζθεπώλ κε κεγάιεο ζπρλόηεηεο ηαιάλησζεο είλαη κία από ηηο δξαζηεξηόηεηεο πνπ απαηηνύλ ηαπηόρξνλε ρξήζε RTS θαη GPS νξγάλσλ. Ζ παξαθνινύζεζε πςειώλ θηεξίσλ θαη θαισδησηώλ γεθπξώλ έρεη απνδείμεη όηη νη ηδηνζπρλόηεηεο θπκαίλνληαη ζηελ ηάμε ησλ Hz (Φηκνύιεο, 2005). πλεπώο γίλεηαη αληηιεπηό όηη ε αθξίβεηα ηνπ ζπγρξνληζκνύ ησλ νξγάλσλ απηώλ απνηειεί ηε βαζηθή παξάκεηξν ζηελ αμηνπηζηία ησλ δεδνκέλσλ. Σαπηόρξνλε ρξήζε δηαθνξεηηθώλ νξγάλσλ απαηηεί επίζεο ν θιάδνο ησλ κεραληθώλ πνπ έρεη σο αληηθείκελν ηελ νδνπνηία. Χο παξάδεηγκα αλαθέξνληαη ηα ηξηζδηάζηαηα ζπζηήκαηα απηνκαηηζκνύ θαη θαζνδήγεζεο κεραλεκάησλ νδνπνηίαο (3d machine control systems). ηηο εθαξκνγέο πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη ηα ζπζηήκαηα απηά θαζίζηαηαη αλαγθαίνο ν αθξηβήο ζπρξνληζκόο νξγάλσλ GPS πνπ θαζνδεγνύλ ηα κεραλήκαηα κε ηα RTS πνπ βνεζνύλ ζηελ νξηνζέηεζε ηνπ δξόκνπ. Ο ηνκέαο ηεο βηνκεραλίαο (βαξηά βηνκεραλία, λαππεγηθή θαη αεξνλαππεγηθή, κεηαιιεπηηθή, ξνκπνηηθή) έρεη πςειέο απαηηήζεηο όζνλ αθνξά ηελ αθξίβεηα ησλ δεδνκέλσλ, θαη ζπλεπώο ηελ αθξίβεηα ησλ κεραλεκάησλ πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη. Οη γεσδαηηηθέο κέζνδνη βξίζθνπλ εθαξκνγή ζηε βηνκεραλία ώζηε λα θαηαγξάθνληαη θαη λα δηνξζώλνληαη νη θηλήζεηο ησλ κεραλώλ πνπ κπνξεί λα θηάλνπλ ηελ ηάμε ρηιηνζηόκεηξνπ. Όπσο γίλεηαη αληηιεπηό, ε θαηαγξαθή ηέηνηνπ είδνπο κεηαηνπίζεσλ από δηαθνξεηηθά γεσδαηηηθά όξγαλα ζα πξέπεη λα είλαη αμηόπηζηε, δειαδή ν ζπγρξνληζκόο ησλ νξγάλσλ απηώλ λα είλαη αθξηβήο ζηελ ηάμε δεθάησλ ή δεθάηνπ ηνπ δεπηεξνιέπηνπ. 11

12 σήμα 2.1 πγρξνληζκόο νξγάλσλ ζε βηνκεραληθή κνλάδα ραξηηνύ (αξηζηεξά) θαη ζε εθαξκνγή νδνπνηίαο θαηά ηε δηάζηξσζε δξόκνπ (δεμηά). Δλ γέλεη, κπνξνύλ λα αλαθεξζνύλ θαη πνιιέο άιιεο δξαζηεξηόηεηεο ελόο κεραληθνύ πνπ δηπθνιύλνληαη κε ηε ρξήζε δηαθνξεηηθώλ νξγάλσλ θαη ζπλεπώο απαηηνύλ αθξηβή ζπγρξνληζκό ηνπο. Σέηνηεο είλαη ε ράξαμε θαη θαηαζθεπή ζηδεξνδξνκηθώλ γξακκώλ, ε δηάλνημε ζεξάγγσλ, ηα πδξαπιηθά έξγα, ε θαηαζθεπή ιηκαληώλ, θ.ά. 12

13 3. ΓΔΧΓΑΗΣΗΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΗ ΤΓΥΡΟΝΗΜΟ ΣΟΤ 3.1 Σο ζύζηημα GPS Αξρέο ιεηηνπξγίαο Σν GPS (Global Positioning System) είλαη έλα γεσδαηηηθό δνξπθνξηθό ζύζηεκα πξνζδηνξηζκνύ ζέζεο ελόο ζεκείνπ ζην ρώξν πνπ αξρηθά ζρεδηάζηεθε γηα ηηο αλάγθεο πινήγεζεο ηνπ Ακεξηθαληθνύ Ναπηηθνύ αιιά θαηέιεμε λα έρεη γεληθεπκέλε πνιηηηθή ρξήζε (Φσηίνπ, 2006). Ζ ιεηηνπξγία ηνπ GPS ζηεξίδεηαη ζε 24 γεσδαηηηθνύο δνξπθόξνπο νη νπνίνη βξίζθνληαη ζε ζηαζεξέο ηξνρηέο γύξσ από ηε γε θαη νη ζπληεηαγκέλεο ηνπο είλαη θάζε ζηηγκή γλσζηέο κε κεγάιε αθξίβεηα. Ζ αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ GPS είλαη ε εμήο: o πξνζδηνξηζκόο ελόο ζεκείνπ ζην ρώξν (ζπληεηαγκέλεο x,y,z) γίλεηαη κε ηνλ ππνινγηζκό ησλ απνζηάζεσλ ηνπ ζεκείνπ απηνύ από ηξεηο δνξπθόξνπο σο ηνκή ηξηώλ γεσκεηξηθώλ ηόπσλ. Γειαδή, ην ζεκείν πνπ ζέινπκε λα πξνζδηνξίζνπκε ηηο ζπληεηαγκέλεο ηνπ βξίζθεηαη ζηελ ηνκή ηξηώλ ζθαηξώλ, κε θέληξν θάζε ζθαίξαο έλα δνξπθόξν θαη αθηίλα ηελ απόζηαζε ηνπ ζεκείνπ από ηνλ αληίζηνηρν δνξπθόξν (ρήκα 2.1). Ο πξνζδηνξηζκόο απηόο είλαη κία εκπξνζζνηνκία ζην ρώξν (Bomford, 1971). Σν πξόβιεκα επνκέλσο αλάγεηαη ζηνλ ππνινγηζκό ησλ απνζηάζεσλ ελόο ζεκείνπ από ην δνξπθόξν θαη αληηζηνηρεί ζε ζύζηεκα ηξηώλ αγλώζησλ (ζπληεηαγκέλεο x,y,z) θαη ηξηώλ παξαηεξήζεσλ (ηξεηο απνζηάζεηο). Ζ κέηξεζε ησλ απνζηάζεσλ δνξπθόξνπ-δέθηε γίλεηαη κε ηε κέηξεζε ηνπ ρξόλνπ Γt πνπ δηέξξεπζε από ηε ζηηγκή πνπ εζηάιε έλα ζήκα κε γλσζηή ηαρύηεηα (ηαρύηεηα ηνπ θσηόο) από ην δνξπθόξν κέρξη λα θηάζεη ζην δέθηε. Δπεηδή γηα ιόγνπο νηθνλνκίαο ρξήκαηνο θαη ρώξνπ νη δέθηεο δελ δηαζέηνπλ ξνιόη αθξηβείαο, ν ρξόλνο ζην δέθηε ζεσξείηαη έλαο αθόκε (ηέηαξηνο) άγλσζηνο θαη εηζάγεηαη κία αθόκε παξαηήξεζε, ε απόζηαζε από έλαλ ηέηαξην δνξπθόξν. 13

14 σήμα 3.1: Πξνζδηνξηζκόο ζεκείνπ ζην ρώξν. Σν ζεκείν βξίζθεηαη ζηε ηνκή ηεζζάξσλ ζθαηξώλ γλσζηώλ αθηίλσλ θαη θέληξσλ ( ηελ πξάμε, ε ζέζε ελόο δέθηε ππνινγίδεηαη από πεξηζζόηεξνπο από 4 δνξπθόξνπο, θαη από ζήκα δύν δηαθνξεηηθώλ ζπρλνηήησλ (ζπρλόηεηεο L1 θαη L2) πνπ εθπέκπνπλ νη γεσδαηηηθνί δνξπθόξνη (Fontana et al., 2001). Οη πςειώλ πξνδηαγξαθώλ δέθηεο GPS έρνπλ δπλαηόηεηα ιήςεο θαη αλάιπζεο θαη ησλ δύν ζπρλνηήησλ από πνιινύο δνξπθόξνπο, ελώ αληίζεηα νη θηελνί κόλν κηαο θαη από ιίγνπο. Οη 24 δνξπθόξνη GPS έρνπλ ηεζεί αλά 4 ζε 6 θαζνξηζκέλεο ηξνρηέο (νη νπνίεο ζπλερώο παξαθνινπζνύληαη θαη δηνξζώλνληαη γηα ηπρόλ απνθιίζεηο). Ο ζρεδηαζκόο είλαη ηέηνηνο ώζηε λα είλαη νξαηνί 4 δνξπθόξνη αλά πάζα ζηηγκή από θάζε ζεκείν επηθάλεηαο ηεο Γεο. Καζώο νη δνξπθόξνη θηλνύληαη ζηνλ νπξαλό, ν δέθηεο ιακβάλεη ζήκαηα από ηηο λέεο ηνπο αιιά γλσζηέο ζέζεηο θαη ππνινγίδεη κία κέζε ηηκή ησλ ζπληεηαγκέλσλ ηνπ. Όκσο, παξνπζηάδεηαη πξόβιεκα νξαηόηεηαο δνξπθόξσλ ηδηαίηεξα ζηηο πεξηνρέο θνληά ζηνπο πόινπο (π.ρ. Αγγιία), κε απνηέιεζκα λα βξίζθνληαη άιινη έκκεζνη ηξόπνη γηα ηελ αληηκεηώπηζε ηνπο πξνβιήκαηνο, όπσο γηα παξάδεηγκα νη pseudolites («ςεπδνδνξπθόξνη»), δειαδή πνκπνί εγθαηεζηεκέλνη ζηε γή πνπ εθπέκπνπλ ζήκαηα ίδηα πεξίπνπ κε ησλ δνξπθόξσλ (Meng et al., 2004) Σα κέξε ηνπ GPS Σν ζύζηεκα GPS απνηειείηαη από ηξία κέξε (Νηθεηνπνύινπ θαη Πξσηνςάιηε, 2001): Α) Σν δνξπθνξηθό ηκήκα: Σν δνξπθνξηθό ηκήκα ζήκεξα, απνηειείηαη από 29 δνξπθόξνπο ηνπνζεηεκέλνπο ζε έμη ηξνρηαθά γύξσ από ηε Γε (ρήκα 2.2). Κάζε δνξπθόξνο εθπέκπεη έλα πνιύπινθν δνξπθνξηθό ζήκα (δύν ζπρλόηεηεο ηεο ηάμεο ηνπ 1GHz). 14

15 Παιαηόηεξα κόλν ε κία εθ ησλ δύν ζπρλνηήησλ ήηαλ δηαζέζηκε γηα ρξήζε, αιιά ηώξα είλαη θαη ε δύν. Κάζε δνξπθόξνο, δηαζέηεη αηνκηθά ρξνλόκεηξα/ξνιόγηα πςειήο αθξίβεηαο, ππνινγηζηέο θαη θεξαίεο επηθνηλσλίαο. Οη ηξνρηέο ησλ δνξπθόξσλ ππόθεηληαη ζε ζπρλό έιεγρν θαη δηνξζώζεηο, ελώ νη λεόηεξνη δνξπθόξνη κπνξνύλ κε παξαηεξήζεηο κεηαμύ ηνπο λα πξνζδηνξίδνπλ κόλνη ηνπο ηα ζηνηρεία ηξνρηάο θαη άιιεο παξακέηξνπο πνπ απαηηνύληαη. σήμα 3.2 Γνξπθόξνη GPS ηνπνζεηεκέλνη ζε ηξνρηαθά γύξσ από ηε Γε ( Β) Σν ηκήκα ειέγρνπ : Σν ηκήκα ειέγρνπ απνηειείηαη από: Πέληε κόληκνπο επίγεηνπο ζηαζκνύο παξαθνινύζεζεο. Σξεηο ζηαζκνύο ηειεπηθνηλσληώλ νη νπνίνη βιέπνπλ όινπο ηνπο δνξπθόξνπο θάζε κέξα θαη ζηέιλνπλ κελύκαηα πινήγεζεο. Έλαλ θεληξηθό ζηαζκό ειέγρνπ πνπ είλαη ππεύζπλνο γηα ηε ζπλνιηθή θαηάζηαζε θαη ιεηηνπξγία ηνπ δνξπθνξηθνύ ζρήκαηνο. Γ) Σν ηκήκα ρξεζηώλ : Γηα ηε ιήςε θαη απνθσδηθνπνίεζε ηνπ δνξπθνξηθνύ ζήκαηνο από ηνπο ρξήζηεο ηνπ ζπζηήκαηνο GPS ρξεζηκνπνηνύληαη ηα παξαθάησ όξγαλα: Κεξαία κηθξώλ δηαζηάζεσλ θαη βάξνπο γηα λα είλαη δπλαηέο νη κεηξήζεηο θαη ζε αληίμνεο ζπλζήθεο (ρήκα 2.3). Ζ θεξαία ηνπ GPS είλαη πνιπθαηεπζπληήξηα, δειαδή κπνξεί λα ιάβεη ην ζήκα από θάζε θαηεύζπλζε θαη λα ην νδεγήζεη ζην θέληξν ηεο θεξαίαο, ζεκείν σο πξνο ην νπνίν γίλνληαη νη κεηξήζεηο. Πξέπεη όκσο γηα αθξηβείο κεηξήζεηο λα είλαη θαηαθόξπθνο ν άμνλαο ηεο. 15

16 σήμα 3.3 Κεξαία GPS ησλ εηαηξεηώλ Topcon (αξηζηεξά) θαη Leica (δεμηά) Γέθηε, ν νπνίνο παξαιακβάλεη ην ζήκα από ηελ θεξαία θαη ζηελ ζπλέρεηα επεμεξγάδεηαη ηηο θαηαγξαθέο (ρήκα 2.4). Πην ζπγθεθξηκέλα, απνθσδηθνπνηεί ην ζήκα ησλ κεηξήζεσλ πνπ ιακβάλεη από ηελ θεξαία. Γέθηεο ππάξρνπλ κνλήο (L1) θαη δηπιήο (L1 θαη L2) ζπρλόηεηαο, κε απνηέιεζκα νη πξώηνη λα κπνξνύλ λα απνθσδηθνπνηήζνπλ κόλν ην L1 ζήκα, ελώ νη δεύηεξνη κπνξνύλ λα απνθσδηθνπνηήζνπλ θαη ηα δύν ζήκαηα. Λόγσ ηεο ηδηόηεηαο απηήο νη δέθηεο δηπιήο ζπρλόηεηαο δίλνπλ πην αθξηβείο κεηξήζεηο ζε κηθξόηεξν ρξνληθό δηάζηεκα θαη γηα ιόγν απηό είλαη θαη κεγαιύηεξν ην θόζηνο ηνπο. Να ζεκεησζεί όηη ν δέθηεο ρξεζηκεύεη θαη γηα ηελ απνζήθεπζε ησλ κεηξήζεσλ. σήμα 3.4 Γέθηεο GPS α) Leica1200 β) Topcon GB γ) Topcon Hiper Pro Ηιεθηξνληθό ππνινγηζηή ρεηξόο ζηνλ νπνίν εηζάγνληαη νη ξπζκίζεηο γηα ηελ δηεμαγσγή ησλ κεηξήζεσλ (είδνο κεηξήζεσλ, ζπρλόηεηα θαηαγξαθήο, ύςνο θεξαίαο θιπ). Οη δηαδηθαζίεο απηέο κπνξνύλ λα γίλνπλ θαη απεπζείαο από ειεθηξνληθό ππνινγηζηή όπνπ κπνξνύλ λα απνζεθεπηνύλ θαη νη κεηξήζεηο θάικαηα ηνπ ζπζηήκαηνο GPS Όιεο νη κεηξήζεηο GPS, αλεμάξηεηα από ηνλ ηύπν ηνπο, επεξεάδνληαη από δηάθνξα ζπζηεκαηηθά θαη ηπραία ζθάικαηα, ηα νπνία αλ δελ ιεθζνύλ ππόςε θαηά ηε δηαδηθαζία αλάιπζεο ησλ κεηξήζεσλ επεξεάδνπλ κε ηε ζεηξά ηνπο ηελ αθξίβεηα κε ηελ νπνία κπνξεί λα 16

17 ππνινγηζζεί από απηέο ε ζέζε (ζηίγκα) ησλ ζεκείσλ ελδηαθέξνληνο, όπνπ εθηεινύληαη νη κεηξήζεηο. Όπσο αλαθέξζεθε απαηηνύληαη 4 δνξπθόξνη γηα ηνλ πξνζδηνξηζκό ελόο ζεκείνπ ζην ρώξν. Παξόια απηά όκσο εμαηηίαο ησλ ζθαικάησλ πνπ εκπεξηέρνπλ νη κεηξήζεηο ηνπ GPS ζπλήζσο απαηηνύληαη ηνπιάρηζηνλ 6 κε 7 δνξπθόξνπο γηα λα είλαη νη κεηξήζεηο αθξηβείο. Σα ζθάικαηα πνπ εκθαλίδνληαη ζην GPS νθείινληαη ζε δηάθνξνπο ηνκείο ηεο ιεηηνπξγίαο θαη ηα πην ζεκαληηθά είλαη ηα εμήο: α) Σα ζθάικαηα ησλ ρξνλνκέηξσλ ησλ δνξπθόξσλ, ηα νπνία ειέγρνληαη πάλησο από ηα επίγεηα θέληξα ειέγρνπ ηνπ GPS β) Σα ζθάικαηα ιόγσ επίδξαζεο ησλ ζηξσκάησλ ηεο ηνλόζθαηξαο θαη ηεο ηξνπόζθαηξαο θαζώο ην ζήκα ηνπ GPS δηέξρεηαη κέζα από απηά ηα ζηξώκαηα θαη δηαζιάηαη εηζάγνληαο ζθάικαηα ζηα κήθε. Ζ επίδξαζε ηνπ παξαπάλσ θαηλνκέλνπ, είλαη εληνλόηεξε γηα δνξπθόξνπο πνπ ζρεκαηίδνπλ κηθξή γσλία κε ηε δηεύζπλζε ηνπ νξίδνληα ιόγσ ηεο κεγάιεο γσλίαο πξόζπησζεο ηνπ ζήκαηνο ζην ζηξώκα ηεο ηνλόζθαηξαο. Σα ζθάικαηα ηεο ηνλόζθαηξαο κπνξνύλ λα αληηκεησπηζηνύλ κε ρξήζε δεθηώλ δηπιήο ζπρλόηεηαο θαη ηελ απόξξηςε δνξπθόξσλ πνπ βξίζθνληαη ρακειά ζην νξίδνληα, ησλ νπνίσλ ην ζήκα πθίζηαηαη κεγαιύηεξε δηάζιαζε. γ) Σα ζθάικαηα ησλ πνιιαπιώλ δηαδξνκώλ (ρήκα 2.5) ιόγσ αλάθιαζεο ηνπ ζήκαηνο (multipath error). Σν ζθάικα απηό πξνθαιείηαη όηαλ ην ζήκα δελ κεηαδίδεηαη απεπζείαο από ηνλ δνξπθόξν ζηνλ δέθηε αιιά πξώηα έρεη γίλεη αλάθιαζε ηνπ πάλσ ζε επηθάλεηεο πνπ βξίζθνληαη θνληά (Hartinger and Brunner,1998). Σέηνηνπ είδνπο αλαθιάζεηο πξνθαινύλ ζπλήζσο ην λεξό, νη κεηαιιηθέο επηθάλεηεο θαη ηα θηίξηα. Ζ πνιπαλάθιαζε ηνπ ζήκαηνο, δεκηνπξγεί ζόξπβν θαη ζπζηεκαηηθό ζθάικα ζηηο κεηξήζεηο. Σξόπνη πεξηνξηζκνύ ηνπ ζθάικαηνο πνιπαλάθιαζεο είλαη: Καηάιιειε επηινγή ηεο ζέζεο ηεο θεξαίαο, καθξηά από πηζαλέο επηθάλεηεο αλάθιαζεο Υξήζε εηδηθνύ ηύπνπ θεξαίαο πνπ είλαη ζρεδηαζκέλε ώζηε λα κεηώλεη ηελ επίδξαζε ηεο πνιπαλάθιαζεο ηνπ ζήκαηνο. Καηά ηελ επεμεξγαζία ησλ κεηξήζεσλ, λα εύξεζε ησλ ραξαθηεξηζηηθώλ ηνπ ζθάικαηνο πνπ εηζάγεηαη ζηηο κεηξήζεηο ιόγσ ηεο πνιπαλάθιαζεο, θαη ζηε ζπλέρεηα αθαίξεζε ηνπ ζθάικαηνο. Γηα ηελ αλάπηπμε ηεο ηειεπηαίαο κεζόδνπ γίλεηαη εξεπλεηηθή πξνζπάζεηα, θαζώο είλαη δύζθνιν λα πξνζδηνξηζηνύλ ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ ζθάικαηνο ιόγσ αλάθιαζεο. 17

18 σήμα 3.5 Multipath Error: Αλάθιαζε δνξπθνξηθνύ ζήκαηνο ζε επηθάλεηεο γύξσ από ηελ θεξαία πνπ πξνζαξκόδεηαη ζε θηλνύκελν όρεκα, κε απνηέιεζκα ηε ιήςε απ επζείαο ζήκαηνο (Direct Signal) θαη ζήκαηνο από αλάθιαζε (Reflected Signal). ( δ) Σα ζθάικαηα πνπ πξνθαινύληαη ιόγσ ησλ ιίγσλ δνξπθόξσλ πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη ή ιόγσ ηεο θαθήο γεσκεηξηθήο ηνπο δηάηαμεο (satellite constellation). Σα ζθάικαηα απηά κεηώλνληαη κε ηελ αύμεζε ηνπ πιήζνπο ησλ δνξπθόξσλ πνπ είλαη νξαηνί από ηνλ δέθηε (6 κε 8 δνξπθόξνη ζεσξνύληαη αξθεηνί), ηελ θαηαιιειόηεηα ηεο ζέζεο ηνπο θαη κε ηελ αύμεζε ηεο γσλίαο e πνπ ζρεκαηίδεη ν ρακειόηεξνο νξαηόο δνξπθόξνο κε ηνλ νξίδνληα, δειαδή ην νξηδόληην επίπεδν (elevation mask, ζπλήζσο >10-15 ν ) (Rizos, 2001). ε) Σα ζθάικαηα ιόγσ ησλ «επνρηαθώλ» επηδξάζεσλ (seasonal effects). Δίλαη ζπζηεκαηηθά ζθάικαηα ηα νπνία ππεηζέξρνληαη ζηηο κεηξήζεηο ιόγσ ησλ κεγάισλ κεηαβνιώλ ηεο ζεξκνθξαζίαο θαη ηεο πγξαζίαο θαη ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο Μέζνδνη κέηξεζεο κε ρξήζε GPS Σν ζύζηεκα GPS είλαη ζρεδηαζκέλν έηζη ώζηε λα κπνξεί λα πξνζδηνξίδεη ηελ ζέζε ζεκείνπ ζην ρώξν είηε απηό είλαη ζηαζεξό είηε απηό θηλείηαη. Ο πξνζδηνξηζκόο απηόο κπνξεί λα γίλεη κε δύν κεζόδνπο: Με ηελ κέζνδν «stand-alone» όπνπ έρνπκε ηηο θαηαγξαθέο κόλν ελόο GPS ηνπνζεηεκέλνπ ζε ζπγθεθξηκέλνπ ζεκείνπ. ηελ πεξίπησζε απηή ε αθξίβεηα δελ κπνξεί λα πέζεη θάησ από ηα 5 κέηξα (Smith, 1997). Ζ κέζνδνο απηή ρξεζηκνπνηείηαη θπξίσο γηα ηελ λαπζηπινΐα θιπ. (Moore and Roberts, 1999). Με ηελ κέζνδν «differential», επξύηεξα γλσζηή σο DGPS όπνπ έρνπκε θαηαγξαθέο δύν GPS: ελόο ζην ζεκείν πνπ καο ελδηαθέξεη (θηλεηνύ ή αθίλεηνπ) θαη ελόο δεύηεξνπ GPS 18

19 αλαθνξάο (ιεηηνπξγεί ηαπηόρξνλα κε ην πξώην) ηνπνζεηεκέλνπ αθίλεην ζε έλα παξαθείκελν ζεκείν αλαθνξάο. Οη δύν δέθηεο GPS ζεσξείηαη όηη ιακβάλνπλ ζήκαηα πνπ αθνινπζνύλ θνηλή δηαδξνκή, αληηζηνηρνύλ ζε θνηλή γεσκεηξηθή δηάηαμε θαη πιήζνο θνηλώλ νξαηώλ δνξπθόξσλ θαη έηζη απαιείθνληαη ζε κεγάιν βαζκό ζθάικαηα πνπ εκθαλίδνληαη επηηπγράλνληαο αθξίβεηα έσο κεξηθώλ ρηιηνζηώλ (Smith, 1997). Μία εθαξκνγή ηεο κεζόδνπ απηήο είλαη όηη επηηξέπεη λα έρνπκε έλα δέθηε ζηαζεξό (δέθηε αλαθνξάο, base receiver) θαη έλα δέθηε θηλνύκελν (rover receiver). Οη ζπλερείο κεηξήζεηο ηνπ δέθηε αλαθνξάο εκθαλίδνπλ κεηαβνιή ησλ ζπληεηαγκέλσλ ηνπ πνπ νθείιεηαη ζε ζθάικαηα. Δθηηκώληαο κία κέζε ηηκή ηεο πξαγκαηηθήο ζέζεο ηνπ, κπνξνύκε λα εθηηκήζνπκε ηα ζθάικαηα θάζε ζηηγκήο θαη κε απηά λα δηνξζώζνπκε ηε ζέζε ελόο θνληηλνύ θηλνύκελνπ δέθηε (rover receiver). Ζ επεμεξγαζία ησλ κεηξήζεσλ κπνξεί λα γίλεη είηε εθ ησλ πζηέξσλ (Post-processing), εθ όζνλ νη δέθηεο δηαζέηνπλ θαηαγξαθηθό, είηε κε άκεζν πξνζδηνξηζκό (real-time) ζπληεηαγκέλσλ. Ζ κέζνδνο DGPS επηηξέπεη λα πξνζδηνξίζνπκε κε αθξίβεηα ζπληεηαγκέλεο ζεκείσλ πνπ είλαη αθίλεηα είηε πνπ θηλνύληαη. ηελ πξώηε πεξίπησζε εθαξκόδεηαη ε κέζνδν static, εθηηκώληαο νπζηαζηηθά κία κέζε ηηκή ησλ απνηειεζκάησλ. Ζ κέζνδνο απηή έρεη εθαξκνγή θαη ζε κειέηε πνιύ αξγώλ, εκηζηαηηθώλ θηλήζεσλ (π.ρ. ηελ παξαθνινύζεζε ζεκείσλ ελόο θξάγκαηνο, ηεθηνληθνύ ξήγκαηνο ή θαη εθαηζηείνπ, όπνπ ν ξπζκόο θίλεζεο ησλ ζεκείσλ ζεσξείηαη πξαθηηθά κεδεληθόο θαηά ηελ δηάξθεηα ησλ κεηξήζεσλ). ηε δεύηεξε πεξίπησζε, γλσζηή σο κέζνδν kinematic, εληειώο απινπζηεπηηθά, νη ζπληεηαγκέλεο ηνπ ζηαζεξνύ ζεκείνπ ππνινγίδνληαη σο κέζε ηηκή όισλ ησλ δηαζέζηκσλ ηηκώλ, θαη νη δηαθνξέο ησλ ζπληεηαγκέλσλ θάζε ζηηγκήο από ηε κέζε ηηκή εηζάγνληαη σο δηνξζώζεηο ζηηο αληίζηνηρεο ηηκέο ησλ κεηξήζεσλ ηνπ θηλνύκελνπ ζεκείνπ ζε ζρεηηθά κηθξή απόζηαζε (<1-5km) δέθηε. Μία παξαιιαγή ηεο κεζόδνπ απηήο είλαη ε RTK (real-time kinematic) όπνπ θάζε ζηηγκή νη δηνξζώζεηο από ηνλ base receiver εηζάγνληαη ζηνλ rover κε ξαδηνδεύμε, θαισδηαθή ζύλδεζε ή άιιν πξσηόθνιιν αζύξκαηεο επηθνηλσλίαο (πρ.gsm). πζηεκαηηθή πεηξακαηηθή εθηίκεζε ηεο αθξίβεηαο ησλ κεηξήζεσλ kinematic, ηόζν post-processing όζν θαη RTK έρεη γίλεη από ηνπο Nickitopoulou et al. (2005). ηα πεηξάκαηα πνπ δηεμήρζεζαλ ζηελ παξνύζα εξγαζία θαη ηα νπνία πεξηγξάθνληαη ζηε ζπλέρεηα ρξεζηκνπνηήζεθε απνθιεηζηηθά ε κέζνδνο post-processing. 3.2 Ο πομποηικόρ θεοδόλισορ (RTS) 19

20 3.2.1 Αξρέο ιεηηνπξγίαο Σν RTS (Robotic Total Station) είλαη γεσδαηηηθό όξγαλν λέαο γεληάο θαη απνηειεί εμέιημε ηνπ ειεθηξνληθνύ ζενδνιίρνπ (ρήκα 3.1). Άξρηζε λα ρξεζηκνπνηείηαη ηα ηειεπηαία ρξόληα γηα ηηο αλάγθεο ραξάμεσλ ηερληθώλ έξγσλ αιιά θαη σο ζύζηεκα παξαθνινύζεζεο κεηαθηλήζεσλ θαηαζθεπώλ (Κνθθίλνπ, 2007; Lekidis et al,2005), θξαγκάησλ θιπ. θαζώο επίζεο θαη ζηελ παξαθνινύζεζε ηεο εμέιημεο πνιιώλ θπζηθώλ θαηλνκέλσλ όπσο ε εθαηζηεηαθή δξαζηεξηόηεηα, ε θίλεζε θαηνιηζζήζεσλ θαη νη ζαιάζζηνη θπκαηηζκνί. α) β) σήμα 3.6 α) Ρνκπνηηθόο ζενδόιηρνο Trimble 5600 θαη β) Ρνκπνηηθόο ζενδόιηρνο ηεο Leica ( Ζ ρξήζε απηή ηνπ RTS νθείιεηαη ζε ραξαθηεξηζηηθά πνπ ηνλ δηαθνξνπνηνύλ από ηνπο θνηλνύο γεσδαηηηθνύο ζηαζκνύο θαη ηνπ δίλνπλ ηελ δπλαηόηεηα λα παξαθνινπζνύλ ζπζηεκαηηθόηεξα κεγάιν πιήζνο ζεκείσλ. Σα ραξαθηεξηζηηθά απηά είλαη ηα εμήο: Έρεη ηελ δπλαηόηεηα λα κπνξεί λα πεξηζηξέθεηαη κόλνο ηνπ πξνο όιεο ηηο δηεπζύλζεηο κε ηελ βνήζεηα ελόο ζεξβν-θηλεηήξα πεξηζηξνθήο ηνπ ηειεζθνπίνπ. Υάξε ζε έλα εηδηθό ζύζηεκα laser πνπ δηαζέηεη κπνξεί λα εληνπίδεη ηνπο αλαθιαζηήξεο ζαξώλνληαο ηελ πεξηνρή ζθόπεπζεο κε βάζε ηε δπλαηόηεηα θίλεζεο πνπ ηνπ δίλεη ν ζεξβν-θηλεηήξαο. Σν ηξίην ζεκαληηθό ραξαθηεξηζηηθό είλαη όηη, κε βάζε ηηο εληνιέο ηνπ ρξήζηε, κπνξεί λα θαηαγξάθεη κεηξήζεηο απηόκαηα. αλά ηαθηά ρξνληθά δηαζηήκαηα, αλά ζπγθεθξηκέλε πςνκεηξηθή δηαθνξά ή θαη αλά ηαθηέο απνζηάζεηο. 20

21 ηε ζπλέρεηα, νη κεηξήζεηο απνζεθεύνληαη ζε εζσηεξηθή κλήκε ή κε θαηάιιειε ζύλδεζε ζε ειεθηξνληθό ππνινγηζηή. Σν RTS είλαη έλα λέν όξγαλν κε απνηέιεζκα ιίγεο λα είλαη νη εηαηξίεο γεσδαηηηθώλ νξγάλσλ πνπ λα ην παξάγνπλ θαη ζπρλά λα εκθαλίδνληαη κηθξνδηαθνξέο ζην ηξόπν ιεηηνπξγίαο ηνπ. Γηα παξάδεηγκα ην RTS ηεο Topcon δηαθέξεη από ηνπο ππόινηπνπο ζηελ ιεηηνπξγία ηνπ εληνπηζκνύ από ηνλ αλαθιαζηήξα. Πην ζπγθεθξηκέλα, ν αλαθιαζηήξαο δηαζέηεη έλα πνκπό ν νπνίνο εθπέκπεη αθηίλα laser ηελ νπνία εληνπίδεη ην RTS κε ηελ βνήζεηα αληρλεπηή θαη θαζνδεγείηαη (ρήκα 3.2). σήμα 3.7 ύζηεκα εληνπηζκνύ ηνπ RTS από ηνλ αλαθιαζηήξα ηεο εηαηξίαο Topcon ( Έλα πνιύ ζεκαληηθό ζηνηρείν πνπ πξέπεη θαλείο λα εμεηάδεη κε πξνζνρή όηαλ πξόθεηηαη λα αγνξάζεη έλα ξνκπνηηθό ζενδόιηρν, είλαη νη πξνδηαγξαθέο πνπ δίλνληαη από ηνλ θαηαζθεπαζηή ηνπ, θαζώο θαη νη πξννπηηθέο βειηίσζεο ή/θαη εμέιημεο ηνπ νξγάλνπ. Σα RTS έρνπλ αξρίζεη λα αλαπηύζζνληαη ηα ηειεπηαία ρξόληα θαη γηα ην ιόγν απηό είλαη ιίγεο νη εηαηξίεο πνπ θαηαζθεπάδνπλ ξνκπνηηθνύο ζενδόιηρνπο. Οη ηέζζεξεηο πην γλσζηέο εηαηξίεο πνπ θαηαζθεπάδνπλ RTS κέρξη ζήκεξα παγθνζκίσο είλαη ε Leica, ε Trimble, ε Topcon, πνπ είλαη θαη νη πην γλσζηέο θαη ζεσξνύληαη πξσηνπόξεο ζην ρώξν, θαη ε Sokkia. Tν RTS ηεο Leica (TCA 1200), πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε θαη ζηελ παξνύζα κειέηε, κπνξεί λα ζεσξεζεί εμίζνπ θαιό ζε ζρέζε κε ηνπο άιινπο RTS ησλ άιισλ ηξηώλ εηαηξηώλ, θαη ζπλεπώο αληηπξνζσπεπηηθό RTS όζνλ αθνξά γηα ηελ αθξίβεηα ηεο θαηαγξαθήο ησλ ηαιαληώζεσλ Συάλματα μετρήσεων του RTS. 21

22 Σν RTS, σο γεσδαηηηθόο ζηαζκόο, επεξεάδεηαη θαη απηόο από ζθάικαηα. Σα θπξηόηεξα από απηά νθείινληαη: ηελ εζσηεξηθή αθξίβεηα ηνπ νξγάλνπ ηνπο εμσηεξηθνύο παξάγνληεο όπσο είλαη νη πεξηβαιινληηθέο ζπλζήθεο (απμεκέλα επίπεδα πγξαζίαο, ζεξκνθξαζίαο θιπ), ζθάικαηα θαηά ζθόπεπζε, πνηόηεηα ζηόρνπ, ζθάικαηα θέληξσζεο θ.α. Δπηπιένλ, ζύκθσλα κε ηηο πξνδηαγξαθέο ηα RTS έρνπλ ηελ δπλαηόηεηα αθξηβνύο θαηαγξαθήο ηαρύηαησλ θηλήζεσλ (π.ρ. έσο 25m/sec). Οη δπλαηόηεηεο απηέο έρνπλ δηεξεπλεζεί ζε κηθξή θιίκαθα κέρξη ζήκεξα δηεζλώο θαη έρνπλ ηεθκεξησζεί ζηε βηβιηνγξαθία κέρξη ηελ ηαρύηεηα ησλ 20m/sec πεξίπνπ από ηηο εξγαζίεο ησλ Psimoulis and Stiros (2006) θαη Psimoulis et al. (2005). Γηα ηηο αλάγθεο απηώλ ησλ κειεηώλ, πξαγκαηνπνηήζεθε ζπζηεκαηηθή κειέηε ηεο αθξίβεηαο ησλ κεηξήζεσλ ηνπ RTS (Leica TCA 1200), θαηά ηελ θαηαγξαθή ηεο παιηλδξνκηθήο θίλεζεο ηνπ ζηόρνπ (αλαθιαζηήξαο) πνπ πξνθαινύζε κηα ζπζθεπή ειεγρόκελσλ εμαλαγθαζκέλσλ ηαιαληώζεσλ (Φηκνύιεο, 2005). Οη κειέηεο παξέρνπλ ζεκαληηθέο πιεξνθνξίεο ηδηαίηεξα ζε όηη αθνξά ηαιαληώζεηο, νη νπνίεο απνηεινύλ ηε δπζκελέζηεξε πεξίπησζε γηα ηελ παξαθνινύζεζε θηλνύκελνπ ζηόρνπ (παιηλδξνκηθή θίλεζε κε κεγάιε ηαρύηεηα). πκπεξαζκαηηθά θαηαιήγνπλ ζηα εμήο: Σν RTS είλαη θαηάιιειν γηα ηελ αθξηβή παξαθνινύζεζε ηαιαληώζεσλ θαη δπλακηθώλ θηλήζεσλ, αθνύ κπνξεί λα θαηαγξάςεη κε αθξίβεηα (ζθάικαηα 1-3 mm) ην εύξνο ηαιάλησζεο αθόκα θαη γηα κηθξέο ηαιαληώζεηο (ηεο ηάμεο ηνπ 1 cm). Μπνξεί λα πξνζδηνξίζεη κε αθξίβεηα ηελ ζπρλόηεηα δηέγεξζεο γηα ρακειόζπρλεο ηαιαληώζεηο (κέρξη θαη 1 Hz). Γηα πην πςίζπρλεο θηλήζεηο ην RTS απαηηεί θαηάιιειν ινγηζκηθό θαη άιιε δηάηαμε γηα κελ ππάξρεη ην πξόβιεκα ησλ απσιεηώλ κεηξήζεσλ. Τπάξρεη δπλαηόηεηα βειηίσζεο ησλ θαηαγξαθώλ κε ηελ ηνπνζέηεζε ηνπ RTS ζε θαηάιιειε απόζηαζε έηζη ώζηε ε θίλεζε ηνπ ζεκείνπ παξαθνινύζεζεο λα είλαη αθξηβήο αθόκα θαη όηαλ ε ηαρύηεηα θαη ην εύξνο ηεο ηαιάλησζεο είλαη κεγάια. Λόγσ ηεο πςειήο ηερλνινγίαο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζην όξγαλν RTS πνιιά από απηά ηα ζθάικαηα κεηώλνληαη θαη ππεηζέξρνληαη ζε αζήκαλην πνζνζηό ζηηο κεηξήζεηο ηνπ. Πην ζπγθεθξηκέλα, κία ζρεηηθά λέα ηερλνινγία πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζην RTS είλαη ε κέηξεζε κε ηελ ρξήζε laser κε παικό. Με βάζε ηελ ηερλνινγία απηή ην παικηθό ζήκα πνπ εθπέκπεη ην RTS είλαη ζύκπιεγκα δύν δηαθξηηώλ παικηθώλ ζεκάησλ, ηα νπνία κπνξνύλ λα δηαρσξηζηνύλ από ην όξγαλν. ηελ ζπλέρεηα ην RTS ππνινγίδεη ηηο απνζηάζεηο κε βάζε ηα δύν ζήκαηα θαη εληέιεη επηιέγεη ηελ ζσζηή (Κνληνγηάλλε, 2005). Δπίζεο, ράξε ζηελ ηερλνινγία laser γηα ηνλ 22

23 εληνπηζκό ηνπ ζηόρνπ αιιά θαη ηελ ειεθηξνληθή νξηδνληίσζε πνπ δηαζέηεη κεηώλνληαη θαηά πνιύ ηα αληίζηνηρα ζθάικαηα. 3.3 ςγσπονιζμόρ ηυν οπγάνυν GPS και RTS H επεμεξγαζία ησλ δεδνκέλσλ πνπ πξνθύπηνπλ από δύν όξγαλα πνπ θαηαγξάθνπλ ηαπηόρξνλα πξνϋπνζέηεη ην ζπγρξνληζκό ησλ νξγάλσλ απηώλ. Με ηνλ όξν ζπγρξνληζκόο ελλννύκε ηελ θαηάιιειε επεμεξγαζία ησλ θαηαγξαθώλ θαη από ηα δύν όξγαλα, ώζηε λα βξίζθνληαη ακθόηεξεο ζηελ ίδηα ρξνληθή βάζε. Ο ζπγρξνληζκόο είλαη απαξαίηεηνο δηόηη ηα εζσηεξηθά ξνιόγηα ησλ ξνκπνηηθώλ ζενδόιηρσλ παξνπζηάδνπλ ζθάικα ιόγσ νιίζζεζεο ηνπ ρξνλνκέηξνπ. Σν ζθάικα απηό γίλεηαη κεγαιύηεξν θαη νινέλα πην έληνλν κε ηελ πάξνδν ηνπ ρξόλνπ, κέρξη πνπ γίλεηαη αηζζεηό ζηηο εθαξκνγέο ηνπ ρξήζηε. Σν πξόβιεκα απηό γίλεηαη εληνλόηεξν όηαλ νη εθαξκνγέο απαηηνύλ πςειή αθξίβεηα θαη ηα δεδνκέλα ηνπ RTS ζα πξέπεη λα ζπγθξηζνύλ κε δεδνκέλα άιινπ νξγάλνπ θαηά ηελ επεμεξγαζία ηνπο. Ζ ηειεπηαία γεληά ησλ ηνπνγξαθηθώλ νξγάλσλ απνηειείηαη από όξγαλα ηύπνπ RTS, ηα νπνία όκσο είλαη εμνπιηζκέλα θαη κε δέθηε GPS. Με απηόλ ηνλ ηξόπν γίλεηαη απηόκαηα ε δηόξζσζε ηνπ ρξνλνκέηξνπ ηνπ νξγάλνπ κε απνηέιεζκα ηε κεγαιύηεξε αμηνπηζηία ησλ θαηαγξαθώλ. Σα όξγαλα απηά όκσο αθ ελόο έρνπλ πςειό θόζηνο θαη αθ εηέξνπ δελ είλαη αθόκα επξέσο δηαδεδνκέλα. ηηο πεξηζζόηεξεο εθαξκνγέο ηνπ κεραληθνύ ρξεζηκνπνηείηαη ζπλδπαζκόο δύν ή πεξηζζόηεξσλ νξγάλσλ, θπξίσο GPS κε RTS. Όζνλ αθνξά ζην ζύζηεκα GPS, ζεσξνύκε όηη ν ρξόλνο πνπ δείρλεη είλαη απόιπηα αμηόπηζηνο, δειαδή όηη δελ έρεη ζθάικαηα. Με βάζε ινηπόλ ην ρξόλν ηνπ GPS κπνξνύκε λα δηνξζώζνπκε ην ζθάικα ησλ θαηαγξαθώλ ηνπ RTS, έηζη ώζηε λα κπνξνύλ λα επεμεξγαζηνύλ ζηελ ίδηα ρξνληθή βάζε. 4. ΠΔΗΡΑΜΑΣΑ 4.1 ηόσορ Πεπιγπαθή πειπάμαηορ 23

24 4.1.1 ηόρνο πεηξάκαηνο ην πξνεγνύκελν θεθάιαην πεξηγξάθεζαλ νη ηξόπνη ιεηηνπξγίαο ησλ νξγάλσλ GPS θαη RTS, θάηη ην νπνίν καο βνεζάεη ζηε ρξεζηκνπνίεζε ησλ θαηάιιεισλ ινγηζκηθώλ πξνγξακκάησλ γηα ηελ επεμεξγαζία ησλ δεδνκέλσλ από ηηο κεηξήζεηο. Δίλαη πνιύ ζεκαληηθό λα γλσξίδνπκε ηε ζπζρέηηζε ησλ ρξνλνκέηξσλ ησλ δύν νξγάλσλ, θαζώο πνιιέο εθαξκνγέο ηνπ πνιηηηθνύ κεραληθνύ απαηηνύλ ηελ ηαπηόρξνλε ιεηηνπξγία ηνπο. Σα πην ζύγρξνλα γεσδαηηηθά όξγαλα έρνπλ ελζσκαησκέλα ζπζηήκαηα GPS (ρήκα 4.1), ώζηε λα δηνξζώλεηαη ην ρξνληθό ζθάικα ιόγσ νιίζζεζεο ηνπ εζσηεξηθνύ ηνπο ρξνλνκέηξνπ κε ηελ πάξνδν ηνπ ρξόλνπ. Σα όξγαλα απηά όκσο δελ είλαη αθόκε επξέσο δηαδεδνκέλα γηα απιέο εθαξκνγέο θπξίσο ιόγσ ηνπ πςεινύ ηνπο θόζηνπο. σήμα 4.1 ύζηεκα SmartStation ηεο Leica: πλδπαζκόο ειεθηξνληθνύ ζενδόιηρνπ κε ελζσκαησκέλε θεξαία GPS. Σν πξόβιεκα ηνπ ζπγρξνληζκνύ, ινηπόλ, παξακέλεη γηα ηα όξγαλα θνηλήο ρξήζεο, πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη γηα γεσδαηηηθέο εθαξκνγέο. Τπάξρνπλ δηάθνξεο πξνζεγγηζηηθέο κέζνδνη γηα λα ζπγρξνλίζνπκε δύν ή πεξηζζόηεξα όξγαλα, αιιά ε αθξίβεηα απηώλ ησλ κεζόδσλ είλαη ηεο ηάμεσο κεξηθώλ δεπηεξνιέπησλ. Οη εθαξκνγέο, όκσο, ηνπ πνιηηηθνύ κεραληθνύ (όπσο ην monitoring εύθακπησλ θαηαζθεπώλ) απαηηνύλ αθξίβεηα ζπγρξνληζκνύ ηεο ηάμεσο θιάζκαηνο ή θιαζκάησλ δεπηεξνιέπηνπ. ηόρνο ηνπ πεηξάκαηνο είλαη ε αλάπηπμε πξόηππεο κεζνδνινγίαο πνπ απνηειείηαη από κία ζεηξά πεηξακάησλ θαη ππνινγηζκώλ, ώζηε λα κπνξνύλ λα ζπγρξνληζηνύλ κε εύθνιν θαη γξήγνξν ηξόπν δύν γεσδαηηηθά όξγαλα, θαη ζπγθεθξηκέλα έλα RTS κε έλα GPS. Ο θάζε 24

25 ρξήζηεο ζα κπνξεί λα ρξεζηκνπνηήζεη ηα ππνινγηζηηθά κνληέια πνπ αλαιύνληαη ζηελ εξγαζία θαη λα πξνζαξκόζεη ζε απηά ηηο θαηαγξαθέο από ηα δηθά ηνπ όξγαλα. Έηζη, ζα κπνξεί λα ππνινγίζεη ηε ρξνληθή πζηέξεζε ηνπ ελόο νξγάλνπ από ην άιιν θαη λα ζπγρξνλίζεη ηα δεδνκέλα ησλ δύν νξγάλσλ Πεξηγξαθή πεηξάκαηνο Σν ζπγθεθξηκέλν πείξακα δηεμήρζε ηελ 1 ε Απξηιίνπ 2008 ζηελ ηαξάηζα ηνπ θηεξίνπ ηνπ ηκήκαηνο Πνιηηηθώλ Μεραληθώλ. Σν γεληθό ζθεπηηθό ηνπ πεηξάκαηνο ήηαλ ε ηαπηόρξνλε θαηαγξαθή ζηηγκηαίσλ εμαλαγθαζκέλσλ κεηαθηλήζεσλ κε κέγηζην εύξνο ην έλα κέηξν από GPS θαη RTS. Πην αλαιπηηθά, νη κεηαθηλήζεηο πξνέθππηαλ από άζθεζε δύλακεο κε ην ρέξη ζε ζηήιν, ν νπνίνο είρε ηε δπλαηόηεηα νξηδόληηαο κεηαθίλεζεο επάλσ ζε ξάγα κήθνπο ελόο κέηξνπ. Οπνηαδήπνηε κεηαθίλεζε ηνπ ζηήινπ ζηνλ νξηδόληην άμνλα θαηαγξαθόηαλ από δύν ξνκπνηηθνύο ζενδόιηρνπο, ζε απόζηαζε πεξίπνπ 20 κέηξσλ ν θαζέλαο από ηε δηάηαμε ζηήινπ-ξάγαο, νη νπνίνη ζηόρεπαλ αληίζηνηρα ζε έλαλ αλαθιαζηήξα ν θαζέλαο (έλαο ζηελ θνξπθή θαη έλαο ζηε βάζε ηνπ ζηήινπ). Σαπηόρξνλα, ηηο κεηαθηλήζεηο απηέο θαηέγξαθε θαη έλαο δέθηεο GPS πξνζαξκνζκέλνο ζηελ θνξπθή ηνπ ζηήινπ (rover) επάλσ από ηνλ άλσ αλαθιαζηήξα. Δπίζεο ζε απόζηαζε πεξίπνπ 50 κέηξσλ από ην ρώξν δηεμαγσγήο ηνπ πεηξάκαηνο, ππήξρε άιινο έλαο δέθηεο GPS (base), ν νπνίνο έπαηξλε κεηξήζεηο θαζ όιε ηε δηάξθεηα ώζηε λα γίλεη ε επίιπζε ησλ δεδνκέλσλ GPS κε απαινηθή ζθαικάησλ (κέζνδνο DGPS, παξάγξαθνο 2.4). Σέινο, αλαθέξεηαη όηη ηελ εκέξα δηεμαγσγήο ηνπ πεηξάκαηνο ν θαηξόο ήηαλ θαιόο κε θάπνηα ζύλλεθα ζηελ αξρή ησλ κεηξήζεσλ, ηα νπνία πξνο ην ηέινο έγηλαλ αξθεηά πεξηζζόηεξα, θάηη ην νπνίν ελδέρεηαη λα επεξξέαζε ζε θάπνην βαζκό ηηο ηειεπηαίεο θαηαγξαθέο ησλ νξγάλσλ GPS. 4.2 Όπγανα πειπαμαηικήρ διάηαξηρ Γηα ηε δηεμαγσγή ηνπ πεηξάκαηνο ρξεζηκνπνηήζεθαλ ηα παξαθάησ όξγαλα: 25

26 Μία δηάηαμε ζηήινπ-ξάγαο Έλα δεύγνο νξγάλσλ GPS δηπιήο ζπρλόηεηαο Γύν ξνκπνηηθνί ζενδόιηρνη (RTS) Γύν αλαθιαζηήξεο ηύπνπ AGA Σα ραξαθηεξηζηηθά θαη νη πξνδηαγξαθέο ησλ νξγάλσλ απηώλ αλαιύνληαη εθηελώο ζηηο επόκελεο παξαγξάθνπο Γηάηαμε ηήινπ-ράγαο Γηα ηε δηεμαγσγή ηνπ πεηξάκαηνο θαηαζθεπάζηεθε κία απηνζρέδηα δηάηαμε πνπ απαξηίδεηαη από ζπλδπαζκό ζπζθεπώλ θαη νξγάλσλ πνπ ππήξραλ ζην Δξγαζηήξην Γεσδαηζίαο θαη Γεσδαηηηθώλ Δθαξκνγώλ ηνπ Σκήκαηνο Πνιηηηθώλ Μεραληθώλ ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Παηξώλ (ρήκα 4.2). Αλαιπηηθόηεξα, ρξεζηκνπνηήζεθε κία ξάγα κήθνπο ελόο κέηξνπ, ε νπνία είρε ην ξόιν νδεγόπ γηα κία κεηαιιηθή πιάθα πνπ έρεη ηε δπλαηόηεηα κεηαθίλεζεο θαηά ην δηακήθε άμνλα ηεο ξάγαο. Ζ κεηαιιηθή πιάθα έρεη ζην κέζνλ ηεο κία νπή κε ζπείξσκα ζην νπνίν κπνξεί λα βηδώζεη θνριίαο ηεο ίδηαο δηακέηξνπ. Σέηνηαο δηακέηξνπ θνριίεο πξνεμέρνπλ θαη από ηα δύν άθξα ελόο ζηήινπ, ν νπνίνο ρξεζηκνπνηήζεθε ώζηε λα πξνζαξκνζηνύλ επάλσ ηνπ νη δύν αλαθιαζηήξεο θαη ν δέθηεο GPS, όπσο ζα πεξηγξαθεί ζηελ Παξάγξαθν Ο ζηήινο ηνπνζεηείηαη θάζεηα ζηε ξάγα θαη κπνξεί λα θηλείηαη θαηά ηνλ άμνλά ηεο. Ζ ξάγα ζηελ θάησ πιεπξά ηεο έρεη παθησκέλε κία δεύηεξε κεηαιιηθή πιάθα κε ίδηα νπή όπσο ε επάλσ, ώζηε λα ππάξρεη ε δπλαηόηεηα ζηαζεξήο θαη αθιόλεηεο ηνπνζέηεζήο ηεο επάλσ ζε βάζε. Ζ κεηαιιηθή βάζε πνπ θαίλεηαη ζην ρήκα 4.2 είλαη παθησκέλε ζην ηνίρσκα ηνπ θηεξίνπ. Σέινο, γηα ηελ πιήξε νξηδνληίσζε ηεο ξάγαο ρξεζηκνπνηήζεθε έλα ηξηθόριην κε αεξνζηάζκε, ην νπνίν παξεκβάιεηαη αλάκεζα ζηε βάζε θαη ηε ξάγα. 26

27 σήμα 4.2 Σα κέξε από ηα νπνία απαξηίδεηαη ε Γηάηαμε ηήινπ-ράγαο Όξγαλα GPS Καηά ηε δηεμαγσγή ηνπ πεηξάκαηνο ρξεζηκνπνηήζεθε, όπσο αλαθέξζεθε πην πάλσ, έλα δεύγνο GPS ώζηε λα απαινηθνύλ ηα θνηλά ζθάικαηα από ηηο ηαπηόρξνλεο κεηξήζεηο κε ηε κέζνδν DGPS. Σν έλα κέξνο ηνπ δεύγνπο (rover) ήηαλ κία θεξαία-δέθηεο Hiper Pro ηεο εηαηξείαο Σopcon (ρήκα 4.3 α), δειαδή θεξαία πνπ ελζσκαηώλεη δέθηε δηπιήο ζπρλόηεηαο θαη κπαηαξία. Σν άιιν κέξνο (base) ήηαλ κηα θεξαία CR-3 (ρήκα 4.3 β) θαη έλαο δέθηεο δηπιήο ζπρλόηεηαο GB-1000 (ρήκα 4.3 γ), θαη ηα δύν ηεο εηαηξείαο Topcon. Ζ θεξαία CR-3, βάξνπο 3.7 θηιώλ θαη δηακέηξνπ 32.6 εθαηνζηώλ, πεξηιακβάλεη έλα θσληθό κεηαιιηθό θάιπκκα γηα πξνζηαζία από ρηόλη θαη βξνρή, ην νπνίν όκσο δελ θξίζεθε αλαγθαίν λα ρξεζηκνπνηεζεί ιόγσ θαιώλ θαηξηθώλ ζπλζεθώλ. Ο δέθηεο ήηαλ ζπλδεδεκέλνο κε εηδηθό θαιώδην θαζ όιε ηελ πεξίνδν δηεμαγσγήο ησλ πεηξακάησλ. 27

28 σήμα 4.3 α) Γέθηεο Hiper-Pro β) Κεξαία CR-3 γ) Γέθηεο GB-1000 ηεο εηαηξείαο Topcon ( Ζ αθξίβεηα ηνπ νξγάλνπ Ζiper Pro ζύκθσλα κε ηελ εηαηξεία Topcon ( παξνπζηάδεηαη ζηνλ πίλαθα 4.1. Ο όξνο ppm (parts per million) ζηνλ πίλαθα 4.1, αλαθέξεηαη ζην πόζν κεηώλεηαη ε αθξίβεηα ησλ κεηξήζεσλ εμαηηίαο ηεο απόζηαζεο κεηαμύ ησλ δύν δεθηώλ GPS (rover θαη base). Πίνακαρ 4.1 Πξνδηαγξαθέο νξγάλνπ Topcon Hiper Pro ( ΜΔΘΟΓΟ ΜΔΣΡΖΖ GPS Αθξίβεηα ζε νξηδόληηεο ζπληεηαγκέλεο Αθξίβεηα ζε θαηαθόξπθεο ζπληεηαγκέλεο Post Process Static, Rapid Static 3 mm ppm 5 mm ppm Real Time Kinematic (RTK) 10 mm + 1 ppm 15 mm + 1 ppm Ρνκπνηηθόο ζενδόιηρνο (RTS) Υξεζηκνπνηήζεθαλ δύν ξνκπνηηθνί ζενδόιηρνη ηεο εηαηξείαο Leica ηύπνπ TCA-1200 (ρήκα 4.4 α), θαζέλαο απ ηνπο νπνίνπο ζηόρεπε ζε έλαλ αλαθιαζηήξα θαη παξαθνινπζνύζε ηελ νπνηαδήπνηε κεηαθίλεζή ηνπ. Ο ζπγθεθξηκέλνο ηύπνο RTS πιεξεί ηηο πξνδηαγξαθέο πνπ αλαθέξζεθαλ ζην Κεθάιαην 3, άξα ζεσξνύληαη αμηόπηζηα γηα ηηο κεηξήζεηο καο. Καζέλα από ηα RTS έρεη ελζσκαησκέλε θάξηα κλήκεο, όπνπ απνζεθεύνληαη νη θαηαγξαθέο θαη ππάξρεη δπλαηόηεηα κεηαθνξάο ηνπο ζε ππνινγηζηή γηα πεξαηηέξσ επεμεξγαζία. 28

29 4.2.4 Αλαθιαζηήξαο ηύπνπ AGA Απηνύ ηνπ ηύπνπ ν πξηζκαηηθόο αλαθιαζηήξαο (ρήκα 4.4 β), έρεη δηάκεηξν 70mm θαη επηηξέπεη ζθόπεπζε ππό γσλία πνπ θπκαίλεηαη από 30 έσο 90 κνίξεο. Υξεζηκνπνηήζεθαλ δύν αλαθιαζηήξεο γηα ηε ζπιινγή δεδνκέλσλ από ηνπο δύν ξνκπνηηθνύο ζενδνιίρνπο. Ο θάζε αλαθιαζηήξαο έρεη ζην πάλσ κέξνο ηνπ θνριία ζπγθεθξηκέλεο δηακέηξνπ, θαη ζην θάησ νπή κε ζπείξσκα ίδηαο δηακέηξνπ. εκεηώλεηαη όηη ν έλαο αλαθιαζηήξαο ηνπνζεηήζεθε ζην επάλσ κέξνο ηνπ ζηήινπ θαη ν άιινο ζην θάησ, όπσο πεξηγξάθεηαη ζην επόκελν θεθάιαην. σήμα 4.4 α) Ρνκπνηηθόο Θενδόιηρνο Leica TCA 1200 β) Αλαθιαζηήξαο ηύπνπ AGA 4.3 Γιεξαγυγή μεηπήζευν Σνπνζέηεζε νξγάλσλ Ζ ηνπνζέηεζε ησλ νξγάλσλ απαηηεί κηα ζσζηή πξνεξγαζία, ώζηε λα είκαζηε ζίγνπξνη γηα ηελ επηινγή ηεο θαηάιιειεο ζέζεο θάζε νξγάλνπ, θαη ζπλεπώο ηελ απνθπγή ρνλδξνεηδώλ ζθαικάησλ. Αξρηθά, ινηπόλ, εγθαηαζηάζεθε ε δηάηαμε ξάγαο-ζηήινπ θαη κε βάζε απηήλ ηνπνζεηήζεθαλ ζε θαηάιιειεο ζέζεηο ηα όξγαλα GPS θαη RTS. ην ρήκα 4.5 θαίλεηαη ε δηάηαμε ησλ νξγάλσλ ζην ρώξν, όπνπ δηεμήρζεζαλ νη κεηξήζεηο. Αξρηθά, ηνπνζεηήζεθε θαη νξηδνληηώζεθε ην ηξηθόριην επάλσ ζηε ζηαζεξή κεηαιιηθή βάζε, ε νπνία πξνϋπήξρε θαη ήηαλ παθησκέλε ζην ηνίρσκα ηεο ηαξάηζαο. Δπάλσ ζε απηό πξνζαξκόζηεθε ε ξάγα-νδεγόο, ε κεηαιιηθή πιάθα ηεο νπνίαο βίδσζε ζηελ ππνδνρή ηνπ ηξηθόριηνπ. Μία δπζθνιία πνπ εκθαλίζηεθε ζε εθείλν ην ζεκείν ήηαλ ε ηνπνζέηεζε θαη ησλ δύν αλαθιαζηήξσλ ζην ζηήιν, ζε ζπλδπαζκό κε ηε ρξεζηκνπνίεζε GPS. Απηό πξνέθπςε γηαηί νη 29

30 αλαθιαζηήξεο δε ζα κπνξνύζαλ λα ηνπνζεηεζνύλ ν έλαο πάλσ ζηνλ άιινλ, θαζώο ζα ππήξραλ κεγάιεο κεηαθηλήζεηο ιόγσ αδξάλεηαο, κεηά ηελ ηνπνζέηεζε ηνπ GPS επάλσ από απηνύο. Σειηθά, ην πξόβιεκα ιύζεθε παξεκβάιινληαο έλαλ αλαθιαζηήξα αλάκεζα ζηελ επάλσ κεηαιιηθή πιάθα ηεο ξάγαο θαη ζηνλ ζηήιν. ην επάλσ κέξνο ηνπ ζηήινπ ηνπνζεηήζεθε ν άιινο αλαθιαζηήξαο θαη επάλσ ζε απηόλ βίδσζε ν θηλνύκελνο δέθηεο GPS (rover). Δπίζεο, ρξεζηκνπνηήζεθε κεηαιιηθό ζύξκα γηα λα ζηαζεξνπνηεζεί ε δηάηαμε ξάγαοζηήινπ, ε νπνία, όπσο παξαηεξήζεθε αξρηθά, είρε ζεκαληηθέο θαηαθόξπθεο κεηαθηλήζεηο, νη νπνίεο έπξεπε λα είλαη όζν ην δπλαηόλ κηθξόηεξεο. σήμα 4.5 Σνπνζέηεζε νξγάλσλ, όπσο θαίλεηαη από ηε Βόξεηα πιεπξά ηνπ θηεξίνπ. Σέινο, ζε απόζηαζε πεξίπνπ 20 κέηξσλ ηνπνζεηήζεθαλ νη δύν ξνκπνηηθνί ζενδόιηρνη επάλσ ζε ηξίπνδεο, ζε ηέηνηεο ζέζεηο ώζηε λα είλαη νξαηνί νη αληίζηνηρνη αλαθιαζηήξεο ζηνπο νπνίνπο ζηόρεπαλ. Σν ζηαζεξό κέξνο (base) ηνπ δεύγνπο GPS ηνπνζεηήζεθε ζε απόζηαζε πεξίπνπ 40 κέηξσλ από ηνλ ζηήιν, θαη ζε ηέηνηα ζέζε ώζηε ε θεξαία λα είλαη νξαηή από όζν ην δπλαηόλ πεξηζζόηεξνπο δνξπθόξνπο (ρήκα 4.6). 30

31 σήμα 4.6 Σνπνζέηεζε νξγάλσλ, όπσο θαίλεηαη από ηελ Αλαηνιηθή πιεπξά ηνπ θηεξίνπ Γηεμαγσγή Πεηξακάησλ Όηαλ όια ηα όξγαλα είραλ ηνπνζεηεζεί ζηηο θαηάιιειεο ζέζεηο, ηόηε ζρεδόλ ηαπηόρξνλα ηέζεθαλ ζε ιεηηνπξγία. Όπσο ζε όιεο ηηο εθαξκνγέο πεδίνπ, ηα GPS άξρηζαλ ηηο θαηαγξαθέο πξώηα, ώζηε λα βξνπλ όζν ην δπλαηόλ πεξηζζόηεξνπο δνξπθόξνπο. Δπηζεκαίλεηαη όηη νη δύν δέθηεο ξπζκίζηεθαλ εμ αξρήο λα θαηαγξάθνπλ κία κέηξεζε αλά 0.1 δεπηεξόιεπηα (sec). Όζν γηα ηα RTS, ξπζκίζηεθαλ θαηάιιεια από ην «Setup Menu» ηνπο νξίδνληαο λέν «Project» θαη άξρηζαλ ηηο θαηαγξαθέο ζηνρεύνληαο ηνλ αληίζηνηρν αλαθιαζηήξα. Γηα ηε δηεμαγσγή ησλ κεηξήζεσλ ρξεηάζηεθαλ δύν άηνκα. Ο έλαο ήηαλ ππεύζπλνο γηα ηελ θαηαγξαθή ηεο ώξαο έλαξμεο, ιήμεο θαη ηεο ζπλνιηθήο ρξνληθήο δηάξθεηαο θάζε Πεηξάκαηνο κε ηε ρξήζε θνηλνύ ρξνλνκέηξνπ ρεηξόο. Ο άιινο κεηαθηλνύζε ην ζηήιν κε ηε ρξήζε ζθάιαο ζύκθσλα κε ηηο νδεγίεο ηνπ πξώηνπ γηα θάζε Πείξακα μερσξηζηά. 31

32 Οη κεηξήζεηο πεξηειάκβαλαλ είθνζη επηκέξνπο Πεηξάκαηα, θαζέλα από ηα νπνία είρε δηαθνξεηηθά ραξαθηεξηζηηθά. Πην ζπγθεθξηκέλα, θάζε Πείξακα απαηηνύζε μερσξηζηή δηάξθεηα, ηαρύηεηα θαη εύξνο κεηαηόπηζεο ηνπ ζηήινπ. Δλδεηθηηθά αλαθέξεηαη όηη ην Πείξακα 17 δηεμήρζε ππό ηηο παξαθάησ νδεγίεο: «Γύν κεγάινη παικνί, γξήγνξα, από αξηζηεξά πξνο ηα δεμηά». Γειαδή, ν ζηήινο κεηαθηλήζεθε 2 θνξέο, όζν γξήγνξα ηνπ επέηξεπε ε ηξηβή ηνπ νδεγνύ (θάησ από 10 sec), από ηελ αξηζηεξή ζέζε ηζνξξνπίαο πξνο ηε δεμηά, θαη πίζσ ζε απηήλ (ρήκα 4.7). Δπίζεο, ζεκεηώλεηαη όηη εάλ ε κεηαηόπηζε απμάλεη αιγεβξηθά ζην δηάγξακκα, ν ζηήινο έρεη κεηαθηλεζεί πξνο ηελ Αλαηνιή, δειαδή πξνο ηα αξηζηεξά απηνύ πνπ κεηαθηλεί ηνλ ζηήιν. Δλ πξνθεηκέλσ, ζην Πείξακα 17 ν ζηήινο κεηαθηλήζεθε 2 θνξέο από ηέξκα δεμηά έσο ηέξκα αξηζηεξά ζηε ξάγα, δειαδή από ηε ζέζε ηζνξξνπίαο 5 ζηε ζέζε 1 θαη κεηά πάιη ζηελ 5, γηα 2 θνξέο. Οη ζπκβαηηθέο ζέζεηο απηέο θαη ε ρξεζηκόηεηα ζηελ πεξηγξαθή ησλ Πεηξακάησλ αλαιύνληαη παξαθάησ. σήμα 4.7 Πείξακα 17: Καηαγξαθή ηνπ RTS-1 (άλσ αλαθιαζηήξαο) γηα 2 θνξέο κεηαθίλεζε εύξνπο 1 κέηξνπ (από -0.5 έσο +0.5 κέηξα, όζν θαη ην κήθνο ηεο ξάγαο) θαη δηάξθεηα 7 δεπηεξνιέπησλ (από ην 1582 έσο ην 1589 sec ηεο ρξνλνζεηξάο). Κάζε κεηαθίλεζε ηνπ ζηήινπ θαηαγξαθόηαλ ηόζν από ηα δύν ζπζηήκαηα RTS κέζσ ησλ αλαθιαζηήξσλ, όζν θαη από ην GPS. Δπίζεο, κε ηε ρξήζε ηνπ ξνινγηνύ ρεηξόο είρακε πξνζεγγηζηηθά ηελ ώξα έλαξμεο θαη ηε ζπλνιηθή δηάξθεηα θάζε Πεηξάκαηνο. Απηό καο 32

33 θαίλεηαη ηδηαίηεξα ρξήζηκν ζηε κεηέπεηηα επεμεξγαζία ησλ κεηξήζεσλ, θαη ζπγθεθξηκέλα ζην δηαρσξηζκό ησλ επηκέξνπο Πεηξακάησλ από ηε ζπλνιηθή ρξνλνζεηξά πνπ πξνθύπηεη από θάζε όξγαλν. Γηα λα γίλεη αθξηβέζηεξε ε πεξηγξαθή ηεο θίλεζεο ηνπ ζηήινπ ζε θάζε Πείξακα, παξαηίζεληαη παξαθάησ ηα ρήκαηα 4.8 θαη 4.9, θαζώο θαη ν Πίλαθαο 4.2. ην ρήκα 4.8 θάηλεηαη ε θάηνςε ηεο ξάγαο ζπλνιηθνύ κήθνπο ελόο κέηξνπ. Οη θηλήζεηο ηνπ ζηήινπ επάλσ ζηε ξάγα νξηνζεηνύληαη από πέληε ζέζεηο ηζνξξνπίαο, ζηηο νπνίεο ν ζηήινο παξακέλεη αθίλεηνο γηα όζν δηάζηεκα έρεη θαζνξηζηεί. Ζ θίλεζε ηνπ ζηήινπ από κία ζέζε ζε άιιε ζα αλαθέξεηαη ζην εμήο σο παικόο. Κάζε Πείξακα, ινηπόλ, ραξαθηεξίδεηαη από κία ζπγθεθξηκέλε δηαδξνκή ηνπ ζηήινπ κε ζπγθεθξηκέλν αξηζκό παικώλ. σήμα 4.8 θίηζν θάηνςεο ηεο ξάγαο-νδεγνύ πάλσ ζηελ νπνία θηλείηαη ν ζηήινο. Οη ζέζεηο 1 έσο 5 είλαη νη ζηηγκηαίεο ζέζεηο ηζνξξνπίαο ηνπ ζηήινπ. Κάζε Πείξακα απνηειείηαη από ζπλδπαζκό κεηαηνπίζεσλ ηνπ ζηήινπ κεηαμύ ησλ ζέζεσλ απηώλ. ην ρήκα 4.9 ηεο επόκελεο ζειίδαο παξνπζηάδεηαη έλα ζρεδηάγξακκα ηεο όςεο ηεο δηάηαμεο ξάγαο-ζηήινπ, ζην νπνίν θαίλνληαη νη πέληε ζέζεηο, αλάκεζα ζηηο νπνίεο κεηαθηλείηαη ν ζηήινο θαη παξακέλεη ζηηγκηαία ακεηαθίλεηνο. 33

34 σήμα 4.9 θίηζν όςεο ηεο δηάηαμεο ξάγαο-ζηήινπ. Ο ζηήινο έρεη ηε δπλαηόηεηα κεηαθίλεζεο επάλσ ζηε ξάγα κεηαμύ ησλ ζέζεσλ 1 έσο θαη 5. Σε ζπγθεθξηκέλε ρξνληθή ζηηγκή, ν ζηήινο βξίζθεηαη ζηε ζέζε 4. Σέινο, ζηνλ Πίλαθα 4.2 παξνπζηάδνληαη ζπλνπηηθά ε ώξα έλαξμεο, ε δηάξθεηα θαη ε δηαδξνκή ζηήινπ ηνπ θαζελόο από ηα είθνζη Πεηξάκαηα. Πίνακαρ 4.2 πλνπηηθή παξνπζίαζε ησλ ραξαθηεξηζηηθώλ θάζε Πεηξάκαηνο (Test). Ζ δηαδξνκή ηνπ ζηήινπ πεξηγξάθεη ηε κεηαηόπηζή ηνπ αλάκεζα ζηηο ζέζεηο ηζνξξνπίαο 1, 2, 3, 4 θαη 5, ζύκθσλα κε ηα ρήκαηα 4.8 θαη 4.9. Test # Ώπα έναπξηρ Πειπάματορ Διάπκεια (sec) Διαδπομή Στήλος (m) 1 17:16: :17: :18: :19: :20: :21: :21: :23: :25: :27: :29: :30: :31: :34: :35: :36: :37: :38: :40: :42:

35 ηε ζπλέρεηα παξαηίζεληαη ζρεκαηηθέο απεηθνλίζεηο ελδεηθηηθώλ Πεηξακάησλ ζηα νπνία απεηθνλίδνληαη νη δηαδξνκέο θάζελόο απ απηά, ζύκθσλα κε ηνλ Πίλαθα 4.2. σήμα 4.10 ρεκαηηθή απεηθόληζε δηαδξνκήο ηνπ Πεηξάκαηνο 1. Ο ζηήινο κεηαηνπίδεηαη από ηε ζέζε 5 ζηε ζέζε 1 (1 παικόο). Όκνηεο είλαη νη απεηθνλίζεηο ησλ Πεηξακάησλ 2, 3, 4, 5, 10, 11 θαη 12, ηα νπνία ραξαθηεξίδνλαη επίζεο από δηαδξνκή ελόο παικνύ. σήμα 4.11 ρεκαηηθή απεηθόληζε δηαδξνκήο ησλ Πεηξακάησλ 6 θαη 7. Ο ζηήινο κεηαηνπίδεηαη από ηε ζέζε 1 ζηε ζέζε 5 θαη επηζηξέθεη ζηελ 1 (2 παικνί). σήμα 4.12 ρεκαηηθή απεηθόληζε δηαδξνκήο ηνπ Πεηξάκαηνο 13. Ο ζηήινο κεηαηνπίδεηαη από ηε ζέζε 2 ζηε ζέζε 4 θαη επηζηξέθεη ζηελ 2, γηα δύν θνξέο (4 παικνί). 35

36 σήμα 4.13 ρεκαηηθή απεηθόληζε δηαδξνκήο ηνπ Πεηξάκαηνο 15. Ο ζηήινο κεηαηνπίδεηαη από ηε ζέζε 3 ζηε ζέζε 5 θαη επηζηξέθεη ζηελ 3, γηα ηξεηο θνξέο. σήμα 4.14 ρεκαηηθή απεηθόληζε δηαδξνκήο ηνπ Πεηξάκαηνο 17. Ο ζηήινο κεηαηνπίδεηαη από ηε ζέζε 5 ζηε ζέζε 1 θαη επηζηξέθεη ζηελ 1, γηα δύν θνξέο. σήμα 4.15 ρεκαηηθή απεηθόληζε δηαδξνκήο ηνπ Πεηξάκαηνο 18. Ο ζηήινο εθηειεί 6 δηαδξνκέο από ηε ζέζε 5 ζηε ζέζε 1 θαη αληίζηξνθα. Οη δύν πξώηεο δηαδξνκέο είλαη 4 παικώλ, ελώ νη ππόινηπεο είλαη 3 παικώλ. 36

37 4.3.3 Πξνβιήκαηα θαηά ηε δηεμαγσγή ησλ κεηξήζεσλ Καηά ηε δηαδηθαζία ηεο εγθαηάζηαζεο ηεο δηάηαμεο ξάγαο-ζηήινπ, παξαηεξήζεθε ζεκαληηθή θαηαθόξπθε θαη νξηδόληηα (θάζεηα ζηνλ άμνλα θίλεζεο ηνπ ζηήινπ) κεηαθίλεζε νιόθιεξεο ηεο δηάηαμεο, ιόγσ ζηξνθήο ηεο σο πξνο ην αθιόλεην ζεκείν ηνπ κέζνπ ηεο ξάγαο. Οη κεηαθηλήζεηο απηέο αθ ελόο επεξεάδνπλ δπζκελώο ηελ επθνιία κεηαθίλεζεο ηνπ ζηήινπ επάλσ ζηνλ νδεγό ηεο ξάγαο, αθ εηέξνπ πξνθαινύλ κεηαηόπηζε ησλ δηαγξακκάησλ κεηαθίλεζεο ηνπ ζηήινπ (displacement) ζπλαξηήζεη ηνπ ρξόλνπ (time). Σν πξόβιεκα απηό ιύζεθε κε ηε ρξεζηκνπνίεζε κεηαιιηθνύ εύθακπηνπ ζύξκαηνο, ώζηε λα ζηαζεξνπνηεζεί ε δηάηαμε σο πξνο ηελ αθιόλεηε βάζε. Χζηόζν, θπξίσο ζηα ηειεπηαία Πεηξάκαηα, παξαηεξήζεθε εληνλόηεξα ην θαηλόκελν απηό ιόγσ ηεο ζπζζώξεπζεο ησλ παξαπάλσ κηθξνκεηαθηλήζεσλ θάζε Πεηξάκαηνο. Έλα δεύηεξν πξόβιεκα πνπ πξνέθπςε ήηαλ ε δπζθνιία κεηαθίλεζεο ηνπ ζηήινπ επάλσ ζηνλ νδεγό ηεο ξάγαο ιόγσ ηξηβήο. Σν πξόβιεκα απηό γηλόηαλ εληνλόηεξν ζηα Πεηξάκαηα πνπ απαηηνύζαλ γξήγνξεο θαη κεγάινπ εύξνπο κεηαθηλήζεηο ηνπ ζηήινπ. Απηό θαίλεηαη ραξαθηεξηζηηθά ζηα δηαγξάκκαηα πνπ πξνέθπςαλ από ην δηαρσξηζκό ησλ ρξνλνζεηξώλ. ηα δηαγξάκκαηα απηά δηαπηζηώλνληαη άικαηα ζηηο ζέζεηο όπνπ ν ζηήινο παξέκελε ζηηγκηαία ακεηαθίλεηνο, θπξίσο ζην πάλσ κέξνο ηνπ (RTS-1), όπνπ επεηζέξρεηαη θαη ν παξάγνληαο ηεο αδξάλεηαο ηνπ ζηήινπ. σήμα 4.16 Πείξακα 7: Καηαγξαθή ηαπηόρξνλα από RTS-1 θαη RTS-2 ηεο κεηαθίλεζεο ηνπ ζηήινπ από ηε ζέζε 1, ζηε ζέζε 5 θαη πίζσ πάιη ζηελ 1. ηα παξαπάλσ δηαγξάκκαηα ζεκεηώλεηαη κε θύθιν ε πεξηνρή, όπνπ ε ηξηβή ηνπ ζηήινπ επεξεάδεη ηελ νκαιόηεηα ησλ δηαγξακκάησλ. Δπηπιένλ, απηό δηαπηζηώλεηαη ζην αξηζηεξό δηάγξακκα (RTS-1) πνπ πξνθύπηεη από ηνλ πάλσ αλαθιαζηήξα, ζην νπνίν ε αδξάλεηα θαζηζηά εληνλόηεξν ην θαηλόκελν. 37

38 5 ΔΠΔΞΔΡΓΑΗΑ ΜΔΣΡΖΔΧΝ 5.1 κοπόρ Μεθοδολογία Έρνληαο αλαιύζεη ην πείξακα θαη ηα όξγαλα πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ, ζην παξώλ θεθάιαην πεξηγξάθνληαη νη δηαδηθαζίεο θαη κέζνδνη πνπ αθνινπζήζακε γηα ηελ επεμεξγαζία ησλ δεδνκέλσλ. Ζ επεμεξγαζία απηή απνζθνπνύζε ζην λα πξνζδηνξηζηεί ε ρξνληθή πζηέξεζε ησλ θαηαγξαθώλ ηνπ RTS ζε ζρέζε κε απηέο ηνπ GPS. Δπίζεο ζθνπόο ηεο επεμεξγαζίαο ήηαλ ε αλάπηπμε πξόηππεο κεζνδνινγίαο γηα επεμεξγαζία δεδνκέλσλ, ώζηε θάζε ρξήζηεο λα κπνξεί λα ζπγρξνλίζεη ηηο θαηαγξαθέο από ηα δύν όξγαλα. Ζ κεζνδνινγία πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε πεξηιακβάλεη ηα παξαθάησ βήκαηα: Μεηαθνξά δεδνκέλσλ ζε ππνινγηζηή θαη επίιπζε ησλ ζθαικάησλ ηνπ GPS Μεηαηξνπή ησλ ζπληεηαγκέλσλ Μεηαζρεκαηηζκόο ησλ δεδνκέλσλ Γηαρσξηζκόο ησλ ρξνλνζεηξώλ ζε επηκέξνπο Πεηξάκαηα Καηεγνξηνπνίεζε ησλ Πεηξακάησλ Πξνζεγγηζηηθή κέζνδνο εύξεζεο ηεο ρξνληθήο πζηέξεζεο Παξεκβνιή ελδηάκεζσλ ηηκώλ (Interpolation) Δηεξνζπζρέηηζε ρξνλνζεηξώλ (Cross-Correlation) αλά δύν κεηαμύ ηνπο Σέινο γηα λα γίλνπλ θαηαλνεηά ηα παξαπάλσ παξαηίζεηαη ην παξάδεηγκα εθαξκνγήο ηεο κεζνδνινγίαο γηα ην Πείξακα 15 (Παξάξαθνο 5.9). 5.2 Μεηαθοπά δεδομένυν ζηον ςπολογιζηή Δπίλςζη ζθαλμάηυν Οη θαηαγξαθέο ησλ δεθηώλ GPS θαη ησλ ξνκπνηηθώλ ζενδόιηρσλ απνζεθεύηεθαλ ζηελ εζσηεξηθή θάξηα κλήκεο ηνπ θάζε νξγάλνπ, όπσο αλαθέξζεθε ζε πξνεγνύκελν θεθάιαην. ε πξώηε θάζε, ηα πξσηνγελή απηά δεδνκέλα κεηαθέξζεθαλ ζε ππνινγηζηή γηα πεξαηηέξσ επεμεξγαζία ηνπο. Γηα ην ζύζηεκα GPS ρξεζηκνπνηήζεθε εηδηθό θαιώδην επηθνηλσλίαο ησλ δεθηώλ κε ηνλ ππνινγηζηή, θαζώο επίζεο θαη ην ινγηζκηθό πξόγξακκα PC-CDU ηεο εηαηξείαο Topcon, κε ην νπνίν ηα δεδνκέλα απνζεθεύηεθαλ σο αξρείν text ζηνλ ππνινγηζηή. ηε ζπλέρεηα έγηλε επεμεξγαζία ησλ θαηαγξαθώλ κε ην ινγηζκηθό πξόγξακκα Topcon Tools ηεο ίδηαο εηαηξείαο. Σν πξόγξακκα απηό, έρεη ηε δπλαηόηεηα λα επηιύεη ηηο αβεβαηόηεηεο κεηαμύ ησλ θαηαγξαθώλ 38

39 θηλνύκελνπ θαη ζηαζεξνύ δέθηε. Με ηνλ ηξόπν απηό, ζθάικαηα πνπ νθείινληαη ζηελ επίδξαζε ηεο ηνλόζθαηξαο ή ζηελ θαθή δηάηαμε ησλ δνξπθόξσλ απαιείθνληαη κέρξη ελόο βαζκνύ. εκεηώλεηαη όηη ε κέζνδνο επίιπζεο πνπ εθαξκόζηεθε ήηαλ ε kinematic, θαηά ηελ νπνία ν έλαο δέθηεο ζεσξείηαη ζηαζεξόο (base) θαη ν άιινο θηλνύκελνο (rover). Μεηά ηελ νινθιήξσζε ηεο επίιπζεο, έγηλε εμαγσγή ησλ απνηειεζκάησλ ηεο δηαδηθαζίαο απηήο. Πην ζπγθεθξηκέλα, απνζεθεύηεθαλ ζε αξρείν ηύπνπ text (.txt) νη ζπληεηαγκέλεο ηνπ θηλνύκελνπ δέθηε ζε ζρέζε κε ηνλ ζηαζεξό αλά ρξνληθά δηαζηήκαηα 0.1 sec, όπσο αξρηθά είραλ ξπζκηζηεί θαη νη δύν δέθηεο ρήκα 5.1. σήμα 5.1 Οη 20 πξώηεο θαηαγξαθέο ηνπ GPS, όπσο πξνθύπηνπλ έπεηηα από επίιπζε θαη εμαγσγή ζε αξρείν text. Η πξώηε ζηήιε απνηειεί ην όλνκα ηεο θαηαγξαθήο θαη δίλεη πιεξνθνξίεο γηα ηελ ώξα θαη ηελ εκεξνκελία θαηαγξαθήο ζε millisecond. Οη άιιεο ηξεηο ζηήιεο είλαη νη ζπληεηαγκέλεο ηνπ θηλνύκελνπ δέθηε ζην ζύζηεκα αλαθνξάο WGS84, κε δηεπζύλζεηο ηηο: Γηεύζπλζε Βνξξά, Γηεύζπλζε Αλαηνιήο, Καηαθόξπθε Γηεύζπλζε. Όζνλ αθνξά ζηνπο ξνκπνηηθνύο ζενδόιηρνπο, ρξεζηκνπνηήζεθε ην ινγηζκηθό GeOffice κε ην νπνίν κεηαθέξζεθαλ νη θαηαγξαθέο από ηηο θάξηεο κλήκεο ζηνλ ειεθηξνληθό ππνινγηζηή κέζσ εηδηθνύ θαισδίνπ επηθνηλσλίαο. Σα εμαγόκελα απνηειέζκαηα ήηαλ νη κεηαθηλήζεηο ηνπ αλαθιαζηήξα σο πξνο ηα RTS θαη απνζεθεύηεθαλ ζε αξρείν κνξθήο text (.txt),όπσο θαίλεηαη ζην ρήκα

40 σήμα 5.2 Οη 20 πξώηεο θαηαγξαθέο ηνπ RTS-2, όπσο παξνπζηάδνληαη ζε κνξθή text. Οη ζηήιεο παξνπζηάδνπλ ην όλνκα θαη ηελ ώξα θαηαγξαθήο, ηελ νξηδόληηα θαη θαηαθόξπθε γσλία, ηελ θεθιηκέλε απόζηαζε θαη ηηο ζπληεηαγκέλεο x, y, z ηνπ αλαθιαζηήξα σο πξνο ην ξνκπνηηθό ζενδόιηρν. 5.3 Μεηαηποπή ζςνηεηαγμένυν RTS Όπσο πεξηγξάθεθε πην πάλσ, ε θίλεζε ηνπ ζηήινπ επάλσ ζηε ξάγα γίλεηαη θαηά κία δηεύζπλζε. Ζ δηεύζπλζε ηεο ξάγαο είλαη πξνζαλαηνιηζκέλε θάζεηα πξνο ην Βνξξά, όπσο έρεη απνδεηρηεί από πξνεγνύκελα πεηξάκαηα ζηα πιαίζηα εξγαζηώλ ηνπ Δξγαζηεξίνπ Γεσδαηζίαο θαη Γεσδαηηηθώλ Δθαξκνγώλ. Χο αξρή ησλ δύν αμόλσλ θίλεζεο (X, Y) ζεσξνύκε ηελ αξρηθή ζέζε ηζνξξνπίαο ηνπ ζηήινπ ζην κέζνλ ηεο ξάγαο. πλεπώο, όζνλ αθνξά ζηα GPS δε ρξεηάδεηαη κεηαηξνπή ησλ ζπληεηαγκέλσλ, θαζώο ε 3 ε ζηήιε ηνπ αξρείνπ text πνπ πξνθύπηεη από ηελ επίιπζε γηα ηα GPS (Grid Easting ζην ρήκα 5.1) καο δίλεη ηε κεηαηόπηζε ηνπ ζηήινπ θαηά ηνλ άμνλα θίλεζεο x. 40

41 σήμα 5.3 Γνξπθνξηθή ιήςε ηεο θάηνςεο ηνπ θηεξίνπ Πνιηηηθώλ Μεραληθώλ. ην ζρήκα θαίλεηαη ε αξρηθή ζέζε ηζνξξνπίαο ηνπ ζηήινπ (0,0) θαη νη άμνλεο ηνπ επηπέδνπ θίλεζεο X-Y. Ο άμνλαο Τ ηαπηίδεηαη κε ηε δηεύζπλζε ηνπ Βνξξά θαη ν άμνλαο Υ κε ηε δηεύζπλζε ηεο Αλαηνιήο. Αληίζεηα, νη κεηξήζεηο ησλ RTS πξέπεη λα ηξνπνπνηεζνύλ θαηά ηέηνην ηξόπν, ώζηε ν ηνπηθόο άμνλαο y, πνπ ζπλδέεη ην θάζε RTS κε ηνλ αληίζηνηρν αλαθιαζηήξα ζηελ αξρηθή ζέζε ηζνξξνπίαο, λα ζπκπίπηεη κε ηνλ άμνλα Τ ηνπ ρήκαηνο 5.4. Πην αλαιπηηθά, ε δηαδηθαζία κεηαζρεκαηηζκνύ ηνπ ζπζηήκαηνο ζπληεηαγκέλσλ ηνπ RTS εθθξάδεηαη κε βάζε ηελ παξαθάησ ζρέζε: σέζη 5.1 όπνπ: Υ ν δηακήθεο άμνλαο θίλεζεο ηνπ ζηήινπ Τ ν εγθάξζηνο άμνλαο θίλεζεο 41

42 ζ ε αξηζηεξόζηξνθε γσλία ζηξνθήο ησλ ηνπηθώλ αμόλσλ x, y σο πξνο ηνπο Υ, Τ x 0, y 0 ε δηαθνξά ησλ ζπληεηαγκέλσλ ηνπ RTS σο πξνο ηηο ζπληεηαγκέλεο ηεο ζέζεο ηζζνξνπίαο ηνπ αλαθιαζηήξα. Οη ηηκέο ησλ x 0, y 0 πξνέθπςαλ σο νη κέζεο ηηκέο ησλ θαηαγξαθώλ γηα ην δηάζηεκα πνπ ν ζηήινο παξέκεηλε ζηελ αξρηθή ζέζε ηζνξξνπίαο (1000 πξώηεο θαηαγξαθέο). Έπεηηα, από θάζε ηηκή x θαη y αθαηξέζεθε ν κέζνο όξνο x 0 θαη y 0 αληίζηνηρα. Γηα λα πξνζδηνξηζηεί ε ηηκή ηεο γσλίαο ζ γηα θάζε RTS, ρξεζηκνπνηήζεθε γξαθηθή κέζνδνο κε ηε βνήζεηα ησλ ρεκάησλ 5.4 α, β.. Ζ κέζνδνο απηή ζεσξνύκε όηη έρεη ηθαλνπνηεηηθή αθξίβεηα γηα ηνπο ζθνπνύο ηεο παξνύζαο εξγαζίαο. α) β) σήμα 5.4 Γξαθηθή κέζνδνο εύξεζεο ηεο ζ γσλίαο ζηξνθήο ησλ ηνπηθώλ αμόλσλ x, y σο πξνο ηνπο θαζνιηθνύο άμνλεο X, Y. Με ηε βνήζεηα ηνπ πξνγξάκκαηνο Google Earth βξέζεθε πξνζεγγηζηηθά ε ζέζε ησλ RTS-1 θαη RTS-2 (α θαη β ζρεδηάγξακκα αληίζηνηρα) θαη θαηόπηλ κεηξήζεθε κε κνηξνγλσκόλην ε αξηζηεξόζηξνθε γσλία ζ. 42

43 5.3 Mεηαζσημαηιζμόρ ηυν δεδομένυν Σα δεδνκέλα, όπσο παξαηεξήζεθε κεηά ην θαηέβαζκά ηνπο ζηνλ ππνινγηζηή, δελ ήηαλ ζε ηέηνηα κνξθή ώζηε λα γίλεη εύθνια ε επεμεξγαζία ηνπο κε ζηαηηζηηθέο κεζόδνπο. Όπσο θαίλεηαη από ηα ρήκαηα 5.1 θαη 5.2, ηα δεδνκέλα απνηεινύληαη από αξηζκνύο κε πνιιά ςεθία, πνπ δπζρεξαίλνπλ ηηο δηαδηθαζίεο αλάιπζήο ηνπο. Παξαθάησ, παξνπζηάδεηαη ν γξακκηθόο κεηαζρεκαηηζκόο ηνπ ρξόλνπ θαη ησλ ζπληεηαγκέλσλ ησλ θαηαγξαθώλ γηα επθνιία ηνπ αλαιπηή θαη θαιύηεξε επνπηεία ηνπ αλαγλώζηε. Γηα λα γίλεη ε νξζή επεμεξγαζία ησλ ηξηώλ ρξνλνζεηξώλ, έπξεπε λα ζεσξεζεί κηα θνηλή αξρή έλαξμεο ησλ Πεηξακάησλ γηα ηα RTS θαη ην GPS. Σελ αξρή απηή θαζόξηζε ην ζύζηεκα GPS, θαζώο ήηαλ ην όξγαλν πνπ ηέζεθε πξώηα ζε ιεηηνπξγία. Όπσο πξνθύπηεη από ηελ επίιπζε κε ην πξόγξακκα Topcon Tools, ε πξώηε θνηλή θαηαγξαθή ησλ δύν νξγάλσλ GPS παξνπζηάζηεθε ζηηο 13:34:00. ην ζεκείν απηό δεκηνπξγήζεθε ην πξόβιεκα ηεο απόθιηζεο ηεο ώξαο θαηαγξαθήο ησλ Πεηξακάησλ από ηελ πξαγκαηηθή πνπ έδεηρλε ην ξνιόη ρεηξόο. Γειαδή νη θαηαγξαθέο ηνπ GPS παξνπζηάδνληαλ 3 ώξεο ελσξίηεξα από ηελ πξαγκαηηθή ώξα Διιαδνο. Σν παξαπάλσ πξόβιεκα σθείιεηαη ζην εζσηεξηθό ξνιόη ησλ δεθηώλ, ην νπνίν είλαη ξπζκηζκέλν ζε ώξα Γθξίλνπηηο (±0 GMT) θαη επηπιένλ δε ιακβάλεη ππ όπνςηλ ηελ αιιαγή ηεο ζεξηλήο ώξαο. πλεπώο, κε πξόζζεζε 2 σξώλ ιόγσ δηαθνξάο ηεο δώλεο ώξαο ηεο Διιάδαο κε απηή ηνπ Γθξίλνπηηο, ζπλ 1 ώξαο επηπιένλ ιόγσ ζεξηλήο ώξαο, ζεσξήζεθε σο ώξα έλαξμεο ηεο δηεμαγσγήο ησλ Πεηξακάησλ ε 16:34:00. Γηα λα γίλεη εθηθηή ε επεμεξγαζία ησλ θαηαγξαθώλ ζε ινγηζκηθό θύιιν ηνπ πξνγξάκκαηνο Microsoft Excel, έγηλε ε κεηαηξνπή ηεο ώξαο ζε κνξθή δεπηεξνιέπησλ, ηε ρξήζε ηνπ παξαθάησ ηύπνπ: σέζη 5.2 όπνπ: HRS νη ώξεο, MINS ηα ιεπηά, SECS ηα δεπηεξόιεπηα. πλεπώο κε ηε ρξήζε ηεο ζρέζεο 5.2, ε ώξα 16:34:00 κεηαηξάπεθε ζε 59,640 sec. Γεδνκέλνπ όηη όια ηα όξγαλα ηέζεθαλ ζε ιεηηνπξγία αξθεηή ώξα πξηλ ηελ έλαξμε ηνπ πξώηνπ Πεηξάκαηνο, δε ιακβάλνληαη ππ όςηλ νη θαηαγξαθέο πξηλ ηελ ώξα 17:13:20, πνπ αληηζηνηρεί ζηα 62,000 sec. Οπόηε, θαηά ηελ επεμεξγαζία ησλ Πεηξακάησλ πνπ 43

44 παξνπζηάδεηαη παξαθάησ ζεσξνύκε σο ζπκβαηηθή ρξνληθή ζηηγκή έλαξμεο ησλ Πεηξακάησλ ηελ παξαπάλσ ώξα, δειαδή ηα 62,000 sec. Σέινο, έγηλε γξακκηθόο κεηαζρεκαηηζκόο ησλ δεδνκέλσλ ώζηε λα θπκαίλνληαη γύξσ από ην κεδέλ, κε απνηέιεζκα λα είλαη πην εύρξεζηα ζηνλ αλαιπηή θαη θαηαλνεηά πξνο ηνλ αλαγλώζηε. Ο κεηαζρεκαηηζκόο έγηλε κε αθαίξεζε ηνπ κέζνπ όξνπ ησλ ηηκώλ από θάζε κία ηηκή, ηόζν γηα ηε ζηήιε ηνπ Υξόλνπ όζν θαη γηα ηε ζηήιε ηεο Μεηαηόπηζεο, όπσο θαίλεηαη ζηνλ Πίλαθα 5.1. Ζ δηαδηθαζία απηή αθνινπζήζεθε θαη γηα ηα ηξία όξγαλα. Πίνακαρ 5.1 Γεδνκέλα Υξόλνπ-Μεηαηόπηζεο γηα ην GPS πξηλ θαη κεηά ην γξακκηθό κεηαζρεκαηηζκό. Σα ζπγθεθξηκέλα δεδνκέλα δείρλνπλ ηηο πξώηεο 15 θαηαγξαθέο ηνπ GPS από ηε ζπκβαηηθή ρξνληθή ζηηγκε έλαξμεο ησλ 62,000 sec. ΔΕΔΟΜΕΝΑ GPS (ΠΡΙΝ) Displacement (m) Time (sec) ΔΕΔΟΜΕΝΑ GPS (ΜΕΣΑ) Time Displacement (sec) (m) 62000, ,250 0,0 0, , ,249 0,1 0, , ,250 0,2 0, , ,250 0,3 0, , ,250 0,4 0, , ,249 0,5 0, , ,251 0,6 0, , ,248 0,7-0, , ,249 0,8 0, , ,250 0,9 0, , ,249 1,0 0, , ,249 1,1 0, , ,249 1,2 0, , ,249 1,3 0, , ,249 1,4 0, Γιασυπιζμόρ σπονοζειπών ζε επιμέποςρ Πειπάμαηα Μεηά ηελ ηξνπνπνίεζε ησλ δεδνκέλσλ ζε θαηάιιειε κνξθή πξνο ζηαηηζηηθή επεμεξγαζία, αθνινύζεζε ε αλάιπζε ησλ ρξνλνζεηξώλ κε ην ινγηζκηθό πξόγξακκα OriginPro version Ζ δηαδηθαζία πνπ αθνινπζήζεθε ήηαλ ε εμήο: Αξρηθά δεκηνπξγήζεθε ην δηάγξακκα ηεο ζπλνιηθήο ρξνλνζεηξάο γηα θαζέλα από ηα ηξία όξγαλα, όπσο θαίλνληαη ζην ρήκα 5.5. Καηόπηλ έγηλε κεγέζπλζε ησλ ρξνλνζεηξσλ γηα λα εληνπηζηνύλ θαη λα απνκνλσζνύλ ηα είθνζη Πεηξάκαηα μερσξηζηά γηα ηo GPS, ην RTS-1 θαη ην RTS-2, κε ηέηνηνλ ηξόπν ώζηε λα είλαη ζπγθξίζηκα κεηαμύ ηνπο (ρήκαηα 5.6 α,β,γ,δ). 44

45 σήμα 5.5 Υξνλνζεηξέο θαηαγξαθήο κεηαηνπίζεσλ από ηα όξγαλα GPS, RTS-1 θαη RTS-2 αληίζηνηρα. Η ρξνληθή βάζε γηα ηελ θαηαγξαθή όισλ ησλ Πεηξακάησλ είλαη ηα 2500 sec, ελώ ην εύξνο ηηκώλ ηνπ θαηαθόξπθνπ άμνλα ηεο κεηαηόπηζεο θπκαίλεηαη από -0.8 έσο +0.8 m. 45

46 σήμα 5.6 α) Πεηξάκαηα 1-5: Γηαγξάκκαηα Μεηαηόπηζεο Υξόλνπ γηα ην GPS (αξηζηεξά), ην RTS-1 (θέληξν) θαη ην RTS-2 (δεμηά). 46

47 σήμα 5.6 β) Πεηξάκαηα 5-10: Γηαγξάκκαηα Μεηαηόπηζεο Υξόλνπ γηα ην GPS (αξηζηεξά), ην RTS-1 (θέληξν) θαη ην RTS-2 (δεμηά). 47

48 σήμα 5.6 γ) Πεηξάκαηα 11-15: Γηαγξάκκαηα Μεηαηόπηζεο Υξόλνπ γηα ην GPS (αξηζηεξά), ην RTS-1 (θέληξν) θαη ην RTS-2 (δεμηά). 48

49 σήμα 5.6 δ) Πεηξάκαηα 15-20: Γηαγξάκκαηα Μεηαηόπηζεο Υξόλνπ γηα ην GPS (αξηζηεξά), ην RTS-1 (θέληξν) θαη ην RTS-2 (δεμηά). 49

50 Σα παξαπάλσ δηαγξάκκαηα (ρήκαηα 5.6 α, β, γ, δ) απεηθνλίδνπλ ηα 20 επηκέξνπο Πεηξάκαηα, όπσο ηα θαηέγξαςαλ ηα ηξία όξγαλα (GPS, RTS-1, RTS-2). Γηα θαιύηεξε επνπηεία ησλ ζρεκάησλ, επηιέρζεθε ε ρξνληθή βάζε (νξηδόληηνο άμνλαο) λα είλαη ίδηα γηα όια ηα δηαγξάκκαηα (60 δεπηεξόιεπηα), όπσο επίζεο θαη ν θαηαθόξπθνο άμνλαο ησλ κεηαηνπίζεσλ (από -1.0 έσο +1.0 m). 5.5 Καηηγοπιοποίηζη Πειπαμάηυν Παξαηεξώληαο ηε κνξθή θάζε δηαγξάκκαηνο, κπνξνύκε λα θαηεγνξηνπνηήζνπκε ηα Πεηξάκαηα ζε ζπλδπαζκό κε ηηο πιεξνθνξίεο ηνπ Πίλαθα 4.2 ζρεηηθά κε ηε δηάξθεηα θαη ηε δηαδξνκή ηνπ ζηήινπ. Χο παικό νξίδνπκε ηε κεηαηόπηζε ηνπ ζηήινπ από κία ζέζε ζε κία άιιε, όπσο απηέο απεηθνλίδνληαη ζην ρήκα Καηεγνξηνπνίεζε αλά δηάξθεηα Γηάξθεηα 0-4 sec (Πεηξάκαηα 3, 4, 5, 8, 9, 10, 14, 16, 20) Γηάξθεηα 4 10 sec (Πεηξάκαηα 1, 2, 7, 11, 12, 13, 17) Γηάξθεηα sec (Πεηξάκαηα 7, 15, 18, 19) 2. Καηεγνξηνπνίεζε αλά εύξνο κεηαηόπηζεο ζηήινπ Μεηαηόπηζε 1.0 m (Πεηξάκαηα 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 17, 18, 19) Μεηαηόπηζε 0.5 m (Πεηξάκαηα 8, 9, 12, 13, 14, 15, 16, 20) 3. Καηεγνξηνπνίεζε αλά αξηζκό παικώλ 1 παικόο (Πεηξάκαηα 1, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 16, 20) 2 4 παικνί (Πεηξάκαηα 6, 7, 13, 17) 5 20 παικνί (Πεηξάκαηα 15, 18, 19) Ζ παξαπάλσ δηαδηθαζία θαηεγνξηνπνίεζεο ζα καο βνεζήζεη ζηε ζπλέρεηα λα εληνπίζνπκε ηα ραξαθηεξηζηηθά απηώλ ησλ Πεηξακάησλ, ησλ νπνίσλ ηα απνηειέζκαηα ζα είλαη ηα πην αμηόπηζηα. Ζ αμηνπηζηία ησλ απνηειεζκάησλ απηώλ θαζνξίδεηαη κε βάζε ηελ αλάιπζε πνπ πεξηγξάθεηαη ζην θεθάιαην ησλ Απνηειεζκάησλ. 50

51 5.6 Πποζεγγιζηική Μέθοδορ εύπεζηρ ηηρ σπονικήρ ςζηέπηζηρ Με ζύληνκε επνπηηθή αλάιπζε ησλ δηαγξακκάησλ ηνπ ρήκαηνο 5.5, παξαηεξείηαη όηη ε ρξνλνζεηξά ησλ RTS πξνθύπηεη από κεηαηαηόπηζε ηεο ρξνλνζεηξάο ηνπ GPS πξνο ηα δεμηά, δειαδή σο πξνο ηνλ άμνλα ηνπ Υξόλνπ. Γειαδή απνδεηθλύεηαη όηη πξάγκαηη νη θαηαγξαθέο ησλ ηξηώλ νξγάλσλ δηαθέξνπλ σο πξνο ην Υξόλν. Παξαθάησ παξνπζηάδεηαη κηα ζηαηηζηηθή κέζνδνο πξνζέγγηζεο ηεο ρξνληθήο πζηέξεζεο ησλ ρξνλνζεηξώλ. Ζ ρξεζηκόηεηα ηεο πξνζεγγηζηηθήο εύξεζεο ηεο παξαπάλσ ρξνληθήο δηαθνξάο ζα γίλεη θαηαλνεηή ζην Κεθάιαην 5.7 πεξί ηεο κεζόδνπ Cross Correlation. Πην αλαιπηηθά, γηα θάζε Πείξακα νξίζηεθαλ από δύν έσο ηέζζεξα ραξαθηεξηζηηθά ζεκεία ηνπ δίαγξάκκαηνο κεηαηόπηζεο-ρξόλνπ, αλάινγα κε ηνλ αξηζκό ησλ παικώλ. Δμαίξεζε απνηειεί ην Πείξακα 19, όπνπ ειήθζεζαλ ελλέα ζεκεία, ιόγσ ηεο κεγάιεο δηάξθεηαο ηνπ Πεηξάκαηνο. Σέηνηα ραξαθηεξηζηηθά ζεκεία είλαη νη ρξνληθέο ζηηγκέο έλαξμεο αλνδηθνύ ή θαζνδηθνύ θιάδνπ ηνπ δηαγξάκκαηνο. Σα ζεκεία απηά εληνπίζηεθαλ κε ηε βνήζεηα ησλ εξγαιείσλ κεγέζπλζεο (zoom) θαη αλάγλσζεο δεδνκέλσλ (screen reader) ηνπ δηαγξάκκαηνο,όπσο θαίλεηαη ζην ρήκα

52 σήμα 5.7 Δπηθάλεηα εξγαζίαο ηνπ πξνγξάκκαηνο Origin. ηε ζπγθεθξηκέλε εηθόλα θαίλεηαη ην δηάγξακκα κεηαηόπηζεο-ρξόλνπ ηνπ RTS-2 γηα ην Πείξακα 6, γηα ην νπνίν εληνπίζηεθαλ νη ρξόλνη έλαξμεο θαη πέξαηνο κε ην εξγαιείν Screen Reader. Οη ζπληεηαγκέλεο Υ, Τ θάζε ζεκείνπ θαίλνληαη επάλσ θαη δεμηά ζηελ νζόλε. Αθνινπζώληαο ηελ παξαπάλσ δηαδηθαζία θαη γηα ηα είθνζη Πεηξάκαηα, πξνθύπηεη ν Πίλαθαο 5.2. Κάζε γξακκή ηνπ πίλαθα δείρλεη ηνλ αξηζκό ησλ ραξαθηεξηζηηθώλ ζεκείσλ πνπ επηιέρζεθαλ γηα θάζε Πείξακα, νκαδνπνηεκέλα αλά όξγαλν. Κάζε θειί ηνπ πίλαθα αληηπξνζσπεύεη κηα ραξαθηεξηζηηθή ρξνληθή ζηηγκή (έλαξμε ή πέξαο ελόο παικνύ). Ζ αληίζηνηρε γξακκή ηνπ πίλαθα θαζνξίδεη ηνλ αξηζκό Πεηξάκαηνο θαη ε αληίζηνηρε ζηήιε θαζνξίδεη ην όξγαλν ζην νπνίν αλαθεξόκαζηε. Γηα ηελ ηειεπηαία γξακκή ηνπ πίλαθα ππνινγίζηεθαλ νη ρξνληθέο δηαθνξέο ησλ αληίζηνηρσλ ζηειώλ γηα θάζε Πείξακα αλά δύν όξγαλα κεηαμύ ηνπο. ηε ζπλέρεηα ππνινγίζηεθε ν κέζνο όξνο γηα ηηο δηαθνξέο απηέο, αλά δεύγνο νξγάλσλ. Έπεηηα από απηήλ ηελ επεμεξγαζία θαηαιήμακε ζην όηη ππάξρεη ρξνληθή πζηέξεζε αλάκεζα ζηα RTS-1 θαη RTS-2 σο πξνο ην GPS ηεο ηάμεο ησλ sec θαη sec αληίζηνηρα, θαη ηεο ηάμεο ησλ sec κεηαμύ ησλ δύν RTS. 52

53 Πίνακαρ 5.2 Πξνζεγγηζηηθή κέζνδνο εύξεζεο ηεο ρξνληθήο δηαθνξάο αλάκεζα ζηα ηξία όξγαλα, αλά δύν κεηαμύ ηνπο. ηελ ηειεπηαία γξακκή θαίλνληαη ηα ηειηθά απνηειέζκαηα. 53