ΘΕΜΑ: ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΑΡΙΤΣΑ ΚΑΣΣΙΩΠΗ ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΤΗΤΑΣ ΚΤΙΡΙΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ

Transcript

1 ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ ΘΕΜΑ: ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΤΗΤΑΣ ΚΤΙΡΙΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Επιβλέπων: Κατσάμπαλος Κωνσταντίνος Τριμελής επιτροπή: Κατσάμπαλος Κωνσταντίνος, Καθηγητής του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών ΑΠΘ και Κοσμήτορας της Πολυτεχνικής Σχολής ΑΠΘ Τοκμακίδης Κωνσταντίνος, Καθηγητής του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών ΑΠΘ Τσούλης Δημήτριος, Καθηγητής και Πρόεδρος του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών ΑΠΘ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΜΑΡΙΤΣΑ ΚΑΣΣΙΩΠΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2014

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η εισαγωγή μου στο μεταπτυχιακό πρόγραμμα σπουδών με τίτλο Γεωπληροφορική και κατεύθυνση τις τοπογραφικές εφαρμογές υψηλής ακρίβειας πραγματοποιήθηκε το Το 2012, ξεκίνησε η προσπάθεια για την εκπλήρωση αυτής της μεταπτυχιακής εργασίας με την αμέριστη στήριξη και βοήθεια του κ. Κωνσταντίνου Κατσάμπαλου. Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία με θέμα «Έλεγχος κατακορυφότητας κτιρίων κατά τη διάρκεια της κατασκευής Παρακολούθηση παραμορφώσεων τεχνικών έργων» έχει ως στόχο να μελετήσει τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να ελεγχθεί η ακρίβεια κατακορύφωσης των κτιρίων και των διαφόρων τεχνικών έργων τόσο κατά τη διάρκεια κατασκευής όσο και σε ήδη υφιστάμενες κατασκευές. i

3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα της μεταπτυχιακής εργασίας κ. Κωνσταντίνο-Βασίλειο Ε. Κατσάμπαλο, Καθηγητή του Τμήματος Αγρονόμων & Τοπογράφων Μηχανικών του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και Κοσμητορεύων της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, για την πολύτιμη βοήθεια και καθοδήγησή του κατά τη διάρκεια εκπόνησης της μεταπτυχιακής εργασίας. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Κωνσταντίνο Τοκμακίδη, καθηγητή του τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, καθώς και τον κ. Δημήτριο Τσούλη, καθηγητή και πρόεδρο του τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, για την αποδοχή της πρότασης του επιβλέποντος να είναι μέλη της εξεταστικής επιτροπής. Τέλος, ευχαριστώ τους γονείς μου, Ιωάννη και Μαριάννα Μαρίτσα, τα υπόλοιπα μέλη της οικογένειας μου καθώς και όλους τους φίλους μου για την αμέριστη συμπαράσταση που επέδειξαν σε όλους τους τομείς. ii

4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία με θέμα «Έλεγχος κατακορυφότητας κτιρίων κατά τη διάρκεια της κατασκευής Παρακολούθηση παραμορφώσεων τεχνικών έργων» έχει ως στόχο να μελετήσει τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να ελεγχθεί η ακρίβεια κατακορύφωσης των κτιρίων και των διαφόρων τεχνικών έργων τόσο κατά τη διάρκεια κατασκευής όσο και σε ήδη υφιστάμενες κατασκευές. Επίσης γίνονται μετρήσεις με κατάλληλο στοχοφόρο εξοπλισμό και προκύπτουν συμπεράσματα. Τελικά γίνονται προτάσεις κατασκευής μιας διάταξης για την επίτευξη του στόχου αυτού. Στο πρώτο κεφάλαιο, αναφέρονται γενικά στοιχεία για τα όργανα και τις μεθόδους κατακορύφωσης που έχουν χρησιμοποιηθεί ως τώρα. Στο δεύτερο κεφάλαιο, γίνεται μια περιγραφή για τη μέθοδο παρακολούθησης των παραμορφώσεων στα διάφορα τεχνικά έργα και τη χρήση των γεωδαιτικών σταθμών σ αυτά. Έπειτα, στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια αναφορά στo Παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης GPS, στον τρόπο λειτουργίας και στα χαρακτηριστικά του. Στόχος αυτής της αναφοράς είναι να συγκριθεί αργότερα, στα επόμενα κεφάλαια, με τους γεωδαιτικούς σταθμούς και να διευκρινιστούν οι λόγοι για τους οποίους δεν χρησιμοποιείται στις συγκεκριμένες μετρήσεις υψηλής ακρίβειας. Στο τέταρτο κεφάλαιο, αναφέρονται οι γεωδαιτικοί σταθμοί, ο τρόπος λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά τους. Τέλος, στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο, αναφέρονται οι λόγοι προτίμησης γεωδαιτικού σταθμού από GPS για τις μετρήσεις. Επίσης περιγράφεται το στοχοφόρο εξάρτημα που κατασκευάστηκε, η διαδικασία των μετρήσεων και τα αποτελέσματα που προέκυψαν από αυτές. Τελικά αναφέρονται προτάσεις για την κατασκευή και χρήση κατάλληλης διάταξης με σκοπό τον έλεγχο της κατακορυφότητας κτιρίων κατά τη διάρκεια της κατασκευής και την παρακολούθηση παραμορφώσεων στα τεχνικά έργα. iii

5 ABSTRACT The present diploma thesis entitled Monitoring of how vertical buildings are during construction Monitoring deformations on technical projects "aims to study how the accuracy of vertical buildings and other buildings can be monitored during the construction. Furthermore measurements are taken place with an assembly in order to make conclusions and construct the appropriate target assembly for this purpose. In the first chapter, general information is referred on instrumentation and methods of vertical building that have been used so far. In the second chapter, a description of the method to monitor deformations in various technical projects and the use of total stations on it, is mentioned. Flowingly, in the third chapter, there is a description of the global positioning system, GPS, the way of GPS operation and its features. The aim of this report is GPS to be compared with the total stations and to be clarified the reasons why it is not used at specific measurements of high precision. Then in the fourth chapter, a description of total stations operation and features is take place. Finally, in the last but not least chapter, the reasons of preferring a total station against GPS, for measurements, are mentioned. Then there is a description of the target assembly which have been constructed, the operation, the measurements and the conclusions. Lastly, there are some suggestions for using it appropriately in the purpose of constructing vertical buildings. iv

6 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... i ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... ii ΠΕΡΙΛΗΨΗ... iii ABSTRACT... iv ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...v ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΩΝ, ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΕΙΚΟΝΩΝ... vii ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΩΣΗΣ ΥΨΗΛΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Εισαγωγή Οπτικές μέθοδοι και όργανα κατακορύφωσης Αυτοματισμοί Μετρήσεις κατακορύφωσης βοηθητικά εξαρτήματα γεωδαιτικών οργάνων Telescope roof plummet Αντικειμενικό πρίσμα Γωνιακός προσοφθάλμιος Εφαρμογές οργάνων κατακορύφωσης Κατακόρυφος έλεγχος κτιρίων πρακτική εφαρμογή Κατακορύφωση υποστυλωμάτων Μεταφορά υψόμετρων από όροφο σε όροφο Οπτικοί κατακόρυφες Στάδια παρακολούθησης της κατακορυφότητας ενός σύγχρονου κτιρίου κατά τη διάρκεια της κατασκευής... 9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΣΤΑ ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ - ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ Εισαγωγή Έλεγχος παραμορφώσεων στα τεχνικά έργα μέθοδοι και όργανα μέτρησης Σύγχρονα γεωδαιτικά συστήματα Συστήματα προσδιορισμού σημείων στο χώρο Ρομποτικά συστήματα μέτρησης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΠΑΓΚΟΣΜΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΥ ΘΕΣΗΣ Εισαγωγή Τα μέρη του συστήματος GPS Τύποι δεκτών Ειδή παρατηρήσεων- επεξεργασία λαμβανόμενων σημάτων Προσδιορισμός βάσης Μέθοδοι μετρήσεων Σύστημα GPS - ακρίβεια των μετρήσεων Σφάλματα στο GPS Πλεονεκτήματα & μειονεκτήματα χρήσης συστήματος δορυφορικού εντοπισμού ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ Εισαγωγή v

7 4.2 Σύγχρονοι γεωδαιτικοί σταθμοί ηλεκτρομαγνητικά όργανα μέτρησης μήκους EDM Βασικές αρχές λειτουργιάς Διορθώσεις και ανάγωγες των μετρήσεων Κατηγορίες οργάνων EDM Ψηφιακοί γεωδαιτικοί σταθμοί (Total station) Ψηφιακοί γεωδαιτικοί σταθμοί χωρίς την χρήση ανακλαστήρα (reflectorless total stations) Γεωδαιτικός σταθμός με αυτόματη αναγνώριση στόχου ρομποτικός γεωδαιτικός σταθμός Έξυπνοι γεωδαιτικοί, εικονογεωδαιτικοί, χωροεικονογεωδαιτικοί σταθμοί Όργανα αποτύπωσης επιφανειών με σάρωση (Laser scanners) Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΣΤΟΧΟΦΟΡΟ ΕΞΑΡΤΗΜΑ, ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ, ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Επιλογή και χρήση κατάλληλου εξοπλισμού Μετρήσεις επεξεργασία αποτελεσμάτων Αποτελέσματα συμπεράσματα προτάσεις Βιβλιογραφία Παράρτημα i: Γεωδαιτικός σταθμός TDA Παράρτημα ii: Πρίσματα - στόχοι Παράρτημα iii: Εμπροσθοτομία στο χώρο vi

8 Περιεχόμενα Πινάκων, Σχημάτων και Εικόνων Σχήμα 1: Τρόποι κατακορύφωσης... 6 Σχήμα 2: Μεταφορά υψομέτρων από όροφο σε όροφο με γεωμετρική χωροστάθμηση... 7 Σχήμα 3: Χρήση αυτόματου κατακορυφωτή για τον έλεγχο της κατακορυφότητας του κτιρίου... 9 Εικόνα 1: Κινητός δέκτης GPS τοποθετημένος πάνω στην κατασκευή Εικόνα 2: Δέκτες GPS σε σημεία γνωστών συντεταγμένων στο έδαφος Σχήμα 4: Προσδιορισμός σημείου στο χώρο με τη μέθοδο των πολικών συντεταγμένων Πίνακας 1: Σύγχρονοι Ρομποτικοί Γεωδαιτικοί Σταθμοί υψηλής ακριβείας Εικόνα 3: Ρομποτικός Γεωδαιτικός Σταθμός TDA Εικόνα 4: Ρομποτικός Γεωδαιτικός Σταθμός TCA Σχήμα 5: Αυτόματη αναγνώριση στόχου Εικόνα 5: Ανακλαστήρας Εικόνα 6: Δορυφόρος σε τροχιά γύρω από τη γη Εικόνα 7: Δορυφόροι σε τροχιά Εικόνα 8: GPS χειρός Εικόνα 9: Δέκτης GPS τοποθετημένος Εικόνα 10: Η ημικινηματική διαδικασία (Stop-and-Go) Εικόνα 11: O Ψηφιακός ολοκληρωμένος γεωδαιτικός σταθμός Stonex STS Εικόνα 12: Ο reflectorless ψηφιακός ολοκληρωμένος γεωδαιτικός σταθμός TCR Πίνακας 2: Ενδεικτικές τιμές εμβέλειας, χωρίς τη χρήση πρίσματος Εικόνα 13: Ο ρομποτικός γεωδαιτικός σταθμός Τrimble S3 (α), με το χειριστήριο TSC2 (β), και ο TM30 (γ) Εικόνα 14: Έξυπνοι γεωδαιτικοί σταθμοί των εταιρειών (TPS 1200+GS10) και Trimble (S3 Robotic Total Station+R6 II GPS) Εικόνα 15: Ο εικονογεωδαιτικός σταθμός Topcon IS Πίνακας 3: Βασικά χαρακτηριστικά μερικών ψηφιακών γεωδαιτικών σταθμών Εικόνα 16: Ο laser scanner GLS Εικόνα 17: ScanStation C vii

9 Πίνακας 4: Σαρωτές Laser Πίνακας 5: Σύγχρονοι γεωδαιτικοί σταθμοί Πίνακας 6: Στοιχεία σύγκρισης μεταξύ total station και GPS Εικόνα 18: Κατάλληλη τοποθέτηση του οργάνου δίπλα στο κτίριο Εικόνα 19: Κατάλληλη τοποθέτησης για μετρήσεις κατακορύφωσης Εικόνα 20: Στοχοφόρο εξάρτημα για μετρήσεις κατακορύφωσης κτιρίων Εικόνα 21: Στοχοφόρο εξάρτημα για μετρήσεις κατακορύφωσης κτιρίων Εικόνα 22: Στοχοφόρο εξάρτημα για μετρήσεις κατακορύφωσης κτιρίων Εικόνα 23: Στοχοφόρο εξάρτημα για μετρήσεις κατακορύφωσης κτιρίων Εικόνα 24: Τοποθέτηση του εξαρτήματος στο ισόγειο του κτιρίου Εικόνα 25: Τοποθέτηση του εξαρτήματος στον πρώτο όροφο του κτιρίου Εικόνα 26: Τοποθέτηση του εξαρτήματος στο δεύτερο όροφο του κτιρίου Πίνακας 7: Συντεταγμένες σημείων - στόχων Σχήμα 6: Απεικόνιση σημείων- στόχων Σχήμα 7: Στοχοφόρα εξαρτήματα σε διάταξη Σχήμα I.1: Γεωδαιτικός σταθμός TDA Πίνακας I.1: Τεχνικά χαρακτηριστικά TDA Σχήμα II.1: Στόχοι που χρησιμοποιούνται με το TDA Πίνακας II.1: Τεχνικά χαρακτηριστικά στόχων viii

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΩΣΗΣ ΥΨΗΛΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στις κατασκευές μεγάλου ύψους, όπως ψηλά κτίρια (ουρανοξύστες), κατακόρυφα πηγάδια εξαερισμού σε σήραγγες, καπνοδόχοι, κοιλαδογέφυρες, ραδιοτηλεοπτικοί σταθμοί, μνημεία κ.α., ένα από τα βασικότερα προβλήματα είναι ο έλεγχος της κατακορυφότητάς τους κατά τη διάρκεια της κατασκευής. Μέχρι πρόσφατα, στα παραδοσιακά υψηλά κτίρια με δομικό υλικό τούβλα, πέτρες κ.λπ., που έχουν στις προσόψεις τους διάφορες αρχιτεκτονικές λεπτομέρειες, μπορούσε να επιτευχθεί εύκολα ο έλεγχος και οι ενδιάμεσες διορθώσεις της κατακορυφότητας με το εξίσου παραδοσιακό νήμα της στάθμης. Αντίθετα δεν επιτρέπονται τέτοιες ενδιάμεσες διορθώσεις της κατακορυφότητας στην κατασκευή του σκελετού υψηλών μοντέρνων κτιρίων με προσόψεις επίπεδες από αλουμίνιο, γυαλί, χάλυβα, μάρμαρο κ.λπ. Στις κατασκευές αυτές οι εξωτερικές γραμμές των ορόφων πρέπει να συμπίπτουν και να είναι ακριβώς κατακόρυφες η μία πάνω από την άλλη. Το παραδοσιακό νήμα της στάθμης, αν και η χρήση του δεν απαιτεί ιδιαίτερες γνώσεις, παρουσιάζει τα εξής σοβαρά προβλήματα: Το ένα είναι εμπόδια κατά το στάδιο της ανάρτησης του κτιρίου και το άλλο πιθανόν να είναι η ύπαρξη ανεπιθύμητων ταλαντώσεων από τη δημιουργία έστω και μιας ελαφριάς αύρας. Για την κατακορύφωση υψηλών κτιρίων έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί και θεοδόλιχοι, αλλά ενώ δίνουν ακριβείς μετρήσεις, για την επίτευξη καλών αποτελεσμάτων απαιτούνται χρόνος και ικανότητα των χειριστών καθώς επίσης και πολύ χώρος ελεύθερος γύρω από το κτίριο. Η αυξανόμενη ανάγκη για όργανα που να ικανοποιούν τις απαιτήσεις των υψηλών κατασκευών, για τις οποίες οι παραδοσιακές μέθοδοι και όργανα είναι ανεπαρκείς, έχει ικανοποιηθεί σήμερα με την ανάπτυξη οργάνων που προσδιορίζουν την κατακορυφότητα οπτικά, καθώς και οργάνων που χρησιμοποιούν ακτίνες laser. Η ακριβής κατακορύφωση των διαφόρων τεχνικών έργων αποκτάει όλο και περισσότερη σημασία για την ασφάλεια και τη σταθερότητα των έργων καθώς αυξάνεται το ύψος. Η επίτευξη της κατακορυφότητας των έργων πετυχαίνεται με τη βοήθεια της κατακόρυφης γραμμής, που προσδιορίζεται με κατάλληλα όργανα και οι αντίστοιχες μετρήσεις ονομάζονται μετρήσεις κατακορύφωσης. 1

11 1.2 ΟΠΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΩΣΗΣ Η γραμμή κατακορύφωσης στις οπτικές μεθόδους ορίζεται με δύο στόχους ή με έναν άξονα σκόπευσης. Έτσι χρησιμοποιεί κανείς το τηλεσκόπιο ενός υπάρχοντος γεωδαιτικού σταθμού, που βρίσκεται πάνω σε έναν τρίποδα. Πάνω από το σημείο προβολής της κατακόρυφης γραμμής, που έχει κατάλληλα σημανθεί κεντρώνεται το όργανο και το τηλεσκόπιο σε κατακόρυφη θέση σκοπεύει προς τα πάνω. Στην περίπτωση αυτή ομιλούμε για προσδιορισμό της διεύθυνσης του Ζενίθ. Στην αντίθετη περίπτωση που το τηλεσκόπιο σκοπεύει προς τον πόδα της κατακόρυφης γραμμής, ομιλούμε για προσδιορισμό της διεύθυνσης του Ναδίρ. Ιδιαιτέρου ενδιαφέροντος είναι τα όργανα που τοποθετούνται στο μέσον του ύψους ενός οικοδομικού έργου και είναι ικανά να σκοπεύουν τόσο προς το Ζενίθ, όσο και προς το Ναδίρ. Στην περίπτωση αυτή μετά την κέντρωση του οργάνου πάνω στο σημείο προβολής της κατακορύφου είναι δυνατό να γίνει συγχρόνως καθορισμός της διεύθυνσης της κατακορύφου και προς το Ζενίθ και προς το Ναδίρ. Επίσης είναι δυνατό, όταν στη θέση του προσοφθάλμιου φακού του τηλεσκοπίου προσαρμοσθεί μια συσκευή ακτίνων Laser να υλοποιείται η διεύθυνση της κατακορύφου. Πρέπει να λαμβάνονται ιδιαίτερα μέτρα ασφαλείας όταν χρησιμοποιούνται όργανα οπτικού προσδιορισμού στο εσωτερικό καταπακτών, διότι υπάρχει ο κίνδυνος από υλικά που μπορεί να πέσουν μέσα στην καταπακτή στην οποία βρίσκονται παρατηρητής και όργανο. Η καταπακτή είναι ένα κατάλληλο άνοιγμα που αφήνεται στο εσωτερικό της κατασκευής για την αποκατάσταση της ορατότητας από όροφο σε όροφο. Ο στόχος σκόπευσης που είναι συνήθως ένα φύλλο διαφανούς πλαστικού με δύο χαραγμένες πάνω σε αυτό γραμμές πρέπει να φωτίζεται όσο το δυνατό καλύτερα για την υλοποίηση κατά τον καλύτερο τρόπο της διεύθυνσης της κατακορύφου. Πολλές φορές δεν είναι εύκολο να διατηρούνται ελεύθερα ανοίγματα (καταπακτές), για τον έλεγχο της κατακορυφότητας, κατά τη διάρκεια των οικοδομικών εργασιών ή μετά το τελείωμα ορισμένων από αυτές. Σ αυτές τις περιπτώσεις πρέπει η διεύθυνση της κατακορύφου να μεταφέρεται έξω από το κτίριο. Αυτό μπορεί να γίνει με ειδικά όργανα όπως είναι το όργανο προσδιορισμού του ναδίρ υπό γωνία με υδράργυρο του Seltman. Ακόμα και με γεωδαιτικό όργανο μπορεί να προσδιοριστεί η διεύθυνση της κατακορύφου έξω από το οικοδομικό έργο. Σ αυτήν την περίπτωση χρειάζεται ελευθερία χώρου γύρω από το έργο διότι το γεωδαιτικό όργανο πρέπει να τοποθετηθεί σε οκτώ ή τουλάχιστον σε τέσσερα σημεία γύρω από το έργο, που απέχουν από τη βάση του 1.5 μέχρι 2 φορές το ύψος του. Η ακρίβεια προσδιορισμού της διεύθυνσης της κατακορύφου με θεοδόλιχο φτάνει τα ± 3 μέχρι ± 5 mm στα 100 m ύψος (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 1, 1999). 1.3 ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ Ο αυτόματος προσδιορισμός της διεύθυνσης της κατακορύφου είναι επιθυμητός τόσο κατά το στάδιο της κατασκευής για τον συνεχή έλεγχο της κατακορυφότητας των 2

12 διαφόρων στοιχείων της κατασκευής όσο και κατά τη διάρκεια λειτουργίας του έργου για τον προσδιορισμό τυχόν αποκλίσεων. Ως αυτόματες μέθοδοι, για τον προσδιορισμό της κατακορύφου, είναι κατάλληλες τόσο οι μηχανικές όσο και οι οπτικές. Βέβαια δεν υπάρχουν αυτόματα συστήματα προσδιορισμού της κατακορύφου, αλλά οι μέθοδοι που αναφέρθηκαν παραπάνω μπορούν με κατάλληλες διατάξεις και ανάλογα με τη φύση του έργου να δίνουν αυτόματα το ζητούμενο αποτέλεσμα. Το αποτέλεσμα αυτό μπορεί να καταγράφεται πάνω σε χαρτί ή σε πρόγραμμα σχεδιασμού στον ηλεκτρονικό υπολογιστή ή να είναι ακουστικό ή οπτικό σήμα ή τέλος να λαμβάνεται φωτογραφικά. Επίσης, εάν εφαρμόζεται έλεγχος με τη συνεχή παρακολούθηση της απόκλισης της κατακορύφου ώστε να μην υπερβεί ορισμένα όρια για την αποφυγή κάποιου είδους καταστροφής, μπορεί να λειτουργεί κατάλληλο σύστημα συναγερμού (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 1, 1999). 1.4 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΩΣΗΣ ΒΟΗΘΗΤΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ Εκτός από τα αυτοτελή όργανα κατακορύφωσης, μηχανικά ή οπτικά, υπάρχουν και ορισμένα εξαρτήματα που μπορούν να προσαρμόζονται εύκολα πάνω σε γεωδαιτικά όργανα, κυρίως σε θεοδολίχους, οπότε αυτά να μετατρέπονται σε οπτικούς κατακορυφωτές, αρκετά μεγάλης ακρίβειας. Αυτά είναι: 1. Το Telescope Roof Plummet, 2. Το αντικειμενικό πεντάπρισμα, 3. Ο γωνιακός προσοφθάλμιος Telescope Roof Plummet Το Telescope Roof Plummet είναι ένα καλό πρακτικό εξάρτημα (προσάρτημα) για θεοδολίχους. Είναι κατάλληλο για τον προσδιορισμό της θέσης προβολής ενός σημείου που βρίσκεται σε μια οροφή ή για τον προσδιορισμό της θέσης ενός σημείου του δαπέδου. Επίσης χρησιμοποιείται σε έργα χάραξης και για ελέγχους σε ορυχεία, σήραγγες, γαλαρίες και σε βιομηχανικές κατασκευές. Η ακρίβεια κατακορύφωσης και κέντρωσης είναι 1: 5000 (ή ± 0.3 mm στα 2 m) (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά.,τόμος 1, 1999) ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΙΚΟ ΠΡΙΣΜΑ Το αντικειμενικό πεντάπρισμα έχει τη δυνατότητα της εύκολης προσαρμογής στον αντικειμενικό φακό του τηλεσκοπίου ενός γεωδαιτικού σταθμού. Χρησιμοποιείται για κατακορύφωση προς τα πάνω ή προς τα κάτω από και προς ένα σημείο και κυρίως για τη μεταφορά μιας διεύθυνσης που δόθηκε από έναν ορίζοντα σ έναν άλλο. 3

13 Είναι ιδιαίτερα χρήσιμο σε ορυχεία και σε συστήματα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, για τη μεταφορά διευθύνσεων. Η ακρίβεια προσδιορισμού του Ζενίθ ή του Ναδίρ είναι της τάξης του 1:70000 (ή ± 1.5 mm στα 100 m) (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 1, 1999) ΓΩΝΙΑΚΟΣ ΠΡΟΣΟΦΘΑΛΜΙΟΣ Ο γωνιακός προσοφθάλμιος ή διαγώνιο πρίσμα μπορεί να αντικαταστήσει σε πολλούς θεοδολίχους το προσοφθάλμιο του τηλεσκοπίου. Οι γωνιακοί προσοφθάλμιοι επιτρέπουν στο τηλεσκόπιο ενός θεοδολίχου να λαμβάνει κατακόρυφη θέση και έτσι μπορεί να ελέγχεται η κατακορυφότητα μιας κατασκευής με μεγάλη ακρίβεια. Τέτοιοι θεοδόλιχοι με γωνιακούς προσοφθάλμιους χρησιμοποιούνται για ακριβείς κατακορυφώσεις Ζενίθ σε ορυχεία και σε εγκαταστάσεις μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Η ακρίβεια μιας κατακορύφωσης με τους γωνιακούς προσοφθάλμιους είναι της τάξης του 1:70000 ( ή ± 1.5 mm στα 100 m) (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 1, 1999). 1.5 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΟΡΓΑΝΩΝ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΩΣΗΣ Τα όργανα κατακορύφωσης χρησιμοποιούνται κυρίως στις κατασκευές, στη βιομηχανία και στην τοπογραφία. Έτσι λοιπόν τα όργανα κατακορύφωσης χρησιμοποιούνται κυρίως σε κατασκευές ουρανοξυστών και γενικώς πολυώροφων κτιρίων, πύργων τηλεόρασης, καπνοδόχων, υψηλών ιστών, γεφυρών, φραγμάτων, αντλιοστασίων και φρεάτων, σιλό κτλ., τόσο κατά τη διάρκεια της κατασκευής όσο και της λειτουργίας για τον έλεγχο τυχόν παραμορφώσεων. Επίσης χρησιμοποιούνται και στη βιομηχανία για την κατακορύφωση γραμμών για τη μεταφορά βαγονιών καθώς και ανελκυστήρων μέσα σε φρεάτια. Τέλος μπορεί να χρησιμοποιηθούν και στις διάφορες τοπογραφικές εργασίες για την κέντρωση θεοδολίχων που βρίσκονται πάνω από τριγωνομετρικά σημεία στο έδαφος. Επίσης και με βοηθητικά εξαρτήματα, με τη βοήθεια των οποίων οι θεοδόλιχοι μετατρέπονται σε οπτικούς κατακορυφωτές, έχουμε πολλές εφαρμογές. Ο προσδιορισμός του άξονα ενός πηγαδιού με ένα θεοδόλιχο, που στον αντικειμενικό φακό του τηλεσκοπίου έχει προσαρμοστεί ένα αντικειμενικό πεντάπρισμα, γίνεται ως εξής: Το όργανο κεντρώνεται και οριζοντιώνεται πάνω σε μια ειδική σκαλωσιά, τοποθετημένη στο στόμιο του πηγαδιού, στο γεωμετρικό κέντρο του στομίου. Τοποθετούμε ακριβώς την ανάγνωση 100 gon στον κατακόρυφο δίσκο του θεοδολίχου, ώστε το τηλεσκόπιο να είναι ακριβώς οριζοντιωμένο. Η γραμμή σκόπευσης του τηλεσκοπίου ανακλάται, με τη βοήθεια του πενταπρίσματος κατά ορθή γωνία. Το σημείο στο βάθος του πηγαδιού που συμπίπτει με το κέντρο του σταυρονήματος επισημαίνεται προσεκτικά. Διατηρώντας την ανάγνωση του κατακόρυφου δίσκου στα 100 gon στρέφουμε προσεκτικά το θεοδόλιχο κατά γωνία 200 gon και επισημαίνουμε ένα δεύτερο σημείο με όμοιο τρόπο και προσεκτικά. Το 4

14 μέσον των δύο επισημάνσεων αποτελεί το σημείο προβολής του κατακόρυφου άξονα του πηγαδιού. Εκτός από την προσεκτική εργασία που θα πρέπει να γίνεται, οι μόνες συνθήκες που θα πρέπει να πληρούνται είναι: α) η ανάγνωση στον κατακόρυφο δίσκο να είναι ακριβώς 100 gon και β) η περιστροφή του θεοδολίχου θα πρέπει να γίνεται κάθε φορά ακριβώς κατά 200 gon. Υπάρχει, επίσης, η δυνατότητα προσαρμογής ενός προσοφθάλμιου laser σε όλους σχεδόν τους οπτικούς κατακορυφωτές για πολύ δύσκολες συνθήκες εργασιών πεδίου, όπως για παράδειγμα σε ένα τούνελ. Η χρήση των ακτινών Laser στους οπτικούς κατακορυφωτές έχει πολλά πλεονεκτήματα όπως η ευκολία εγκατάστασης, η αυτόματη υλοποίηση της κατακορύφου κ.λπ. Αλλά έχει και το μειονέκτημα της διάθλασης και αυτή μπορεί να είναι αρκετά μεγάλη, εξαιτίας των υδρατμών. Θα πρέπει λοιπόν να λαμβάνονται τα κατάλληλα μέτρα για τον περιορισμό αυτού του μειονεκτήματος. Σήμερα στην αγορά υπάρχουν διαθέσιμα πολλά όργανα κατακορύφωσης υψηλών κατασκευών μικρής, μέσης και μεγάλης ακρίβειας όπου η τελική εκλογή του καταλληλότερου γίνεται σύμφωνα με την απαιτούμενη ακρίβεια και οικονομία. Η ευκολία εγκατάστασης και χειρισμού επίσης θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη, χωρίς όμως αυτό να σημαίνει ότι δεν θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα πιθανά εμπόδια της χρήσης τους στο εργοτάξιο. Επίσης η ορατότητα, τα πιθανά ρεύματα αέρα, η διάθλαση κυρίως στη διάνοιξη μεγάλων πηγαδιών, η ύπαρξη συμπληρωματικών οργάνων καθώς και η ασφάλεια των παρατηρητών είναι παράγοντες που πρέπει να εξετάζονται με προσοχή για την εκλογή του καταλληλότερου οργάνου και μεθόδου κατακορύφωσης. Το αποτέλεσμα όλων αυτών είναι η καλύτερη στατική συμπεριφορά καθώς και η άριστη εφαρμογή των πιθανών προκατασκευασμένων τμημάτων των κτιρίων (αλουμινοκατασκευές κ.λπ.). Επίσης με τη βοήθεια των οργάνων αυτών μπορούν να επιλυθούν τα μεγάλα προβλήματα για την εγκατάσταση των συστημάτων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, όπου απαιτείται η μέγιστη δυνατή ακρίβεια στην κατακορύφωση και κέντρωση διαφόρων τμημάτων τους (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 1, 1999). 1.6 ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΤΙΡΙΩΝ ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ Έχοντας τελειώσει με όλα όσα σχετίζονται με τον οριζόντιο έλεγχο κτιρίων, απομένει η εξέταση μεθόδων που αφορούν τον κατακόρυφο έλεγχο. Ο κατακόρυφος έλεγχος έχει να κάνει με τον έλεγχο της κατακορυφότητας επί μέρους δομικών στοιχείων, όλου του κτιρίου, αλλά και με τη μεταφορά υψομέτρων στα διάφορα επίπεδα του κτιρίου (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 2, 2 η έκδοση 2010) ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΩΣΗ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΩΝ 5

15 Ένας παραδοσιακός τρόπος είναι: Τα υποστυλώματα μπορούν να ελεγχθούν με τη βοήθεια ειδικής ράβδου επί της οποίας βρίσκεται αεροστάθμη (Σχήμα 1α). Αν δεν είναι διαθέσιμη τέτοια διάταξη, το νήμα της στάθμης (ένα από τα παλαιότερα γεωδαιτικά όργανα) δίνει πολύ καλή ακρίβεια για τον έλεγχο αυτό, για ύψος μέχρι δύο ορόφων. Για τον έλεγχο όμως πολυώροφων κτιρίων και γενικά υψηλών κατασκευών είναι ακατάλληλο. Κατά κανόνα, για υποστυλώματα ύψους μεγαλύτερου των δύο ορόφων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί γεωδαιτικός σταθμός (Σχήμα 1β). Σημειώνεται ότι ο γεωδαιτικός σταθμός δίνει καλές μετρήσεις, αλλά απαιτεί χρόνο, ικανότητα χειριστή και ελεύθερο χώρο γύρω από το κτίριο (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 2, 2 η έκδοση 2010). (α) με ράβδο και αεροστάθμη (β) με χρήση γεωδαιτικών σταθμών (γ) με χρήση θεοδολίχων για την κατακορύφωση του άξονα υποστυλώματος Σχήμα 1: Τρόποι κατακορύφωσης (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 2, 2 η έκδοση 2010). 6

16 1.6.2 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΥΨΟΜΕΤΡΩΝ ΑΠΟ ΟΡΟΦΟ ΣΕ ΟΡΟΦΟ Η μεταφορά υψομέτρων από όροφο σε όροφο μπορεί να γίνει με τους εξής τρόπους: Με τη χρήση μεταλλικής μετροταινίας στην άκρη της οποίας αναρτάται κάποιο βάρος. Με τη μετροταινία αυτή μετρούμε από κάποια γνωστή στάθμη αναφοράς του κτιρίου. Εξυπακούεται ότι συγκεκριμένες στάθμες αναφοράς θα πρέπει να βρίσκονται σε περιοχές του κτιρίου όπου δεν υπάρχουν εμπόδια και μπορούμε να χειριστούμε άνετα την μετροταινία καθ ύψος. Προφανώς, σε κάθε όροφο πρέπει να υπάρχουν σε χαρακτηριστικές θέσεις συγκεκριμένα repers (υψομετρικές αφετηρίες) τα οποία χρησιμεύουν για τη μεταφορά υψομέτρων. Η μέθοδος αυτή φυσικά δεν προσφέρει την απαιτούμενη ακρίβεια για πολυώροφα κτίρια και είναι ιδιαίτερα χρονοβόρα και επίπονη. Με τη χρήση χωροβάτη και σταδίας, στην περίπτωση που υπάρχουν ήδη στο κτίριο κατασκευασμένες σκάλες (Σχήμα 2). Προχωρώντας με χωροστάθμηση από τις σκάλες, μεταφέρουμε υψόμετρα προς τους επάνω (ή κάτω) ορόφους. Τονίζεται ότι για έλεγχο, η μεταφορά υψομέτρων πρέπει να γίνεται και προς τα πάνω και προς τα κάτω (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 2, 2 η έκδοση 2010). Σχήμα 2: Μεταφορά υψομέτρων από όροφο σε όροφο με γεωμετρική χωροστάθμηση (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 2, 2 η έκδοση 2010) ΟΠΤΙΚΟΙ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΩΤΕΣ Οι απαιτήσεις των υψηλών κατασκευών δημιουργούν την ολοένα και αυξανόμενη ανάγκη για όργανα που να τις ικανοποιούν, και φυσικά για τις οποίες οι παραδοσιακές μέθοδοι και όργανα είναι ανεπαρκείς. Έχουν, λοιπόν, σήμερα αναπτυχθεί, ικανοποιητικά, όργανα που προσδιορίζουν την κατακορυφότητα οπτικά 7

17 (Auto-plumb, Optisches LotgerEt), καθώς και όργανα που χρησιμοποιούν ακτίνες Laser. Στις πολυώροφες κατασκευές η κατακορύφωση με κοινά νήματα στάθμης για το φέροντα οργανισμό του κτιρίου λογικά θα διατηρήσει κάθε επίπεδο κατακόρυφο, αλλά ο έλεγχος της ορθογωνικότητας θα είναι πολύ πιο δύσκολος, ενώ η χρήση ενός οργάνου αυτόματης κατακορύφωσης (Σχήμα 3) θα προσφέρει περισσότερα απ όσα χρειάζονται, γεγονός το οποίο δικαιολογεί και το κάπως μεγάλο κόστος αγοράς του οργάνου. Αμέσως μόλις καθοριστεί πάνω στο έδαφος η περιοχή που θα στηθεί το κτίριο, θα πρέπει να τοποθετηθεί στο εσωτερικό των ορίων του κτιρίου ένας κάνναβος που θα μεταφέρει τις μετρήσεις από την αρχική χάραξη. Τα σημάδια θα ορίζουν ευθείες που θα σχηματίζουν ορθές γωνίες με τις όψεις του κτιρίου ή των υποστυλωμάτων και θα τοποθετούνται έτσι, ώστε να παρέχουν κατακόρυφες γραμμές σκόπευσης ανάμεσα από βοηθητικά (ή σκόπιμα φτιαγμένα) ανοίγματα στις διαδοχικές πλάκες. Για τη μεταφορά του καννάβου από πάτωμα σε πάτωμα έτσι, ώστε το κτίριο και τα υποστυλώματα να διατηρούνται τετραγωνισμένα και κατακορυφωμένα, θα πρέπει το όργανο αυτόματης κατακορύφωσης να χρησιμοποιηθεί ως εξής: Το όργανο τοποθετείται διαδοχικά πάνω από κάθε σημείο και αφού προσανατολιστεί χονδρικά προς τη μια όψη του κτιρίου, κατευθύνεται ένας βοηθός να μετακινήσει ένα ευθύγραμμο δείκτη πάνω σε διαφανές ταμπλό στην πιο πάνω πλάκα, ώσπου να συμπέσει με το νήμα του σταυρονήματος. Το όργανο στρέφεται στη συνέχεια κατά 100 gon και επαναλαμβάνεται η διαδικασία. Η τομή των δύο επιπέδων σημειώνεται από το βοηθό και δηλώνει το κατακόρυφο σημάδι του καννάβου που θα πρέπει αμέσως να ελεγχθεί με την παρακολούθηση των άλλων δύο επιπέδων. Η κατάλληλη διάταξη για σκόπευση θα μπορούσε να ήταν ένα ξύλινο πλαίσιο μ ένα φύλλο από άθραυστο γυαλί που θα προσαρμόζεται πάνω στα ανοίγματα. Για τη χάραξη του γυάλινου φύλλου χρησιμοποιούνται ειδικά μολύβια (πχ μαρκαδόροι οινοπνεύματος). Αφού τοποθετηθεί ο κάνναβος, μπορεί αμέσως να αποτυπωθεί σε σημεία πάνω στην πλάκα θεμελίωσης με απευθείας μέτρηση ανάμεσα σε δύο από τα σημεία που βρίσκονται πιο ψηλά. Όταν αυτό πραγματοποιηθεί οι στόχοι μπορούν να μετακινηθούν και τα ανοίγματα να καλυφθούν με ασφαλείς πλάκες (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 2, 2 η έκδοση 2010). 8

18 Σχήμα 3: Χρήση αυτόματου κατακορυφωτή για τον έλεγχο της κατακορυφότητας του κτιρίου (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 2, 2 η έκδοση 2010). Οι θέσεις των σημείων αποτύπωσης θα πρέπει να είναι τέτοιες, ώστε να καθορίζουν το περίγραμμα του υποστυλώματος, για να μπορέσουν να εξυπηρετήσουν τις εργασίες της χάραξης του φέροντος οργανισμού. Η προηγούμενη διαδικασία δεν είναι απαραίτητη για κάθε πάτωμα, αν και συνιστάται από πολλούς παράγοντες (Πηγή: Μπαντέλας, Σαββαΐδης κ.ά., Τόμος 2, 2 η έκδοση 2010). 1.7 ΣΤΑΔΙΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΤΗΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΤΗΤΑΣ ΕΝΟΣ ΣΥΓΧΡΟΝΟΥ ΚΤΙΡΙΟΥ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Στα τελευταία χρόνια υπάρχει ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην κατασκευή πολύ υψηλών κτιρίων τα οποία αποτελούν και τα βασικά στοιχεία των σύγχρονων κατακόρυφων πόλεων. Τα πολύ υψηλά κτίρια είναι επιρρεπή σε ορισμένους παράγοντες που μπορούν να τα γείρουν και αυτοί είναι οι πιέσεις του ανέμου ή οι διάφορες θερμικές επιδράσεις που οφείλονται στην έκθεση των κτιρίων στον ήλιο. Τέτοιοι παράγοντες είναι σίγουρα μια πρόκληση για τις πολύ υψηλές κατασκευές που φυσικά πρέπει να αντιμετωπίζονται ώστε τα κτίρια να μην "γέρνουν". 9

19 Είναι πολύ σημαντικό ότι ένα ευθύ στοιχείο όταν κατασκευάζεται θεωρητικά, ακόμα και αν το κεντρικό του σημείο κινείται εξαιτίας διαφόρων από τους παραπάνω παράγοντες που αναφέρθηκαν, θα πρέπει να έχει μια ακριβή κατακόρυφη κατεύθυνση όταν όλοι οι ανεπιθύμητοι παράγοντες εξουδετερωθούν. Εξαιτίας των διαφόρων σχεδίων των κτιρίων, των διαφόρων υλικών κατασκευής και των κατασκευαστικών αντοχών, αυτή η ιδανική κατάσταση είναι σπάνια (Πηγή: Joël Van Cranenbroeck, 2007). Γι αυτόν τον λόγο μια συχνή σύνδεση του συστήματος αναφοράς με την κατασκευή κατά την πλοήγηση απαιτείται σε κάθε φάση της κατασκευής πολύ υψηλών κτιρίων για την επίτευξη ενός συγκεκριμένου ύψους. Μέχρι σήμερα, η πλοήγηση σε πολύ υψηλές κατασκευές γίνεται από ηλεκτροπτικούς γεωδαιτικούς σταθμούς οι οποίοι παρακολουθούν περιοδικά και παίρνουν μετρήσεις σημείων που πρέπει να μελετηθούν και τα οποία αναφέρονται σε σταθερά, εξωτερικά της κατασκευής, σημεία γνωστών συντεταγμένων. Η ακρίβεια της συνολικής διαδικασίας πλοήγησης εξαρτάται από τα σημεία αναφοράς εκτός της κατασκευής τα οποία επιλέγονται με βάση την απόλυτη σταθερότητα της θέσης τους η οποία είναι επιβεβαιωμένη με μεγάλη ακρίβεια. Κυρίως τα σημεία που βρίσκονται στο έδαφος έχουν μεγαλύτερη ακρίβεια από αυτά πάνω στην κατασκευή διότι δεν έχουν τους παράγοντες (αέρας, θερμοκρασία κλπ.) που επηρεάζουν τη θέση των σημείων της κατασκευής. Οι εργασίες αυτές γίνονται για την επίτευξη της κατακορυφότητας πολύ ψηλών κτιρίων αλλά και άλλων κατασκευών κατά τη διάρκεια της κατασκευής τους. Ειδικές μέθοδοι παρακολούθησης εφαρμόζονται για τον προσδιορισμό των αποκλίσεων του κτιρίου από τη διεύθυνση της κατακορύφου και των απαραίτητων προσαρμογών που πρέπει να γίνουν για την επίτευξη αυτής (Πηγή: Joël Van Cranenbroeck, 2007). Σήμερα είναι συνηθισμένο να συναντάμε στις πόλεις πολύ ψηλά κτίρια με πολλούς ορόφους αλλά και γενικά μεγάλα τεχνικά έργα όπως μεγάλες γέφυρες κλπ. Τα κτίρια αυτά σχεδιάζονται έτσι ώστε να μπορούν να έχουν ελαστικότητα. Η φόρτιση του ανέμου για παράδειγμα, ή οι θερμικές διαστολές της μίας ή της άλλης πλευράς του κτιρίου, που βρίσκεται από την πλευρά του ήλιου, μπορούν να προκαλέσουν ουσιώδεις αλλά προσωρινές επιδράσεις στην κατακορυφότητά του. Η κορυφή ενός κτιρίου, μέτρων ύψους, μπορεί να απέχει από τη διεύθυνση της κατακορύφου κατά 10 cm ή και περισσότερο. Είναι συνήθως επιθυμητό αλλά και απαραίτητο να παρακολουθούνται αυτές οι αποκλίσεις και ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια της κατασκευής των κτιρίων. Τα πολύ ψηλά κτίρια αλλά και παρόμοιες κατασκευές χτίζονται σε αυστηρά κατακόρυφα επίπεδα κάθε 4 m ύψος. Επιτυχή στάδια δημιουργούνται σε φόρμα μετάβασης από το ένα στάδιο στο άλλο οι οποίες τοποθετούνται σε διαστήματα και προσαρμόζονται με πολλούς τρόπους για να σιγουρευτεί η κατάλληλη στοίχιση του κάθε σταδίου σε σχέση με τα άλλα καθώς εξελίσσεται η κατασκευή. Η φόρμα αυτή περιέχει ένα σκελετό στον οποίο χύνεται το τσιμέντο όταν ένα καινούργιο στάδιο δημιουργείται και το οποίο πρέπει να ξεκινήσει στην ίδια γραμμή με το τσιμέντο που είχε χυθεί ακριβώς στο προηγούμενο στάδιο (Πηγή: Nicholas P. Godici, 2001). 10

20 Είναι κατανοητό λοιπόν ότι θα πρέπει να εφαρμοστεί κάποια γρήγορη, συμβατή και αποτελεσματική μέθοδος με την οποία θα γίνεται η παρακολούθηση της κατακορυφότητας του κτιρίου, κατά τη διάρκεια της κατασκευής, χωρίς να παρεμποδίζονται οι σύγχρονες κατασκευαστικές τεχνικές. Οι παραδοσιακές μέθοδοι παρακολούθησης της κατακορυφότητας κατασκευής ενός πολύ ψηλού κτιρίου είναι δύο (Πηγή: Nicholas P. Godici, 2001) και είναι οι εξής: Οπτικά όργανα παρακολούθησης της διεύθυνσης του ζενίθ για τις ακμές των κτιρίων. Οπτικός Θεοδόλιχος (σήμερα σύγχρονοι γεωδαιτικοί σταθμοί με χρήση ακτινών laser). Σύμφωνα λοιπόν με τα παραπάνω και με το γεγονός ότι η απαιτούμενη ακρίβεια για την κατασκευή ενός σύγχρονου πολυώροφου κτιρίου πρέπει να είναι της τάξης του ± 1 mm, οι ενέργειες παρακολούθησης της κατακορυφότητας ενός κτιρίου κατά τη διάρκεια της κατασκευής του είναι οι εξής: 1. Κάνουμε μία όδευση σημείων περιμετρικά του κτιρίου και προσδιορίζουμε τις συντεταγμένες των σημείων της με μεγάλη ακρίβεια. 2. Στήνουμε δύο σύγχρονους γεωδαιτικούς σταθμούς, κατάλληλους για τις υψηλές απαιτήσεις ακρίβειας, σε αυτά τα σημεία, γνωστών συντεταγμένων, γύρω από το κτίριο για να ελέγξουμε την κατακορυφότητα των υποστυλωμάτων. Αρχικά στοχεύουμε στο ίδιο σημείο στη βάση του υποστυλώματος. 3. Έπειτα ειδικά πρίσματα στόχοι (Παράρτημα II) τοποθετούνται πάνω σε διάφορα σημεία της κατακορύφου στην οποία ανήκει το πρώτο σημείο της κοινής στόχευσης. 4. Εφαρμόζουμε τη μέθοδο της εμπροσθοτομίας (Παράρτημα III). Από τα δύο γνωστά σημεία προσδιορίζονται οι συντεταγμένες του τρίτου ζητούμενου σημείου που κάθε φορά είναι ένα σημείο πάνω στην κατακόρυφο (Ίδια Χ, Υ με το σημείο στη βάση αλλά διαφορετικό Z λόγω υψομετρικής διαφοράς). 5. Σύμφωνα με τη λειτουργία των οργάνων, το όργανο μπορεί να βρίσκει μόνο του την ακριβή θέση του στόχου εφ' όσον έχει οριστεί μια συγκεκριμένη περιοχή. Σε συνέχεια αυτής της δυνατότητας, μπορεί να ακολουθεί ένα κινούμενο στόχο για ορισμένο εύρος ταχύτητας και να παίρνει μετρήσεις σε κάθε παύση κίνησης (stop & go). Οπότε κρατάμε τα πρίσματα και τα μεταφέρουμε συνεχώς πάνω στην κατασκευή, ενώ παράλληλα τα όργανα στο έδαφος παίρνουν μετρήσεις στα διάφορα σημεία που σταματάμε. Μόλις εντοπιστεί το σημείο πάνω στην κατακόρυφο (αφού έχει προσδιοριστεί η θέση του) δίνουμε οδηγίες για τοποθέτηση υλικού της κατασκευής. 11

21 Συμπερασματικά ο τοπογράφος μηχανικός μπορεί να καθοδηγεί το συνεργείο κατασκευής του κτιρίου υποδεικνύοντας τις θέσεις τοποθέτησης των υποστυλωμάτων του κάθε ορόφου. Οι πιο σύγχρονες μέθοδοι προσδιορισμού της κατακορυφότητας των κτιρίων χρησιμοποιούν απομακρυσμένα συστήματα προσδιορισμού θέσης όπως τους δορυφόρους. Τα συστήματα αυτά είναι το GPS και σε κάποιες περιπτώσεις το GLONASS. Τα συστήματα αυτά είναι πιο αποτελεσματικά και ακριβή από τις παραπάνω παραδοσιακές μεθόδους που περιγράφηκαν (Πηγή: Nicholas P. Godici, 2001). Με τη χρήση του GPS, για την παρακολούθηση της κατακορυφότητας κατά τη διάρκεια κατασκευής ενός κτιρίου, εφαρμόζεται η εξής διαδικασία: 1. Τυπικά, απαιτείται ένας μόνο παρατηρητής. 2. Στήνουμε δέκτες GPS σε σημεία γνωστών συντεταγμένων με μεγάλη ακρίβεια στο έδαφος. Οι δέκτες αυτοί θα είναι σταθεροί στα σημεία αυτά και θα λαμβάνουν το δορυφορικό σήμα συνεχώς προσδιορίζοντας ανά πάσα στιγμή τη θέση τους. 3. Ένας κινητός δέκτης GPS τοποθετείται πάνω στον ξυλότυπο κατασκευής κάθε στιγμή που δημιουργείται και ένας νέος όροφος. όπως στις παρακάτω εικόνες. 4. Έπειτα ο σταθερός δέκτης λαμβάνει το δορυφορικό σήμα για τουλάχιστον 2 ώρες προσδιορίζοντας με ακρίβεια τη θέση του σημείου στο οποίο βρίσκεται. 5. Επιλύοντας τις βάσεις από το σημείο πάνω στην κατασκευή με τα σταθερά σημεία περιμετρικά αυτής υπολογίζονται οι διπλές διαφορές τους οι οποίες προσδιορίζονται με πολύ μεγάλη ακρίβεια (της τάξης των μερικών χιλιοστών τουλάχιστον για τον οριζοντιογραφικό προσδιορισμό της θέσης των σημείων). 6. Τα σημεία πάνω στην κατασκευή θα πρέπει να έχουν, όλα, τις ίδιες διαφορές συντεταγμένων (ΔX, ΔY) στο οριζόντιο επίπεδο με τα σταθερά, διαφορετικά θα υπάρχει απόκλιση από τη διεύθυνση της κατακορύφου. 7. Σ αυτήν την περίπτωση ο κινητός δέκτης και συνεπώς και η κατασκευή θα πρέπει να μετατεθεί τόσο όσο χρειάζεται για τη διόρθωση από τις αποκλίσεις της κατακορύφου. 12

22 Εικόνα 1: Κινητός δέκτης GPS τοποθετημένος πάνω στην κατασκευή (Πηγή: Agnes Zeiner, 2010). Η χρήση του σχετικού προσδιορισμού της θέσης 2 σημείων σε σύγκριση με τον απόλυτο προσδιορισμό των θέσεων υπερτερεί ως προς την ακρίβεια. Στην πρώτη περίπτωση μπορεί να επιτευχθεί ακρίβεια της τάξης του 1-5 mm ενώ στη δεύτερη ακρίβεια της τάξης των μερικών μέτρων. Όπως διαπιστώνουμε για τις εργασίες υλοποίησης της κατακορυφότητας των ακμών κτιρίων, κατά τη διάρκεια της κατασκευής τους, απαιτείται ακρίβεια της τάξης του 1 mm. Συμπερασματικά χρησιμοποιούμε τα διανύσματα των βάσεων ΔX, ΔY, ΔZ (μεταξύ των σταθερών σημείων γνωστών συντεταγμένων του εδάφους και των σημείων πάνω στις ακμές των κτιρίων) από το σχετικό προσδιορισμό έναντι των τιμών X, Y, Z του απόλυτου προσδιορισμού θέσης. Με τη χρήση, επίσης, της μεθόδου των διπλών διαφορών αυξάνεται κατά πολύ η ακρίβεια των αποτελεσμάτων. 13

23 Εικόνα 2: Δέκτες GPS σε σημεία γνωστών συντεταγμένων στο έδαφος (Πηγή: Agnes Zeiner, 2010). 14

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΣΤΑ ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ - ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Από την πρώτη εμφάνιση του θεοδολίχου ως οργάνου μέτρησης γωνιών έως τη σημερινή εποχή των σύγχρονων συστημάτων μέτρησης (ρομποτικά συστήματα, δορυφορικά συστήματα εντοπισμού θέσης κ.α.) η επιστήμη της Γεωδαισίας έχει παρουσιάσει σημαντική εξέλιξη. Τις τελευταίες δεκαετίες, η τεχνολογική εξέλιξη σε όλους τους επιστημονικούς τομείς και ιδιαίτερα σε αυτούς που αφορούν τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, επηρέασε όπως είναι φυσικό, σε μεγάλο βαθμό, και τον τρόπο κατασκευής των σύγχρονων οργάνων μέτρησης. Έτσι σήμερα, τα γεωδαιτικά όργανα κατασκευάζονται με τα τελειότερα ηλεκτρονικά και μηχανικά συστήματα, στα οποία φυσικά χρησιμοποιούνται οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Στους τελευταίους υπάρχουν τα κατάλληλα λογισμικά πακέτα που ελέγχουν και καθοδηγούν τη λειτουργία τους (π.χ. ρομποτικά συστήματα μέτρησης), διαχειρίζονται το πλήθος των δεδομένων μετρήσεων και μέσα από μαθηματικές εξισώσεις μας δίνουν τόσο τα αποτελέσματα ως συγκεκριμένες τιμές (π.χ. συντεταγμένες) όσο και ως συνάρτηση άλλων αριθμών (π.χ. γραφικές παραστάσεις στο χρόνο). Επίσης στις κλασσικές γεωδαιτικές μεθόδους μέτρησης προστέθηκαν καινούργιες μέθοδοι, όπως οι φωτογραμμετρικές και οι δορυφορικές. Στα διάφορα τεχνικά έργα στα πλαίσια της Τεχνικής Γεωδαισίας οι μετρήσεις που γίνονται με τη βοήθεια των γεωδαιτικών οργάνων μπορούν να χωριστούν σε μετρήσεις κατασκευών και σε μετρήσεις για τον έλεγχο παραμορφώσεων και μικρομετακινήσεων. Και οι δύο κατηγορίες μετρήσεων είναι πολύ σημαντικές για ένα τεχνικό έργο. Στην πρώτη περίπτωση, πρέπει να εξασφαλίζεται με ακρίβεια η σωστή χάραξη και κατασκευή του έργου, σύμφωνα πάντα με την υπάρχουσα μελέτη. Στη δεύτερη περίπτωση, πρέπει να εξασφαλίζεται με πολύ μεγάλη ακρίβεια ο έλεγχος του έργου και ο εντοπισμός πιθανών παραμορφώσεων. Η διαπίστωση αυτή δίνει αμέσως το πλαίσιο των προδιαγραφών ή με άλλα λόγια τονίζει την αναγκαιότητα επίτευξης μεγάλης ή πολύ μεγάλης ακρίβειας κατά τις μετρήσεις. Με τα κατάλληλα όργανα και τις κατάλληλες μεθόδους μέτρησης, οι αυξημένες απαιτήσεις ακρίβειας μπορούν να ικανοποιηθούν πλήρως (Πηγή: Μπαντέλας και Σαββαΐδης, 1990). 2.2 ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΣΤΑ ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τις μετρήσεις στα τεχνικά έργα μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες (Πηγή: US Army Corps of Engineers, 2002): Γεωδαιτικές μέθοδοι: Επίγειες, φωτογραμμετρικές και δορυφορικές μέθοδοι. 15

25 Γεωτεχνικές μέθοδοι: Για τις τοπικές μετρήσεις παραμορφώσεων με τη χρήση ειδικών γεωτεχνικών οργάνων (κλισίμετρα, μηκυνσιόμετρα, αποκλισιόμετρα κ.λπ.). Στις γεωδαιτικές μεθόδους μέτρησης διακρίνονται οι κλασικές μέθοδοι του τριγωνισμού και της πολυγωνομετρίας με την βοήθεια των οποίων προσδιορίζονται οι οριζόντιες μικρομετακινήσεις, καθώς και οι μέθοδοι της γεωμετρικής χωροστάθμισης και της τριγωνομετρικής υψομέτρησης για τον προσδιορισμό κατακόρυφων μικρομετακινήσεων. Γίνονται μετρήσεις μηκών, γωνιών και υψομετρικών διαφορών και η κάθε μέθοδος έχει, όπως είναι φυσικό, τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, τα οποία αναφέρονται στη συνέχεια. Επίσης σημαντικό ρόλο έχουν πλέον και οι μετρήσεις με τη βοήθεια των δορυφορικών συστημάτων εντοπισμού θέσης GNSS. Οι γεωδαιτικές μέθοδοι, επειδή χρησιμοποιούν συνήθως ένα τριγωνομετρικό δίκτυο πολλών σημείων, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με μετρήσεις γωνιών και αποστάσεων (κλασικός τριγωνισμός) ή με διαφορές διανυσμάτων ως προς ένα τρισδιάστατο σύστημα αναφοράς (μετρήσεις με GPS), δίνουν πλεονάζουσες παρατηρήσεις. Οι παρατηρήσεις αυτές δίνουν τη δυνατότητα να γίνει στατιστική αξιολόγηση της ποιότητας των μετρήσεων αυτών, αλλά και να ανιχνευθούν τυχόν λάθη (Πηγή: Mikhail and Gracie, 1981, Ρωσσικόπουλος, 1999). Ένα τεχνικό έργο ή μια κατολίσθηση εδάφους ελέγχεται στο σύνολό του με τις γεωδαιτικές μεθόδους και τα όργανα μέτρησης που χρησιμοποιούνται σ αυτές. Ως αποτέλεσμα αυτού είναι να δίνουν μια σφαιρική εικόνα της συμπεριφοράς της υπό παρακολούθηση κατασκευής σε αντίθεση με τις γεωτεχνικές μεθόδους, οι οποίες δίνουν μεν συνεχόμενη πληροφορία (μετρήσεις), αλλά για μια συγκεκριμένη μικρή περιοχή παρακολούθησης. Στις γεωτεχνικές μεθόδους, τα όργανα που χρησιμοποιούνται εγκαθίστανται μόνιμα μια φορά και από εκεί και πέρα δίνουν συνεχώς μετρήσεις. Αντίθετα, στις γεωδαιτικές τα όργανα δεν εγκαθίστανται μόνιμα πάνω στην κατασκευή και απαιτούν κάποιο προσωπικό για τη λειτουργία και την παρακολούθησή τους. Για το λόγο αυτό, οι γεωτεχνικές μέθοδοι προσφέρονται για τις περιπτώσεις εκείνες, όπου οι παρατηρούμενες παραμορφώσεις εξελίσσονται σχετικά γρήγορα με την πάροδο του χρόνου, σε αντίθεση με τις γεωδαιτικές μεθόδους που είναι καταλληλότερες, όταν οι παραμορφώσεις έχουν μικρό βήμα μεταβολής στο χρόνο (Πηγή: US Army Corps of Engineers,2002). Επιπρόσθετα, μια άλλη σημαντική διαφορά των δύο παραπάνω μεθόδων μέτρησης είναι το γεγονός ότι με τις γεωτεχνικές μεθόδους παρατηρούμε συνήθως μόνο σχετικές μεταβολές θέσης με βάση ένα χρονικό σημείο αναφοράς (πχ έναρξη λειτουργίας ενός φράγματος) σε αντίθεση με τις γεωδαιτικές μεθόδους, οι οποίες μας δίνουν απόλυτες παραμορφώσεις, αφού σχετίζονται με σημεία αναφοράς (δίκτυο ελέγχου) στην ευρύτερη περιοχή παρακολούθησης, τα οποία θεωρούνται σταθερά. 16

26 Από τα παραπάνω συμπεραίνεται ότι, στις μετρήσεις που γίνονται για τον έλεγχο μικρομετακινήσεων και παραμορφώσεων τεχνικών έργων ή κατολισθήσεων εδαφών, πρέπει να γίνεται προσπάθεια συνδυασμού των δύο αυτών μεθόδων μέτρησης, ώστε να ωφελείται κανείς των πλεονεκτημάτων και των δυνατοτήτων που έχει να προσφέρει η καθεμία. Οι σύγχρονες εξελίξεις στον χώρο της τεχνολογίας και των οργάνων μέτρησης καθιστούν δυνατό αυτό το συνδυασμό και μάλιστα με αυτοματοποίηση των μετρήσεων και την παρακολούθησή τους σε πραγματικό χρόνο. Σήμερα στο εμπόριο κυκλοφορούν ποικίλα όργανα μέτρησης που καλύπτουν όλες τις εργασίες του μηχανικού των μετρήσεων. Αυτά μπορούν να χωριστούν σε κατηγορίες, ανάλογα με το βαθμό ακρίβειας των μετρήσεων που προσφέρουν. Στις μετρήσεις για τον έλεγχο παραμορφώσεων στα τεχνικά έργα απαιτούνται υψηλής ακρίβειας και ποιότητας αποτελέσματα, γεγονός που εξασφαλίζεται σε πολύ μεγάλο ποσοστό με όργανα υψηλής ακρίβειας έχουν κόστος κατασκευής σημαντικά υψηλότερο από εκείνο των υπολοίπων κοινών οργάνων. Η επιλογή των κατάλληλων οργάνων που θα χρησιμοποιηθούν κάθε φορά είναι ένας σημαντικός παράγοντας, που πρέπει να λαμβάνουν υπόψη οι μηχανικοί που θα ασχοληθούν τόσο με τον έλεγχο μικρομετακινήσεων και παραμορφώσεων σε τεχνικά έργα, όσο και με τον έλεγχο της γεωμετρικής ποιότητας αυτών. Ένας άλλος παράγοντας που αξίζει να προσεχθεί, είναι αυτός της εκλογής της καταλληλότερης κάθε φορά μεθόδου μέτρησης και φυσικά της εκλογής της καταλληλότερης κάθε φορά μεθόδου μέτρησης και φυσικά της εκλογής του κατάλληλου λογισμικού επεξεργασίας των δεδομένων. Καλό είναι να χρησιμοποιούνται εφόσον βέβαια υπάρχει η δυνατότητα σε κάθε διαδικασία μετρήσεων τα όργανα εκείνα που δίνουν μεγαλύτερη ακρίβεια από την απαιτούμενη. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα, ο οποιοσδήποτε παράγοντας (πχ κακές ατμοσφαιρικές συνθήκες ) που θα επηρεάσει την ακρίβεια κατά την εκτέλεση των μετρήσεων, να μην έχει τόσο σημαντική επίπτωση στα τελικά αποτελέσματα. Σε αντιστοιχία με τις μεθόδους μέτρησης, τα όργανα που χρησιμοποιούνται στις μετρήσεις για τον έλεγχο μικρομετακινήσεων στα τεχνικά έργα μπορούν να χωριστούν σε γεωδαιτικά και σε ημιγεωδιατικά (Πηγή: Μπαντέλας και Σαββαΐδης, 1990, Savvaidis, 2003). Τα γεωδαιτικά όργανα που χρησιμοποιούνται στις μετρήσεις παραμορφώσεων, είναι όργανα υψηλής και πολύ υψηλής ακριβείας και διακρίνονται στις παρακάτω κατηγορίες: Γεωδαιτικά όργανα μέτρησης γωνιών (γεωδαιτικοί σταθμοί). Γεωδαιτικά όργανα μέτρησης μηκών (Σύρματα Invar, EDM). Γεωδαιτικά όργανα μέτρησης υψομετρικών διαφορών (Χωροβάτες). Γεωδαιτικά όργανα κατακορύφωσης (Αυτόματοι οπτικοί κατακορυφωτές). 17

27 Γεωδαιτικά όργανα χάραξης και ελέγχου ευθυγραμμίας (Οπτικά όργανα, όργανα με ακτίνες Laser). Δορυφορικά συστήματα μέτρησης (π.χ. Σύστημα GPS). Σερβοθεοδόλιχοι Αυτόματοι γεωδαιτικοί σταθμοί. Γεωδαιτικά συστήματα προσδιορισμού σημείων στο χώρο (Laser Scanners). Τα ημιγεωδαιτικά όργανα βασίζονται σε διαφορετικές αρχές από αυτές των γεωδαιτικών οργάνων και αυτά που χρησιμοποιούνται συνήθως σε συνεχείς μετρήσεις σε τεχνικά έργα είναι (Πηγή: Χαλιμούρδας, 2007): Κλισίμετρα. Με αυτά μετρούνται οι κλίσεις σε ένα τεχνικό έργο ή σε μια περιοχή του εδάφους. Μηκυνσιόμετρα. Είναι όργανα που μας δίνουν τις μεταβολές στο μήκος μιας απόστασης. Όργανα προσδιορισμού και ελέγχου ευθυγραμμίας. Όργανα μέτρησης ρωγμών. Όργανα προσδιορισμού της διεύθυνσης της κατακορύφου (κατακορυφωτές). Συστήματα προσδιορισμού της μεταβολής των υψομετρικών διαφορών. Όργανα ειδικών εφαρμογών (πχ. όργανα υπερήχων, θερμόμετρα κ.α.). Για την επιλογή των μεθόδων και των οργάνων εκείνων που θα χρησιμοποιηθούν για την μέτρηση παραμορφώσεων σε ένα τεχνικό έργο ή της κατολίσθησης εδάφους, απαιτείται ο συνδυασμός των εξής παραγόντων: Του είδους και της φύσης της εργασίας. Των προδιαγραφών ακριβείας των μετρήσεων αποτελεσμάτων. Του συνολικού κόστους για την οργάνωση και τη διεξαγωγή των μετρήσεων. 2.3 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Η σύγχρονη γεωδαιτική τεχνολογία παρέχει δύο βασικές κατηγορίες οργάνων για μετρήσεις παρακολούθησης τεχνικών έργων: 1. Συστήματα προσδιορισμού σημείων στο χώρο που αποτελούνται από 2 μέχρι 8 ηλεκτρονικούς θεοδόλιχους ή γεωδαιτικούς σταθμούς (μέτρηση τρισδιάστατων εμπροσθοτομιών με γωνίες ή/και με πλευρές). Τα τελευταία χρησιμοποιούνται περισσότερο στη βιομηχανία, με χαρακτηριστικές εφαρμογές στην κατασκευή αεροπλάνων, αυτοκινήτων, ηλεκτρογεννητριών και πλοίων, στη συναρμολόγηση 18

28 βαγονιών και μεταλλικών κατασκευών, στη βιομηχανία οπλικών συστημάτων και διαστημικών κατασκευών. 2. Ρομποτικά Συστήματα Μέτρησης. Αυτά βασίζονται στη χρήση ενός γεωδαιτικού σταθμού πολύ υψηλής ακριβείας, ο οποίος κινείται αυτόματα μέσω σερβοκινητήρων και ελέγχεται με τη βοήθεια Η/Υ. Η μέτρηση των σημείων γίνεται με τη μέθοδο των πολικών συντεταγμένων. Για τον εντοπισμό των παραμορφώσεων με τα παραπάνω συστήματα γίνονται διαχρονικές μετρήσεις των ίδιων σημείων-στόχων, οπότε προκύπτει η μικρομετακίνησή τους. Για τον έλεγχο της γεωμετρικής ποιότητας ενός τεχνικού έργου με τα συστήματα αυτά γίνεται η ψηφιοποίηση της κατασκευής, δηλαδή η μέτρηση σημείων πάνω στο σώμα της κατασκευής έτσι ώστε να είναι δυνατή η σχεδίαση του σχήματος της, με την προοπτική της σύγκρισης με τα θεωρητικά στοιχεία της μελέτης (Πηγή: Χαλιμούρδας, 2007). Στις μετρήσεις παραμορφώσεων εκείνο που έχει μεγάλη σημασία, δεν είναι τόσο ο προσδιορισμός της θέσης αλλά η μεταβολή της ανάμεσα σε διάφορες χρονικές περιόδους. Απαιτείται πολύ υψηλή ακρίβεια για τον προσδιορισμό αυτής της μεταβολής οπότε πρέπει να γίνονται περισσότερες από τις ελάχιστες απαιτούμενες μετρήσεις, έτσι ώστε να επιτευχθεί ο καλύτερος έλεγχος και η μεγαλύτερη αξιοπιστία των αποτελεσμάτων των μετρήσεων ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΣΗΜΕΙΩΝ ΣΤΟ ΧΩΡΟ Ένα τρισδιάστατο σύστημα προσδιορισμού θέσης με δυνατότητα υπολογισμού των συντεταγμένων των σημείων ελέγχου σε πραγματικό χρόνο (real time) δημιουργείται όταν δύο ή περισσότεροι ηλεκτρονικοί θεοδόλιχοι ή γεωδαιτικοί σταθμοί συνδεθούν με έναν Η/Υ. Τέτοια συστήματα χρησιμοποιούνται για μετρήσεις παραμορφώσεων σε μικρές σχετικά περιοχές, όπου απαιτείται πολύ υψηλή ακρίβεια. Το βασικό πλεονέκτημα των ηλεκτρονικών θεοδολίχων σε σχέση με τα αντίστοιχα οπτικομηχανικά όργανα είναι η ευκολία χειρισμού τους και φυσικά η δυνατότητα που παρέχουν στη σύνδεση τους με Η/Υ για την αποθήκευση και την επεξεργασία των δεδομένων. Οι συντεταγμένες των σημείων στο χώρο προσδιοριζόταν με τη μέθοδο της εμπροσθοτομίας στο χώρο. Σήμερα, στη θέση των ηλεκτρονικών θεοδολίχων είναι δυνατόν να χρησιμοποιούνται γεωδαιτικοί σταθμοί υψηλής ακριβείας, οπότε γίνονται μετρήσεις γωνιών και μηκών με αποτέλεσμα τη βελτίωση της ακριβείας (Πηγή: Johnson, 1980). Σήμερα πια ορισμένες εταιρείες κατασκευής γεωδαιτικών οργάνων προσφέρουν στην αγορά τέτοια συστήματα, τα οποία είναι σχεδόν πλήρως αυτοματοποιημένα και εκτελούν ταχύτατα την διαδικασία των μετρήσεων. Αξίζει βέβαια να σημειωθεί και το ιδιαίτερα υψηλό κόστος αγοράς αυτών των συστημάτων. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, όλα τα σύγχρονα συστήματα προσδιορισμού σημείων στο χώρο, βασίζονται στη μέθοδο της τρισδιάστατης εμπροσθοτομίας (με μέτρηση γωνιών ή/και μηκών). Με αυτή τη μέθοδο, ο παρατηρητής δεν έρχεται ποτέ σε επαφή με το αντικείμενο το οποίο μετράει. Για τη λειτουργία του συστήματος είναι απαραίτητοι από 2 έως 8 θεοδόλιχοι ( /ή γεωδαιτικοί σταθμοί), συνδεδεμένοι βέβαια πάντοτε με Η/Υ. Οι γεωδαιτικοί σταθμοί μπορεί να είναι, είτε ρομποτικοί, είτε όχι, πρέπει όμως να συνδέονται απαραίτητα με Η/Υ για την καταγραφή και επεξεργασία των μετρήσεων σε πραγματικό χρόνο, ώστε ο χειριστής να λαμβάνει άμεσα τα 19

29 αποτελέσματα που θέλει. Γίνονται μετρήσεις οριζοντίων γωνιών ή διευθύνσεων, ζενιθίων γωνιών και αποστάσεων από τους σταθμούς προς τα σημασμένα καταλλήλως σημεία στόχους στο αντικείμενο που εξετάζουμε. Κάθε σημείο σκοπεύεται ταυτόχρονα από τουλάχιστον δύο σταθμούς, οπότε οι συντεταγμένες του προκύπτουν από τη συνόρθωση των παρατηρήσεων (συνόρθωση πολλαπλής γωνιακής ή/και πλευρικής εμπροσθοτομίας). Σε γεωδαιτικές εφαρμογές, τέτοια συστήματα μέτρησης χρησιμοποιούνται κυρίως για την παρακολούθηση παραμορφώσεων τεχνικών έργων (κτίρια, φράγματα, μνημεία κ.λπ.) ή κατολισθήσεων εδαφών σε μικρές περιοχές και με μικρές αποστάσεις σκόπευσης των στόχων, ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη δυνατή ακρίβεια των μετρήσεων. Τα συστήματα αυτά βρίσκουν βέβαια εφαρμογές και σε πολλούς άλλους κλάδους της επιστήμης, όπως για παράδειγμα στην αυτοκινητοβιομηχανία (έλεγχος σχήματος και διαστάσεων, ψηφιοποίηση επιφανειών), στη ναυπηγική και στην αεροναυπηγική (έλεγχος συναρμολόγησης τμημάτων), σε εγκαταστάσεις μεγάλων μηχανών (γεννήτριες κ.λπ.), στη διαστημική βιομηχανία κ.α. Η βασική λειτουργία του συστήματος βασίζεται στις κλασικές μεθόδους του τριγωνισμού. Με μετρήσεις οριζοντίων και κατακόρυφων γωνιών και με την εφαρμογή της μεθόδου της πολλαπλής εμπροσθοτομίας, είναι δυνατός ο υπολογισμός των συντεταγμένων Χ, Υ, Ζ των σημείων που επιθυμούμε ως προς ένα τοπικό σύστημα αναφοράς (Πηγή: Χαλιμούρδας, 2007). Κάθε σύστημα τρισδιάστατου προσδιορισμού σημείων που διατίθεται στην αγορά συνοδεύεται κατά κανόνα και από το κατάλληλο λογισμικό που διατίθεται από την κάθε εταιρεία κατασκευής οργάνων. Το λογισμικό αυτό είναι απαραίτητο για τον έλεγχο του συστήματος, για την καταγραφή και στη συνέχεια την επεξεργασία των μετρήσεων και τέλος για την παρουσίαση των αποτελεσμάτων στην επιθυμητή μορφή. Σε γενικές γραμμές οι δυνατότητες που παρέχονται στο χρήστη από το λογισμικό είναι: Ορισμός του συστήματος αναφοράς των μετρήσεων. Καταγραφή μετρήσεων ξεχωριστά από κάθε ένα θεοδόλιχο ή γεωδαιτικό σταθμό. Διαδικασία εκτέλεσης αυτόματης διεξαγωγής των μετρήσεων σε προκαθορισμένες από το χρήστη χρονικές περιόδους και σε συγκεκριμένα σημεία. Εξαγωγή των συντεταγμένων των σημείων μέσα από τις απαραίτητες συνορθώσεις των παρατηρήσεων. Διάφοροι γεωμετρικοί υπολογισμοί, όπως για παράδειγμα: υπολογισμοί ευθειών, επιπέδων, κύκλων, επιφανειών κ.ά. μέσα από τις συντεταγμένες των μετρούμενων σημείων και με τη βοήθεια της μεθόδου των ελαχίστων τετραγώνων. Γραφικές απεικονίσεις όλων των αποτελεσμάτων, ώστε να είναι δυνατή η εύκολη κατανόησή τους. 20

30 Αποθήκευση των μετρήσεων και των αποτελεσμάτων ΡΟΜΠΟΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ Για τον προσδιορισμό συντεταγμένων σημείων στο χώρο, εκτός από τη χρησιμοποίηση δύο ή περισσοτέρων θεοδόλιχων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο ένας γεωδαιτικός σταθμός υψηλής ακριβείας (Πηγή: Savvaidis et. al., 2005). Έτσι, γίνονται μετρήσεις γωνιών και αποστάσεων προς τα σημεία στόχους, οπότε εύκολα προκύπτουν οι συντεταγμένες τους στο χώρο. Αναλυτικά, η διαδικασία είναι η εξής: στα σημεία που πρόκειται να μετρηθούν πρέπει να τοποθετηθούν ανακλαστήρες ή ειδικές ανακλαστικές ταινίες, ενώ είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί ένας γεωδαιτικός σταθμός υψηλής ακριβείας, συμβατικός ή με σερβοκίνηση. Στη συνέχεια, η μέτρηση των σημείων γίνεται με τη μέθοδο των πολικών συντεταγμένων, όπου για κάθε σκοπευόμενο σημείο Pi μετρούνται η κεκλιμένη απόσταση, η κατακόρυφη γωνία (V) και η οριζόντια γωνία (Hz) ως προς δοθείσα κατεύθυνση (σχήμα 4). Σχήμα 4: Προσδιορισμός σημείου στο χώρο με τη μέθοδο των πολικών συντεταγμένων (Πηγή: Savvaidis et. al., 2005). Στα σύγχρονα συστήματα χρησιμοποιούνται γεωδαιτικοί σταθμοί συνδεδεμένοι με Η/Υ, στον οποίο υπάρχει εγκατεστημένο το κατάλληλο λογισμικό για την περαιτέρω επεξεργασία των παρατηρήσεων. Η όλη παραπάνω διαδικασία μέτρησης αυτοματοποιείται στην περίπτωση των σερβοκινούμενων σταθμών (Ρομποτικά Συστήματα Μέτρησης), δηλαδή εκτελείται αυτόματα σε τακτά χρονικά διαστήματα ως προς όλα τα σημεία έλεγχου. Συγκεκριμένα, με την έννοια Ρομποτικό Σύστημα Μέτρησης εννοούμε ένα όργανο, που παρουσιάζει τις παρακάτω ιδιότητες (Πηγή: Μπαντέλας κ.ά., 2004): 21

31 Κινείται αυτόματα γύρω από τους κύριους άξονές του με τη χρήση των καταλλήλων εντολών και μπορεί να εκτελεί επαναλαμβανόμενα προγράμματα κινήσεων. Εκτελεί προγράμματα κινήσεων και μετρήσεων, που είναι αποθηκευμένα στη μνήμη του. Έχει τη δυνατότητα εκμάθησης νέων δεδομένων, τα οποία αποθηκεύει στη μνήμη του και τα χρησιμοποιεί στη συνέχεια αναπροσαρμόζοντας το πρόγραμμα λειτουργίας του. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές και διαφορετικές εφαρμογές. Γενικά ο αυτοματισμός στα σύγχρονα γεωδαιτικά συστήματα μετρήσεων μπορεί να είναι διαφόρων μορφών (Πηγή: Μπαντέλας κ.ά., 2004): Απλά ηλεκτρονικά συστήματα (π.χ. ηλεκτρονικοί θεοδόλιχοι ή γεωδαιτικοί σταθμοί) με παρατηρητή, συνδεόμενα με Η/Υ για άμεσο έλεγχο της διαδικασίας μέτρησης, αποθήκευση των μετρήσεων και εκτέλεση υπολογισμών. Ηλεκτρονικοί σερβοθεοδόλιχοι ή γεωδαιτικοί σταθμοί, που μπορούν να επαναλαμβάνουν μια σειρά κινήσεων και μετρήσεων που τους «διδάχθηκε». Ηλεκτρονικοί σερβοθεοδόλιχοι ή γεωδαιτικοί σταθμοί με σερβοκίνηση που δέχονται οδηγίες για τη διαδικασία μέτρησης με τη βοήθεια καταλλήλου λογισμικού συνδεόμενοι με Η/Υ. Ρομποτικά συστήματα στα οποία υπάρχουν και άλλοι αισθητήρες (π.χ. κάμερα CCD (Charge Coupled Device) για αυτόματο εντοπισμό στόχου automatic target recognition) πέρα από τα σερβοκινούμενα όργανα, τα οποία έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιούν τους αισθητήρες, να εκτελούν τις μετρήσεις, να κάνουν την ίδια στιγμή (σε πραγματικό χρόνο) την επεξεργασία των μετρήσεων και ανάλογα, είτε να παρέχουν τα αποτελέσματα, είτε να τροποποιούν το πρόγραμμα μετρήσεων το οποίο τους είχε αρχικά δοθεί. Στο παρακάτω πίνακα (1) φαίνονται οι πλέον σύγχρονοι ρομποτικοί γεωδαιτικοί σταθμοί υψηλής ακριβείας διαφόρων εταιρειών και οι ακρίβειες που αυτοί επιτυγχάνουν τόσο στη μέτρηση γωνιών, όσο και στη μέτρηση αποστάσεων. Τύπος Κατασκευαστής Ακρίβεια Γωνιών (mgon) Ακρίβεια Αποστάσεων TCA2003 Leica mm ± 1ppm TDΑ5005 Leica mm ± 2ppm S6 Trimble mm ± 2ppm GRT8201 Topkon mm ± 2ppm SET230RM Sokkia mm ± 2ppm NET1200 Sokkia mm ± 2ppm Πίνακας 1: Σύγχρονοι Ρομποτικοί Γεωδαιτικοί Σταθμοί υψηλής ακριβείας 22

32 Εικόνα 3: Ρομποτικός Γεωδαιτικός Σταθμός TDA5005 Εικόνα 4: Ρομποτικός Γεωδαιτικός Σταθμός TCA2003 Οι ρομποτικοί γεωδαιτικοί σταθμοί (Εικόνα 3 και 4) λειτουργούν ως εξής: Αρχικά, ο παρατηρητής σκοπεύει ο ίδιος τα σημεία ελέγχου με τους ανακλαστήρες τους και 23

33 προσδιορίζονται έτσι οι συντεταγμένες τους. Στη συνέχεια καθορίζεται η σειρά μέτρησης των σημείων αυτών, καθώς και το χρονικό διάστημα μεταξύ δύο διαδοχικών μετρήσεων. Έτσι, το όργανο μαθαίνει να αναγνωρίζει τα σημεία στόχους που πρέπει να μετρηθούν και στη συνέχεια εκτελεί, μόνο του, επαναλαμβανόμενες μετρήσεις προς αυτά σε μια ή και σε δύο θέσεις τηλεσκοπίου. Η διαδικασία αυτή, μπορεί να γίνει, είτε μέσα από το πρόγραμμα που είναι ενσωματωμένο στο όργανο, είτε από το λογισμικό πακέτο του Η/Υ. Στην περίπτωση κάποιο σημείο έχει μετακινηθεί πολύ, τότε σαρώνεται η περιοχή γύρω από την αρχική θέση του σημείου, έως ότου ξαναεντοπιστεί ο ανακλαστήρας του σημείου. Στη συνέχεια και με τη βοήθεια ενός modem, μεταβιβάζονται οι μετρήσεις σε έναν Η/Υ σε μακρινό σταθμό ελέγχου, όπου γίνεται επεξεργασία των μετρήσεων και υπολογισμός των συντεταγμένων και των παραμορφώσεων σε πραγματικό χρόνο. Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των σταθμών αυτών είναι η δυνατότητα της Αυτόματης Αναγνώρισης Στόχων (ATR Automatic Target Recognition), η οποία βοηθά στην αυτοματοποίηση της διαδικασίας των μετρήσεων. Αυτό δίνει τη δυνατότητα αυτόματης μέτρησης γωνιών και αποστάσεων σε κανονικά πρίσματα και απαλλάσσει τον παρατηρητή από τη σκόπευση στο πρίσμα. Ο παρατηρητής εντοπίζει το πρίσμα στο οπτικό πεδίο και στη συνέχεια το κέντρο του πρίσματος εντοπίζεται αυτόματα (Σχήμα 5). Οι γωνίες μετρούνται στο κέντρο του πρίσματος με την ολοκλήρωση της μέτρησης της απόστασης. Το σύστημα του ATR εκπέμπει μια ακτίνα laser. Το αντανακλώμενο φως λαμβάνεται από κάμερα CCD. Έτσι, υπολογίζεται η θέση του λαμβανόμενου σημείου φωτός σε σχέση με το κέντρο της κάμερας CCD και οι μετατοπίσεις αυτές χρησιμοποιούνται για τη διόρθωση των οριζόντιων και κατακόρυφων γωνιών. Οι μετατοπίσεις χρησιμοποιούνται επίσης για τον έλεγχο των κινητήρων που στρέφουν το όργανο έτσι, ώστε το σταυρόνημα να είναι στο κέντρο του πρίσματος. Για τη βελτιστοποίηση του χρόνου των μετρήσεων, το όργανο πρώτα «στοχεύει» το κέντρο του πρίσματος και στη συνέχεια το ATR μετρά τις μετατοπίσεις μεταξύ του σταυρονήματος και του κέντρου του πρίσματος και διορθώνει τις οριζόντιες και κατακόρυφες γωνίες αντίστοιχα. Επομένως, οι οριζόντιες και κατακόρυφες γωνίες μετρούνται στο κέντρο του πρίσματος, ανεξάρτητα αν το σταυρόνημα στοχεύει ακριβώς στο κέντρο του πρίσματος. Κατόπιν, κεντράρεται η ευαίσθητη περιοχή του ATR και σχεδόν το ένα τρίτο της περιοχής παρατήρησης του τηλεσκοπίου. Το ATR αναγνωρίζει αμέσως το πρίσμα μέσα στην ευαίσθητη περιοχή. Ειδάλλως, η περιοχή παρατήρησης του τηλεσκοπίου ερευνάται ελικοειδώς έτσι, ώστε η ευαίσθητη περιοχή του ATR να μεταφερθεί για αναγνώριση του πρίσματος. Ο ολικός χρόνος που χρειάζεται για να ολοκληρωθεί η έρευνα και η αναγνώριση είναι περίπου 1 δευτερόλεπτο (Πηγή: Χαλιμούρδας, 2007). Σχήμα 5: Αυτόματη αναγνώριση στόχου (Πηγή: Χαλιμούρδας, 2007) 24

34 Μια άλλη δυνατότητα των σταθμών αυτών είναι η παρακολούθηση ενός ανακλαστήρα, που μετακινείται με ταχύτητα έως 5 m/sec, καταγράφοντας συνεχώς μετρήσεις. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιείται ένας ειδικός ανακλαστήρας με ανακλαστική ικανότητα 360 (Εικόνα 5), ο οποίος δεν χρειάζεται να είναι στραμμένος προς το όργανο. Εικόνα 5: Ανακλαστήρας 360. Υπάρχει η δυνατότητα μόνιμης εγκατάστασης των σταθμών αυτών σε μια ειδική βάση ή ένα ειδικό κτίσμα και να εκτελούν περιοδικές μετρήσεις σύμφωνα με το πρόγραμμα μετρήσεων που τους έχει ορισθεί. Βέβαια, για την απρόσκοπτη λειτουργία του συστήματος πρέπει να υπάρχει η απαραίτητη ενεργειακή πηγή. Οι μετρήσεις καταγράφονται στον Η/Υ με τον οποίο είναι συνδεδεμένος ο σταθμός και από εκεί, με τη βοήθεια ενός modem, μεταφέρονται σε ένα κεντρικό σταθμό ελέγχου, όπου γίνεται ο υπολογισμός των συντεταγμένων και των παραμορφώσεων σε πραγματικό χρόνο (Πηγή: Χαλιμούρδας, 2007). Μερικές ενδεικτικές εφαρμογές του συστήματος είναι: Αυτοματοποιημένη παρακολούθηση περιοχών με προβλήματα κατολισθήσεων. Παρακολούθηση παραμορφώσεων τεχνικών έργων. Καθοδήγηση της κίνησης μηχανών. 25

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΠΑΓΚΟΣΜΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΥ ΘΕΣΗΣ 3.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το παγκόσμιο σύστημα GPS (Global Positioning System) εξυπηρετεί την ανάγκη προσδιορισμού των συντεταγμένων σημείων πάνω στην επιφάνεια του εδάφους. Αυτό επιτυγχάνεται με την ανάλυση κωδικοποιημένων σημάτων που δέχεται από τουλάχιστον 4 δορυφόρους οι οποίοι βρίσκονται σε υψόμετρο των km από την επιφάνεια της γης. Οι πλήρεις συντεταγμένες, ο ακριβής χρόνος και η ταχύτητα, εμφανίζονται στην οθόνη του δέκτη ή υπολογίζονται με κατάλληλο λογισμικό εκ των υστέρων, εφόσον βέβαια είναι απαραίτητη η μέγιστη δυνατή ακρίβεια των αποτελεσμάτων. Τα βασικά πλεονεκτήματα του συστήματος είναι: Σε 24ωρη βάση και ανεξαρτήτων των καιρικών συνθηκών επιτυγχάνεται ο προσδιορισμός της θέσης ενός σημείου ή των ορίων ενός χώρου ή της διαδρομής ενός οχήματος. Ταχεία εκπαίδευση για τη συλλογή των δεδομένων από μη ιδιαίτερα εξειδικευμένο προσωπικό. Σχετικά χαμηλό κόστος προμήθειας δεκτών του συστήματος, το οποίο έχει μάλιστα ταχύτατη απόσβεση. Δυνατότητα μετασχηματισμού των συντεταγμένων σε οποιαδήποτε χαρτογραφικά συστήματα (προβολές Hatt, UTM (ΓΥΣ), ΕΓΣΑ87, κ.α) με τη βοήθεια κατάλληλου εμπορικού λογισμικού, διαθέσιμου στην ελληνική αγορά ή σε μορφή freeware. Υψηλή ακρίβεια προσδιορισμού συντεταγμένων (Πηγή: Κ. Κατσάμπαλος, 2005). 3.2 ΤΑ ΜΕΡΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ GPS Η επίσημη ονομασία του (αμερικανικού) δορυφορικού συστήματος GPS είναι NAVSTAR/GPS (NAVigation System with Time And Ranging / Global Positioning System). Γενικά, το σύστημα GPS μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελείται από τρία τμήματα: Το δορυφορικό τμήμα Το τμήμα ελέγχου Το τμήμα του χρήστη Το δορυφορικό τμήμα συνίσταται από τους δορυφόρους. Αυτοί αποτελούνται από το κυρίως σώμα και από δύο πτέρυγες 7,2 m2 η κάθε μία, οι οποίες αποτελούν τους 26

36 ηλιακούς συσσωρευτές του δορυφόρου και με σύστημα προσανατολισμού κάθετα στη διεύθυνση του ήλιου (Πηγή: Φωτίου Α., Πικριδάς Χ, 2006). Εικόνα 6: Δορυφόρος σε τροχιά γύρω από τη γη (Πηγή: Σήμερα περιστρέφονται γύρω από τη γη 24 δορυφόροι του συστήματος GPS. Η προβλεπόμενη διάρκεια ζωής τους είναι γύρω στα 7 χρόνια. Οι τροχιές τους είναι περίπου κυκλικές ενώ βρίσκονται σε ύψος περίπου km πάνω από τη Γη. Η περίοδος μιας πλήρους περιστροφής για έναν δορυφόρο είναι 12 ώρες σε αστρικό χρόνο και κατά συνέπεια κάθε δορυφόρος θα εμφανίζεται στον ορίζοντα ενός τόπου περίπου 4 λεπτά νωρίτερα κάθε μέρα. Ο δορυφορικός σχηματισμός, εξασφαλίζει ταυτόχρονες παρατηρήσεις από 4 τουλάχιστον δορυφόρους καθ όλη τη διάρκεια της ημέρας με ύψος κάλυψης 150. Αν το ύψος κάλυψης μειωθεί στις 50, τότε οι ορατοί δορυφόροι μπορεί να φτάσουν περιστασιακά τους 12 (Πηγή: Φωτίου Α., Πικριδάς Χ, 2006). Εικόνα 7: Δορυφόροι σε τροχιά (Πηγή: 27

37 Τα μηνύματα (κώδικες) που μεταδίδονται είναι τα εξής: 1. κώδικας P (Precise code) 2. κώδικας C/A (Coarse / Acquisition code) ή κώδικας S (Standard code) 3. κώδικας D (Data code) ή μήνυμα ναυσιπλοΐας (navigation message) Το τμήμα ελέγχου, αποτελεί το δεύτερο μέρος του παγκόσμιου συστήματος GPS και συνίσταται από επίγειους σταθμούς τριών ειδών: τον κεντρικό σταθμό ελέγχου (Master Station) που βρίσκεται στο Colorado Springs των ΗΠΑ, τους 10 σταθμούς παρακολούθησης (Monitoring Stations) και τους 3 σταθμούς ελέγχου. Και τέλος έχουμε το τρίτο μέρος του συστήματος GPS που είναι το τμήμα του χρήστη. Σ αυτό περιλαμβάνονται οι δέκτες GPS. Κάθε δέκτης αποτελείται από την κεραία του και τον κυρίως δέκτη που μπορεί να αποτελούν μία ενιαία ή δύο χωριστές διατάξεις. Οι κεραίες είναι μικρών διαστάσεων, μικρού βάρους και μπορούν να λαμβάνουν σήματα από όλες τις κατευθύνσεις. Καλό είναι πάντως να μην υπάρχουν αντικείμενα με λεία επιφάνεια δίπλα στις κεραίες όπως επιφάνειες γυαλιού, μεταλλικές κατασκευές, αυτοκίνητα κ.τ.λ. τα οποία μπορεί να προκαλέσουν πολλαπλές ανακλάσεις του εκπεμπόμενου σήματος (φαινόμενο multipath). Τέλος οι κεραίες μπορούν να κεντρώνονται σε τρίποδα (εικόνα 8), ή και σε βάθρο τριγωνομετρικού σημείου με τη βοήθεια μιας διάταξης τρικοχλίου (Πηγή: Φωτίου Α., Πικριδάς Χ, 2006). Εικόνα 8: GPS χειρός (Πηγή: Εικόνα 9: Δέκτης GPS τοποθετημένος σε τρίποδα (Πηγή: 28

38 3.3 ΤΥΠΟΙ ΔΕΚΤΩΝ Ανάλογα με τον κώδικα που χρησιμοποιούν και τη δυνατότητα, ή μη, αξιοποίησης των «καθαρών» φερουσών συχνοτήτων, μπορούμε να διακρίνουμε 4 τύπους δεκτών: Δέκτες ψευδοαποστάσεων από τον κώδικα C/A: Πρόκειται για δέκτες χαμηλού κόστους, ευρείας χρήσεως και μικρής ακρίβειας. Διαθέτουν ανάλογα από 1 έως 12 διαύλους (κανάλια). Δέκτες φέρουσας συχνότητας και κώδικα C/A: Οι δέκτες αυτοί εκτελούν παρατηρήσεις ψευδοαποστάσεων από τον κώδικα C/A και φάσεων από την φέρουσα συχνότητα L1. Διαθέτουν από 4 έως 12 διαύλους και έχουν τη δυνατότητα καταχώρησης σε μνήμη των παρατηρήσεων αποστάσεων και φάσεων, μαζί με τους αντίστοιχους χρόνους. Δέκτες κώδικα P: Οι δέκτες αυτοί έχουν τη δυνατότητα να δημιουργούν ένα αντίγραφο του κώδικα P και να το συσχετίζουν με το λαμβανόμενο σήμα που περιέχει ένα τμήμα του κώδικα πάνω στη συχνότητα L1 ή L2. Με τη συσχέτιση αναγνωρίζεται το συγκεκριμένο τμήμα και αφαιρείται από το σήμα, ώστε να παραμείνουν «καθαρές» πλέον οι φέρουσες συχνότητες για τη μέτρηση των φάσεων. Δέκτες κώδικα Y: Πρόκειται για τους δέκτες στρατιωτικής χρήσης των εξουσιοδοτημένων χρηστών του συστήματος. Διαθέτουν σε κάθε δίαυλο μηχανισμό (AOC = Auxiliary Output Chips) για τη «μετάφραση» του κώδικα Y σε κώδικα P, καθώς και για τη διόρθωση των αλλοιωμένων (με την επιλεκτική διαθεσιμότητα) παραμέτρων χρόνου και τροχιάς δορυφόρου (Πηγή: Κ. Κατσάμπαλος, 2005). 3.4 ΕΙΔΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΩΝ- ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ Τα βασικά είδη παρατηρήσεων που γίνονται μέσω ενός δέκτη GPS είναι : ψευδοαποστάσεις με τη χρήση των κωδίκων, διαφορές φάσεων μεταξύ της «καθαρής» φέρουσας συχνότητας (L1 ή L2) και της συχνότητας αναφοράς που δημιουργείται στο δέκτη. Γενικά, στις μετρήσεις ψευδοαποστάσεων, ο δέκτης προσπαθεί να συσχετίσει τον κώδικα που προέρχεται από το δορυφόρο με ένα αντίγραφό του που δημιουργεί. Η χρονική διαφορά τους, (χρόνος που χρειάζεται το λαμβανόμενο σήμα να φτάσει από το δορυφόρο στο δέκτη) πολλαπλασιασμένη με την ταχύτητα του φωτός c δίνει την ψευδοαπόσταση. Αυτή η απόσταση δεν είναι η αληθινή γεωμετρική απόσταση μεταξύ δορυφόρου δέκτη, και αυτό γιατί υπεισέρχονται διάφορα σφάλματα (σφάλματα 29

39 συγχρονισμού ρολογιών δορυφόρου-δέκτη, ιονοσφαιρική και τροποσφαιρική επίδραση, κ.λ.π.). Αντίστοιχα, στις μετρήσεις των διαφορών φάσεων, αυτό που μετριέται είναι το κλασματικό μόνο μέρος της διαφοράς φάσης των δύο «καθαρών» φέρουσων συχνοτήτων. Παραμένει επομένως ως άγνωστος ένας ακέραιος αριθμός κύκλων N (Πηγή: Κ. Κατσάμπαλος, 2005). 3.5 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΒΑΣΗΣ Η μέτρηση μήκους με δορυφορικά συστήματα, γίνεται έμμεσα, με τον προσδιορισμό βάσης. Με τον όρο βάση (baseline) ορίζεται ένα προσανατολισμένο διάνυσμα (έχει δηλαδή γνωστές συνιστώσες, προσανατολισμό και μέτρο), που τα άκρα του είναι 2 σημεία και στο καθένα από αυτά, έχει τοποθετηθεί μια κεραία του συστήματος του δορυφορικού εντοπισμού. Για το ένα από αυτά τα σημεία, είναι συνήθως γνωστές οι συντεταγμένες του. Επομένως, με τον όρο «προσδιορισμός βάσης», προσδιορίζονται οι συντεταγμένες του 2ου σημείου και συνήθως γίνεται με τη μέθοδο του σχετικού στατικού εντοπισμού. Η διαδικασία για τον προσδιορισμό αυτόν είναι η εξής : Αρχικά γίνεται κέντρωση και κατακορύφωση των δεκτών του δορυφορικού συστήματος στα δύο σημεία και ακολουθεί μέτρηση του ύψους της κεραίας από αυτά. Στη συνέχεια, αρχίζει η λειτουργία των δύο δεκτών και λαμβάνονται ταυτόχρονες παρατηρήσεις για όσο χρόνο είναι απαραίτητο. Η διαδικασία τελειώνει με το σταμάτημα της λειτουργίας των δύο δεκτών. Ο δέκτης που βρίσκεται σε θέση γνωστών συντεταγμένων ονομάζεται διεθνώς "base", ενώ ο άλλος που είναι σε θέση, που δεν γνωρίζουμε τις συντεταγμένες της, ονομάζεται "rover". Ο base δέκτης υπολογίζει τη στιγμιαία απόστασή του προς κάθε δορυφόρο, βασιζόμενος στη γνωστή του θέση και τη στιγμιαία θέση κάθε δορυφόρου. Η διαφορά της υπολογισμένης από τη μετρημένη απόσταση είναι η τιμή της διόρθωσης για κάθε ένα δορυφόρο. Μεταδιδόμενες οι διορθώσεις αυτές στον rover, επιτρέπουν στον τελευταίο να ανάγει τις δικές του μετρημένες αποστάσεις προς όλους τους δορυφόρους, υπολογίζοντας τελικά τη θέση του, με πολύ καλύτερη ακρίβεια. Εξαιτίας της διαρκούς κίνησης των δορυφόρων, αλλά και των ολισθήσεων των χρονομέτρων τους, οι παραγόμενες διορθώσεις αλλάζουν ραγδαία σε συνάρτηση με το χρόνο. Επομένως ο base δέκτης πρέπει να παράγει τις διορθώσεις και να τις μεταδίδει στο rover το συντομότερο δυνατό. Αυτονόητο είναι ότι η ορθότητα των συντεταγμένων του base επηρεάζει άμεσα και τις συντεταγμένες του rover. Εάν εισαχθεί η θέση του base λανθασμένα προς κάποια συγκεκριμένη κατεύθυνση, τότε όλες οι διορθώσεις, που θα υπολογίσει ο base και θα μεταδώσει στο rover, θα είναι κατά τέτοιο τρόπο λανθασμένες, ώστε να προσδίνουν στο rover εντοπισμό θέσης, που θα έχει το ίδιο λάθος σε μέγεθος και διεύθυνση με τον base.. Όταν η βάση είναι μικρή, τότε τα σφάλματα απόστασης των δύο δεκτών προς τους δορυφόρους είναι σχεδόν ίδια, επιτρέποντας τη χρήση των παραγόμενων διορθώσεων από τον base για τον προσδιορισμό της θέσης του rover. Όσο αυξάνεται το μήκος της βάσης, τόσο διαφοροποιούνται τα σφάλματα απόστασης. Με άλλα λόγια θα προκύπτουν υπολείποντα σφάλματα στον προσδιορισμό της θέσης του rover, τα οποία αυξάνονται με την αύξηση του μήκους της βάσης. Σαν γενικός κανόνας, θα πρέπει να προστίθεται επιπλέον ασάφεια ενός χιλιοστού για κάθε χιλιόμετρο αύξησης στο μήκος της βάσης, δηλαδή 1ppm. Στη περίπτωση δεκτών μίας συχνότητας, το σφάλμα αυτό αυξάνει στα 2ppm (Πηγή: Φωτίου Α., Πικριδάς Χ, 2006). 30

40 3.6 ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Οι τεχνικές των μετρήσεων χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: Απόλυτος προσδιορισμός θέσης (point positioning): Απαιτείται ένας μόνο δέκτης και ταυτόχρονες παρατηρήσεις ψευδοαποστάσεων προς 4 τουλάχιστον δορυφόρους. Οι ακρίβειες εδώ είναι της τάξης των μερικών μέτρων ή μερικών δεκάδων μέτρων Σχετικός προσδιορισμός θέσης (relative positioning): Μια πολύ πιο ακριβής μέθοδος από τον απόλυτο προσδιορισμό θέσης, όπου στην απλούστερη μορφή της χρησιμοποιούνται δύο δέκτες. Ο ένας (reference receiver) τοποθετείται στο σημείο αναφοράς (σημείο με γνωστές συντεταγμένες), ενώ ο άλλος (rover receiver) περιφέρεται διαδοχικά στα άγνωστα σημεία. Έτσι, προσδιορίζονται διανύσματα βάσεων (ΔΧ, ΔΥ, ΔΖ). Το σημείο αναφοράς (reference point) θα πρέπει να έχει γνωστές συντεταγμένες (Χ,Υ,Ζ) ως προς το WGS 84 με ακρίβεια της τάξης των 10 μέτρων. Διαφορετικά, υπάρχει μεγάλος κίνδυνος μη αξιόπιστης λύσης. Τέλος, βασική προϋπόθεση για την επίτευξη του σχετικού προσδιορισμού αποτελεί η ύπαρξη κοινού χρονικού διαστήματος μετρήσεων και για τους δύο δέκτες (Πηγή: Φωτίου Α., Πικριδάς Χ, 2006). Μια άλλη γενική διάκριση έχει σχέση με το πότε υπολογίζονται οι συντεταγμένες των σημείων σε σχέση με το χρόνο εκτέλεσης των μετρήσεων: Προσδιορισμός θέσης σε πραγματικό χρόνο (Real Time positioning): την ίδια ή σχεδόν την ίδια χρονική στιγμή εκτέλεσης των μετρήσεων Εκ των υστέρων προσδιορισμό θέσης: (Post processing): μετά το πέρας των μετρήσεων. Επίσης, ο προσδιορισμός θέσης χωρίζεται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: Στατικός προσδιορισμός θέσης (Static Positioning) Κινηματικός προσδιορισμός θέσης (Kinematic Positioning) Πιο συγκεκριμένα έχουμε τις εξής διαδικασίες (Πηγή: Φωτίου Α., Πικριδάς Χ, 2006): Σχετικός στατικός προσδιορισμός: Ο ένας δέκτης (reference receiver) παραμένει σταθερός και καταγράφει συνεχώς παρατηρήσεις σε σημείο με γνωστές συντεταγμένες (π.χ. τριγωνομετρικό σημείο), ενώ ο άλλος (rover receiver) περιφέρεται διαδοχικά σε σημεία που θέλουμε να προσδιορίσουμε (π.χ. κορυφές οδεύσεων). Η βέλτιστα απαιτούμενη χρονική διάρκεια συλλογής παρατηρήσεων για τον κινητό (rover) δέκτη εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των σημείων (μήκος βάσης), από τον αριθμό και τη γεωμετρία των δορυφόρων, όπου δείκτης της ακρίβειας των μετρήσεων είναι η τιμή του GDOP (Geometric Dilution Of Precision). Αυτή η τιμή κατά τη διάρκεια των μετρήσεων (σε οποιαδήποτε τεχνική) δεν πρέπει να ξεπερνά τον 31

41 αριθμό 8. Για δέκτες μιας συχνότητας και μήκη βάσεων της τάξης των 5 Km, θεωρούνται ικανοποιητικές οι παρατηρήσεις 20 λεπτών (για τον κινητό δέκτη). Για αποστάσεις μέχρι και 15 Km καλό είναι να συλλέγονται παρατηρήσεις 1 ώρας. Ο ρυθμός καταγραφής των παρατηρήσεων θα πρέπει να κυμαίνεται από 10 μέχρι 20 sec. Η γωνία αποκοπής (cut-off angle) ορίζεται στις 15 μοίρες (είναι η γωνία κάτω από την οποία δεν καταγράφονται οι μετρήσεις). Η μέθοδος του σχετικού στατικού προσδιορισμού με μετρήσεις φάσεων είναι αυτή που χρησιμοποιείται στις γεωδαιτικές εφαρμογές. Η σχετική ακρίβεια είναι της τάξης του 0.01 έως 1 ppm του μήκους της βάσης (5mm + 1 ppm για τις συνήθεις εργασίες) για χρόνο μετρήσεων 10 λεπτών έως και 2 ώρες με δέκτες διπλής συχνότητας και 3-10 ppm για δέκτες μιας συχνότητας και χρόνο μέτρησης 30 λεπτών έως 2 ώρες. Η ημικινηματική διαδικασία (Stop-and-Go): Η ομοιότητα της τεχνικής αυτής με τον καθαρά σχετικό κινηματικό προσδιορισμό είναι μεγάλη αφού απαιτεί πάντα τη λήψη του δορυφορικού σήματος, δηλαδή και κατά τη μετάβαση από σημείο σε σημείο. Η διαφορά όμως από τη σχετική κινηματική μέθοδο είναι ότι σ αυτή την περίπτωση τα σημεία που μας ενδιαφέρουν είναι συγκεκριμένα σημεία (π.χ. σημεία λεπτομερειών, πολυγωνικά σημεία) και όχι τυχαία. Ο χρόνος παραμονής σε κάθε σημείο είναι της τάξης των μερικών δευτερολέπτων (10-30) έτσι ώστε να ληφθούν μετρήσεις μερικών εποχών. Συνήθως ο ρυθμός καταγραφής είναι ανά 5 sec. Η ακρίβεια αυξάνεται όσο περισσότερες μετρήσεις ληφθούν σε κάθε σημείο. Πρέπει να σημειωθεί ότι χρειάζεται στην αρχή να επιλυθεί το πρόβλημα της ασάφειας φάσης, όπου ο κινούμενος δέκτης παραμένει ακίνητος για λίγα λεπτά σε κάποιο σημείο. Εικόνα 10: Η ημικινηματική διαδικασία (Stop-and-Go) (Πηγή: Οι ακρίβειες που μπορούν να επιτευχθούν με αυτή τη διαδικασία είναι της τάξης των 1-3 cm ± 1ppm για τον οριζόντιο προσδιορισμό και 3-6 cm ± 1ppm για τον υψομετρικό προσδιορισμό. Η διαδικασία αυτή χρησιμοποιείται κυρίως σε εργασίες χαμηλών σχετικά απαιτήσεων ακρίβειας (π.χ. μελέτες οδοποιίας, υδραυλικών) (Πηγή: Φωτίου Α., Πικριδάς Χ, 2006). 32

42 Σχετικός κινηματικός προσδιορισμός (relative kinematic): Εφαρμόζεται για τον υπολογισμό της τροχιάς οχημάτων (π.χ. πλοίων, αεροπλάνων) καθώς και για μηκοτομές αξόνων δρόμων. Οι ακρίβειες με μετρήσεις φάσεων είναι και εδώ πολύ υψηλές, λίγο μικρότερες από αυτές του στατικού σχετικού προσδιορισμού, της τάξης του 1-10 ppm και, ανάλογα με τις δυνατότητες του δέκτη, της τάξης του 1 m από μετρήσεις ψευδοαποστάσεων. Στις συνήθεις γεωδαιτικές εργασίες (π.χ. πυκνώσεις δικτύων, αποτυπώσεις), χρησιμοποιούνται κάποιες ενδιάμεσες τεχνικές που μοιάζουν περισσότερο με τον στατικό ή τον κινηματικό προσδιορισμό. Οι τεχνικές αυτές είναι (Πηγή: Φωτίου Α., Πικριδάς Χ, 2006): Γρήγορος στατικός προσδιορισμός (rapid static) Ψευδοκινηματικός προσδιορισμός (Pseudo-kinematic, reoccupation) 3.7 ΣΥΣΤΗΜΑ GPS- ΑΚΡΙΒΕΙΑ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Προσφάτως η ακρίβεια των παρατηρήσεων με τη χρήση του συστήματος GPS έχει φτάσει στα ακόλουθα, ιδιαίτερα υψηλά επίπεδα: o 16 μέτρα οριζόντια ακρίβεια (φ,λ) και 23 μέτρα ακρίβεια στο υψόμετρο, με έναν απλό δέκτη (κοινοί χρήστες). Η ακρίβεια ενός απλού δέκτη μπορεί να φτάσει τα μερικά μέτρα (2-3 m) εάν ο δέκτης παραμείνει αρκετή ώρα στην ίδια θέση και υπολογιστεί η τιμή των επιμέρους προσδιορισμών. Ακρίβεια «μέτρου» ή και καλύτερη επιτυγχάνεται με την ταυτόχρονη λήψη «διορθωτικών» σημάτων από δορυφόρους βοηθητικών συστημάτων. o Μερικά εκατοστά του μέτρου και σε πραγματικό χρόνο, εφόσον χρησιμοποιηθούν δύο δέκτες με ασύρματη ζεύξη. o Μερικά χιλιοστά (5mm ± 1ppm) σε σχετικό προσδιορισμό θέσης, εφόσον χρησιμοποιηθούν δύο δέκτες σε σταθερές θέσεις. o Χιλιοστό του μέτρου και στις 3 διαστάσεις, αλλά με ταυτόχρονη χρήση επίγειων συστημάτων laser για εργασίες διαμόρφωσης εδάφους σε περιορισμένη έκταση (<500 μέτρα) o Χιλιοστό του μέτρου ή και καλύτερα με ειδικούς δέκτες και το κατάλληλο λογισμικό «επεξεργασίας εκ των υστέρων» για γεωδαιτικές και γεωφυσικές έρευνες. Όπως διαπιστώνουμε οι παρατηρήσεις μερικών δευτερολέπτων είναι πλέον αρκετές για να προσδιοριστούν οι συντεταγμένες ενός σημείου με ακρίβεια μερικών εκατοστών, χωρίς μάλιστα να απαιτείται η περίφημη ορατότητα από και προς τα 33

43 τριγωνομετρικά της περιοχής έρευνας. Επίσης ο απαραίτητος εξοπλισμός είναι ιδιαίτερα εύχρηστος και ελαφρύς, χωρίς να απαιτούνται ιδιαίτερες γνώσεις από το χρήστη του συστήματος κατά τη συλλογή παρά μόνο κατά την επεξεργασία των παρατηρήσεων και κυρίως για τις αποτυπώσεις ακρίβειας. 3.8 ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΤΟ GPS Παρατηρείται μια σειρά σφαλμάτων, συστηματικού κυρίως χαρακτήρα (systematic errors), που επηρεάζουν τον προσδιορισμό θέσης με παρατηρήσεις GPS. Τα τυχαία σφάλματα (random errors), που προφανώς είναι αναπόφευκτα, κατά την εκτέλεση των μετρήσεων, ονομάζονται συνήθως ως θόρυβος (noise). Τα σφάλματα GPS μπορούν να χωριστούν σε τρεις βασικές κατηγορίες: Σφάλματα που σχετίζονται με τους δορυφόρους: το σφάλμα της δορυφορικής εφημερίδας ή τροχιάς, το σφάλμα του ρολογιού του δορυφόρου και το σφάλμα της επιλεκτικής διαθεσιμότητας Σφάλματα που σχετίζονται με τους δέκτες: το σφάλμα του ρολογιού του δέκτη, το σφάλμα της μεταβολής του κέντρου φάσης της κεραίας, το τυχαίο σφάλμα παρατήρησης ή ο θόρυβος, το σφάλμα εξαιτίας της αβεβαιότητας του γνωστού σημείου κατά την επίλυση μιας βάσης Σφάλματα που σχετίζονται με τη διάδοση του σήματος: τα ατμοσφαιρικά σφάλματα (τροποσφαιρικό και ιονοσφαιρικό σφάλμα), το σφάλμα πολυανάκλασης, το σφάλμα της ολίσθησης των κύκλων (Πηγή: Φωτίου Α., Πικριδάς Χ, 2006). Πραγματοποιήθηκε σημαντική προσπάθεια για τον έλεγχο και μοντελοποίηση των σφαλμάτων GPS. Πέρα από τα παραπάνω σφάλματα, τον προσδιορισμό θέσης και χρόνου επηρεάζει και η γεωμετρική μορφή του δορυφορικού σχηματισμού. Το σφάλμα της τροχιάς των δορυφόρων: Η ποιότητα των παραμέτρων της τροχιάς των δορυφόρων επηρεάζει άμεσα την ποιότητα των αποτελεσμάτων σε κάθε εφαρμογή GPS. Το σφάλμα της τροχιάς είναι η συστηματική παρέκκλιση της θέσης και της ταχύτητας του δορυφόρου από την πραγματική θέση, την θέση με βάση τις παρατηρήσεις για τον υπολογισμό των τροχιών και των μαθηματικών μοντέλων που χρησιμοποιούνται. Αν πολλαπλασιαστεί με τον συντελεστή PDOP δίνει την επίδραση στο σφάλμα θέσης του δέκτη. Σφάλμα του ρολογιού του δορυφόρου: Το σφάλμα αυτό οφείλεται στο μη συγχρονισμό του ατομικού ρολογιού του κάθε δορυφόρου ως προς το χρόνο GPS που αποτελεί την κλίμακα χρόνου το συστήματος. Έχει γίνει η επιλογή της ελεύθερης ροής χρόνου αντί να γίνει διόρθωση του χρόνου στο ατομικό ρολόι του κάθε δορυφόρου, με αποτέλεσμα την απόκλιση των ονομαστικών κλιμάκων των δορυφόρων από την κλίμακα του GPS και τον υπολογισμό των αντίστοιχων σφαλμάτων με πρόγνωση για χρήση σε πραγματικό χρόνο. Το σφάλμα του ρολογιού του δέκτη: Ο δέκτης χρησιμοποιεί έναν συνηθισμένο ταλαντωτή ή ρολόι τύπου κρυστάλλου χαλαζία, προφανώς λιγότερο ακριβές από τα ατομικά χρονόμετρα, καθώς αυτό θα σήμαινε την κατακόρυφη αύξηση του κόστους τους, για την παραγωγή των σημάτων-αντιγράφων και τη 34

44 διατήρηση της ονομαστικής του κλίμακας χρόνου. Ο μη συγχρονισμός του ρολογιού του δέκτη με την κλίμακα χρόνου του GPS εκφράζεται από το αντίστοιχο σφάλμα που είναι σημαντικό και δεν μπορεί να αγνοηθεί (Πηγή: Φωτίου Α., Πικριδάς Χ, 2006). Οι μεταβολές του κέντρου φάσης της κεραίας: Το μηχανικό ή γεωμετρικό ή φυσικό κέντρο της κεραίας ενός δέκτη GPS είναι το σημείο αναφοράς ως προς το οποίο προσδιορίζεται το ύψος της κεραίας από το σημείο εδάφους, συνήθως κατά την κατακόρυφο, παρόμοια με τη μέτρηση του ύψους οργάνου ή πρίσματος σε ένα EDM. Το ηλεκτρικό κέντρο της κεραίας ή αλλιώς το κέντρο φάσης είναι το σημείο όπου γίνεται η λήψη των δορυφορικών σημάτων και στο οποίο αναφέρονται οι μετρήσεις GPS. Τα άκρα μιας βάσης GPS ορίζονται αρχικά από τα αντίστοιχα κέντρα φάσης των κεραιών. Οι μεταβολές των κέντρων φάσης γύρω από μια μέση θέση είναι της τάξης των λίγων χιλιοστών και αποκτούν κρίσιμο χαρακτήρα στις εφαρμογές υψηλής ακρίβειας. Το σφάλμα αβεβαιότητας του γνωστού σημείου: Οποιοδήποτε σφάλμα στη θέση του σημείου που διατηρείται σταθερό κατά την επίλυση μιας βάσης (σχετικός προσδιορισμός) επηρεάζει συστηματικά τις εκτιμήσεις των συνιστωσών (,Χ,,Υ,,Ζ). Στις εργασίες υψηλής ακρίβειας επιδιώκεται ακρίβεια των συντεταγμένων του σταθερού σημείου όσο γίνεται μεγαλύτερη (Πηγή: Φωτίου Α., Πικριδάς Χ, 2006). Εφόσον το σήμα «ταξιδεύει» μέσα στην ατμόσφαιρα, θα επιδέχεται όπως είναι λογικό κάποιες καθυστερήσεις. Παρακάτω αναλύονται τα ατμοσφαιρικά σφάλματα. Το φαινόμενο multipath: Τα εκπεμπόμενα σήματα των δορυφόρων φθάνουν στο δέκτη, μέσω περισσότερων του ενός δρόμου και αυτό οφείλεται στις ανακλώμενες επιφάνειες κοντά στο δέκτη. Επίδραση Ιονόσφαιρας: H καθυστέρηση του σήματος κατά τη διέλευσή του μέσω της ατμόσφαιρας, κυρίως στις περιοχές πάνω από τον Ισημερινό, εξαρτάται από την περιεκτικότητα των ηλεκτρονίων. Επίσης θα πρέπει να επισημανθεί ότι ο κώδικας και η φάση επιδέχονται διαφορετική καθυστέρηση. Επίδραση Τροπόσφαιρας: Σε αντίθεση με την ιονόσφαιρα, η τροποσφαιρική καθυστέρηση για συχνότητες του ραδιοφάσματος είναι ανεξάρτητη από τη συχνότητα, γι αυτό και δεν μπορεί να καθοριστεί από μετρήσεις με δέκτες διπλής συχνότητας. Ολίσθηση κύκλων (cycle slips): Τρεις είναι οι αιτίες που προκαλούν το φαινόμενο της ολίσθησης των ακεραίων κύκλων: 1. Η ύπαρξη φυσικών και τεχνητών εμποδίων μεταξύ δορυφόρου - δέκτη (ύπαρξη δένδρων, ψηλών κτιρίων, διέλευση δέκτη κάτω από γέφυρα κ.α.) η οποία είναι και η πιο συνηθισμένη. 35

45 2. Ο χαμηλός λόγος σήματος προς θόρυβο εξαιτίας άσχημων ιονοσφαιρικών συνθηκών, ανακλάσεων του σήματος ή λόγω του χαμηλού ύψους διέλευσης του δορυφόρου. 3. Κάποιο πρόβλημα στο λειτουργικό πρόγραμμα του δέκτη ώστε να μην έχουμε σωστή επεξεργασία στο σήμα (Πηγή: Φωτίου Α., Πικριδάς Χ, 2006). 3.9 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ & ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΧΡΗΣΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΟΥ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΥ Σαν σημαντικότερα πλεονεκτήματα της χρήσης δορυφορικού συστήματος εντοπισμού, σε γεωδαιτικές τοπογραφικές εργασίες, μπορεί να αναφερθούν τα εξής (Πηγή: Κ. Κατσάμπαλος, 2005): o Είναι συνεχώς διαθέσιμο στους χρήστες, παντού, όπου έχουν ορατότητα προς 4 τουλάχιστον δορυφόρους. o Η αβεβαιότητα προσδιορισμού της θέσης κυμαίνεται από μερικές δεκάδες μέτρα έως μερικά mm, αναλόγως των δεκτών και της χρησιμοποιούμενης μεθόδου. o Για τις μετρήσεις αρκεί ένα άτομο. o Δεν απαιτείται αμοιβαία ορατότητα των σημείων είναι απαραίτητη όμως, όπως αναφέρθηκε πιο πάνω, η ορατότητα προς 4 τουλάχιστον δορυφόρους. o Οι μετρήσεις γίνονται χωρίς σκόπευση και σε σύντομο χρονικό διάστημα. o Οι δέκτες είναι απλοί στη χρήση και τη μεταφορά τους. Τα μειονεκτήματα του συστήματος μπορούν να καταγραφούν (Πηγή: Κ. Κατσάμπαλος, 2005): o Το υψηλό κόστος ενός συστήματος. Κάθε σύστημα πρέπει να αποτελείται από τουλάχιστον δύο δέκτες. Σημειώνεται ότι τώρα πλέον και στην Ελλάδα υπάρχει η δυνατότητα λήψης δεδομένων από κάποιο μόνιμο σταθμό λειτουργίας, από το εγκαταστημένο δίκτυο (πρόγραμμα HEPOS). o Η αναγκαιότητα άμεσης πρόσβασης σε κάθε σημείο που πρέπει να γίνουν μετρήσεις. o Η αδυναμία λειτουργίας του συστήματος σε κλειστούς, εσωτερικούς ή υπόγειους χώρους. o Η αδυναμία του συστήματος να λειτουργεί αν οποιοδήποτε εμπόδιο (δέντρο, κατασκευή, τοίχος, κλπ) εμποδίζει έστω και λίγο το οπτικό τους πεδίο προς τους δορυφόρους («ορίζοντας»). o Σφάλματα που προκύπτουν στις μετρήσεις από ηλεκτρονικές παρεμβολές άλλων συστημάτων ή από άλλες αιτίες. 36

46 4.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ Γεωδαιτικός σταθμός ή Total station ονομάζεται το τοπογραφικό όργανο που έχει δυνατότητα μέτρησης γωνιών και αποστάσεων. Αποτελεί ένας συνδυασμός σε ενιαία συσκευή ψηφιακού θεοδόλιχου και EDM που δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη του να συλλέγει όλες τις απαραίτητες μετρήσεις για μία τοπογραφική αποτύπωση με χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας. Οι πλέον σύγχρονοι γεωδαιτικοί σταθμοί είναι εξοπλισμένοι και με ενσωματωμένα μέσα αποθήκευσης των δεδομένων (καταγραφικά) που διευκολύνουν τον τοπογράφο να μην καταγράφει τα αποτελέσματα των μετρήσεων με το χέρι. Συμπερασματικά, τα δεδομένα αποθηκεύονται στο όργανο και, στη συνέχεια, είναι προσβάσιμα μέσω ενός υπολογιστή όπου μπορούν, πλέον, να επεξεργαστούν και να παράγουν το τελικό αποτέλεσμα (Πηγή: Μέθοδος λειτουργίας: Η μέθοδος λειτουργίας ενός γεωδαιτικού σταθμού βασίζεται στις αντίστοιχες μεθόδους που χρησιμοποιούν τα ψηφιακά θεοδόλιχα και τα EDM, χωρίς καμία ιδιαίτερη διαφοροποίηση επί αυτών. Δυνατότητες: Οι δυνατότητες ακρίβειας, τόσο στη μέτρηση γωνιών όσο και αποστάσεων, που έχουν οι σύγχρονοι γεωδαιτικοί σταθμοί είναι πολύ μεγάλες. Οι αποστάσεις μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια της τάξης μερικών mm ή και δεκάτων του mm ενώ οι γωνίες μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια 0,5" έως 20". Κάθε γεωδαιτικός σταθμός, όπως και γενικά κάθε μετρητικό όργανο ακριβείας, συνοδεύεται από την αντίστοιχη διακρίβωση (βαθμονόμηση). Επίσης η εξέλιξη της τεχνολογίας έχει προσφέρει πολύ σημαντικές δυνατότητες σ αυτά τα όργανα. Ορισμένοι γεωδαιτικοί σταθμοί έχουν τη δυνατότητα αυτόματης στόχευσης στο κάτοπτρο και ασύρματο τηλεχειρισμό, αποκαλούνται δε συνήθως "ρομποτικοί". Επίσης ορισμένοι γεωδαιτικοί σταθμοί διαθέτουν ενσωματωμένους δέκτες GPS γεωδαιτικής ακριβείας που επιτρέπουν τον προσδιορισμό της θέσης του οργάνου με ακρίβεια cm. Χρήση: Ο γεωδαιτικός σταθμός είναι βασικό εργαλείο όλων των σύγχρονων τοπογραφικών μετρήσεων. Χρησιμοποιείται ευρύτατα για τη χαρτογράφηση ή τη σύνταξη τοπογραφικού διαγράμματος ιδιοκτησιών και οικοπέδων. Η χρήση ενός γεωδαιτικού σταθμού απαιτεί εκπαιδευμένο και εξειδικευμένο προσωπικό. Ένας ειδικός τρίποδας χρησιμοποιείται από τον γεωδαιτικό σταθμό ώστε να τοποθετηθεί στο κατάλληλο ύψος άνετης σκόπευσης. Ο τρίποδας μπορεί να παραληφθεί αν το όργανο τοποθετηθεί σε υφιστάμενο τριγωνομετρικό βάθρο. Πριν από την έναρξη των μετρήσεων πρέπει να γίνει οριζοντίωση και κέντρωση του οργάνου ως προς την κατακόρυφο της γης και το τοπογραφικό σημείο όπου τοποθετείται, αντίστοιχα. Για την διευκόλυνση αυτών των εργασιών, το όργανο είναι εξοπλισμένο με φυσαλίδες οριζοντίωσης και με laser ή κάτοπτρο. Για τις μετρήσεις αποστάσεων απαιτείται η χρήση ενός κατόπτρου που επιτρέπει στο όργανο να υπολογίσει την απόσταση μεταξύ των δύο σημείων. Το κάτοπτρο μπορεί να παραληφθεί σε περιπτώσεις όπου ο στόχος είναι ανοιχτόχρωμος και σε σχετικά μικρή απόσταση, π.χ. 100 m (Πηγή: Station.com). 37

47 Προσδιορισμός Συντεταγμένων: Οι συντεταγμένες ενός άγνωστου σημείου σχετικά με ένα γνωστό σύστημα αναφοράς μπορούν να καθοριστούν χρησιμοποιώντας το γεωδαιτικό σταθμό εφ' όσον υπάρχει ορατότητα μεταξύ των δυο σημείων. Οι γωνίες και οι αποστάσεις μετριούνται από το γεωδαιτικό σταθμό στα σημεία της πλοήγησης, και οι συντεταγμένες (Χ, Υ, και Ζ ή, βόρεια, ανατολικά και υψόμετρο) των σημείων πλοήγησης σχετικά με τη θέση του γεωδαιτικού σταθμού υπολογίζονται χρησιμοποιώντας τριγωνομετρία και τριγωνισμό. Για να καθορίσει απόλυτα ένας γεωδαιτικός σταθμός μια θέση απαιτεί επαρκή ορατότητα για τις παρατηρήσεις οι οποίες θα πρέπει να ξεκινούν από ένα γνωστό σημείο ή από ορατότητα σε 2 ή περισσότερα σημεία με τη γνωστή θέση. Για αυτόν τον λόγο, μερικοί γεωδαιτικοί σταθμοί έχουν επίσης ένα παγκόσμιο δορυφορικό σύστημα πλοήγησης (Global Navigation Satellite System interface ) που δεν απαιτεί την άμεση ορατότητα των σημείων για τον καθορισμό των συντεταγμένων τους. Εντούτοις, οι μετρήσεις GNSS απαιτούν μεγαλύτερες περιόδους μετρήσεων και προσφέρουν σχετικά φτωχή ακρίβεια στο κατακόρυφο δίκτυο. Μετρήσεις Γωνιών: Τα περισσότερα σύγχρονα γεωδαιτικά όργανα μετρήσεων μετρούν τις γωνίες με τη βοήθεια της ηλεκτροοπτικής ανίχνευσης των εξαιρετικά ακριβών ψηφιακών κωδίκων που χαράζονται στους περιστρεφόμενους κυλίνδρους ή τους δίσκους γυαλιού μέσα στο όργανο. Οι καλύτεροι ποιοτικά γεωδαιτικοί σταθμοί έχουν την ικανότητα να μετρούν γωνίες με ακρίβεια της τάξης του 0,5 δευτερόλεπτου του τόξου. Οι γεωδαιτικοί σταθμοί μπορούν γενικά να μετρήσουν τις γωνίες με ακρίβεια της τάξης των 5 ή 10 δευτερολέπτων του τόξου. Μετρήσεις Αποστάσεων: Η μέτρηση της απόστασης ολοκληρώνεται με ένα διαμορφωμένο μικροκύμα ή ένα υπέρυθρο σήμα, που παράγεται από έναν μικρό στερεάς κατάστασης πομπό μέσα στο οπτικό μονοπάτι του οργάνου, και απεικονισμένος από έναν ανακλαστήρα πρισμάτων ή το αντικείμενο στο πλαίσιο της πλοήγησης. Το διαμορφωμένο σήμα διαβάζεται όταν επιστρέφει και ερμηνεύεται από τον υπολογιστή στο εσωτερικό του γεωδαιτικού σταθμού. Η απόσταση καθορίζεται από την εκπομπή και τη λήψη των πολλαπλάσιων συχνοτήτων, και τον καθορισμό του αριθμού των ακέραιων μηκών κύματος στο στόχο για κάθε συχνότητα. Οι περισσότεροι γεωδαιτικοί σταθμοί χρησιμοποιούν τους κατασκευασμένους επί τούτου ανακλαστήρες πρισμάτων γυαλιού για τη μέτρηση γωνιών για το σήμα EDM. Ένας χαρακτηριστικός γεωδαιτικός σταθμός μπορεί να μετρήσει τις αποστάσεις με μια ακρίβεια περίπου 1.5 χιλιοστόμετρων ( πόδια) + 2 μέρη ανά εκατομμύριο πέρα από μια απόσταση των μέτρων (πόδια 4.900). Επεξεργασία Λογισμικού: Μερικά μοντέλα περιλαμβάνουν την αποθήκευση εσωτερικά του λογισμικού για να καταγράψουν την απόσταση, την οριζόντια γωνία, και την κατακόρυφη γωνία που μετριέται, ενώ άλλα μοντέλα εξοπλίζονται για να γράψουν αυτές τις μετρήσεις σε έναν εξωτερικό συλλέκτη στοιχείων, όπως έναν φορητό υπολογιστή. Όταν ένας γεωδαιτικός σταθμός κατεβάζει το απαραίτητο λογισμικό σε έναν υπολογιστή, τα προγράμματα εφαρμογών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να υπολογίσουν τα αποτελέσματα και να παραγάγουν τον χάρτη της εξεταζόμενης περιοχής (Πηγή: Εφαρμογές: Οι γεωδαιτικοί σταθμοί χρησιμοποιούνται κυρίως για την επίγεια πλοήγηση είτε για να καταγραφούν τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα 38

48 πλοήγησης όπως στην τοπογραφία είτε για να καθοριστούν τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα (όπως οι δρόμοι, τα σπίτια ή τα όρια). Χρησιμοποιούνται επίσης από τους αρχαιολόγους για να καταγράψουν τις ανασκαφές και από την αστυνομία, τους πράκτορες σκηνών εγκλήματος και τους ιδιώτες που ασχολούνται με την αναπαράσταση ατυχημάτων για τις ασφαλιστικές εταιρείες (Πηγή: ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΜΗΚΟΥΣ - EDM Μέχρι την δεκαετία του 1970, υπήρχε ο περιορισμός της μεγάλης δυσκολίας με την οποία γίνονταν οι μετρήσεις αποστάσεων για την επιστήμη της γεωδαισίας, παρά την θεαματική εξέλιξή της,, ιδιαίτερα σε εργασίες με απαιτήσεις υψηλής ακρίβειας, όπως τα τριγωνομετρικά δίκτυα κλπ., όπου για την μέτρηση ενός μήκους μερικών χιλιομέτρων απαιτούνταν επίπονη εργασία ημερών. Η δυσκολία αυτή είχε σαν συνέπεια τον προσανατολισμό της γεωδαισίας σε μεθόδους όπως η μέτρηση της βάσης τριγωνομετρικού δικτύου για τον προσδιορισμό της κλίμακάς του. Έτσι, οι μετρήσεις μηκών, στις μεν απλές και συνηθισμένες τοπογραφικές εργασίες γίνονταν κυρίως με μετροταινίες ή ταχυμετρικά, στις δε μετρήσεις με απαιτήσεις υψηλής ακριβείας, γίνονταν με μεθόδους και όργανα που απαιτούσαν επίπονες και χρονοβόρες διαδικασίες, όπως, συνήθως, με σύρματα invar. Συνεπώς, η δημιουργία συστημάτων μέτρησης μήκους με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αποτέλεσε την επανάσταση στις γεωδαιτικές μετρήσεις, καθώς αυτά, με την ραγδαία πρόοδο της τεχνολογίας των τελευταίων δεκαετιών, από τα βαριά, δύσχρηστα και με όχι ικανοποιητική ακρίβεια όργανα της πρώτης εποχής, εξελίχθηκαν γρήγορα σε πολύ εύχρηστα και με πολύ υψηλή ακρίβεια όργανα EDM, όπως είναι διεθνώς γνωστά, από τα αρχικά των λέξεων Electromagnetic Distance Measurement, τα οποία χρησιμοποιούνταν επικαθίμενα στα συμβατικά θεοδόλιχα και ενσωματώθηκαν τελικά σε αυτά. Στην συνέχεια, αφού γίνει μία συνοπτική αναφορά στις αρχές λειτουργίας των ηλεκτρομαγνητικών οργάνων μέτρησης μήκους, ακολουθεί η αναφορά των διαφόρων διορθώσεων και αναγωγών, που είναι απαραίτητες προκειμένου τα αποτελέσματα των μετρήσεων να είναι όσο το δυνατόν ακριβέστερα. Ακολούθως γίνεται μία προσπάθεια κατάταξης των οργάνων αυτών σε κατηγορίες (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010). 4.3 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Η μέτρηση μήκους με τη χρήση EDM γίνεται μέσω της διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, βασιζόμενη, σε γενικές γραμμές, στην αρχή της Φυσικής ότι η απόσταση μεταξύ δύο σημείων ισούται με την ταχύτητα του μέσου μεταφοράς επί τον απαιτούμενο χρόνο μετάβασης. Επομένως χρειάζεται μόνο να είναι γνωστή η συχνότητα - περίοδος της ακτινοβολίας και το μήκος κύματος της ώστε να προσδιορίζεται ανά πάσα στιγμή η ταχύτητα του εκπεμπόμενου σήματος μέσα στην ατμόσφαιρα αλλά η μέτρηση του χρόνου που χρειάζεται ένα σήμα (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία) για να διανύσει τη μετρούμενη απόσταση θα πρέπει να γίνεται με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Ενδεικτικά μπορούμε να πούμε, ότι αν 39

49 επιδιώκεται ακρίβεια στη μέτρηση ενός μήκους της τάξης των ±3mm, τότε πρέπει ο χρόνος να μετράται με ακρίβεια της τάξης των ±10 nsec. Η μέτρηση του χρόνου με τόσο μεγάλη ακρίβεια είναι αρκετά δύσκολη και δημιουργεί προβλήματα, τα οποία λύνονται από τους κατασκευαστές των οργάνων, οι οποίοι στηρίζονται σε αυτή την αρχή και την εξειδικεύουν ανάλογα με ποιά από τις παρακάτω μεθόδους χρησιμοποιούν. Οι δύο αυτές μέθοδοι είναι : Η μέθοδος μέτρησης της διαφοράς φάσης συνεχούς διαμορφωμένης ακτινοβολίας. Με τη μέθοδο αυτή, το διαμορφωμένο φως εκπέμπεται από το όργανο (πομπός). Μετά την πλήρη διαδρομή μετάβασης στον δέκτη (κάτοπτρο) και την επιστροφή του, η ακτινοβολία προσλαμβάνεται πάλι από το κυρίως όργανο. Κατά τη μέθοδο αυτή, μετράται έμμεσα ή άμεσα η διαφορά φάσης μεταξύ των σημάτων εκπομπής και λήψης (ποσότητα Δφ), οπότε υπολογίζεται η απόσταση μεταξύ οργάνου και κατόπτρου. Η μέθοδος μέτρησης με τη διαμόρφωση του φωτός σε παλμούς. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στην εκπομπή συγκεντρωμένης φωτεινής ενέργειας σε τακτά χρονικά διαστήματα με ορισμένη χρονική διάρκεια. Και με αυτό τον τρόπο το μήκος υπολογίζεται έμμεσα, από τη μέτρηση του χρόνου Δt μετάβασης επιστροφής ενός παλμού. Σε γενικές γραμμές, τα στάδια της διαδικασίας μέτρησης μίας απόστασης με ένα όργανο EDM, μπορούν να περιγραφούν ως εξής: Παράγεται το φως που θα χρησιμοποιηθεί σαν φέρουσα ακτινοβολία. Διαμορφώνεται η φέρουσα ακτινοβολία. Μετατρέπεται η διαμορφωμένη φωτεινή ακτινοβολία σε ηλεκτρικό σήμα της ίδιας συχνότητας και φάσης. Γίνεται μια ετεροδυναμική μίξη του ηλεκτρικού σήματος και άλλων σημάτων με μικρότερη συχνότητα. Με κατάλληλο τρόπο μετριέται η διαφορά φάσης (Δφ) ή η διαφορά του χρόνου (Δt), από την στιγμή της εκπομπής μέχρι την στιγμή της λήψης. Ενώ παλαιότερα ο παρατηρητής έπρεπε να κάνει κάποιους υπολογισμούς για να υπολογίσει την απόσταση, σήμερα γίνεται αυτόματα από μικροϋπολογιστές ενσωματωμένους στα EDM που υπολογίζουν αυτόματα το μήκος και η μέτρηση της φάσης (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010). 4.4 ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΕΣ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Τα μετρούμενα με όργανα EDM μήκη χρειάζονται διορθώσεις (Πηγή: Μπαλοδήμος Δ.-Δ., Σταθάς Δ., 2002): 1. Που οφείλονται σε επιδράσεις της ατμόσφαιρας και στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και που είναι οι: Διόρθωση λόγω μείωσης της ισχύος της ακτινοβολίας. Διόρθωση λόγω καθυστέρησης της ακτινοβολίας (αλλαγή ταχύτητας). Διόρθωση λόγω καμπύλωσης της τροχιάς. 2. Που οφείλονται σε συστηματικά σφάλματα του οργάνου και του ανακλαστήρα, οι οποίες επιγραμματικά, είναι: Διόρθωση λόγω σταθεράς του οργάνου. Διόρθωση λόγω σταθεράς του συστήματος όργανο ανακλαστήρας. Διόρθωση λόγω κυκλικού σφάλματος. 40

50 Διόρθωση λόγω αλλαγής της συχνότητας διαμόρφωσης. 3. Γεωμετρικές διορθώσεις: Το κεκλιμένο μήκος που θα προκύψει μετά από τις παραπάνω διορθώσεις πρέπει, αναλόγως του μεγέθους του και της επιδιωκόμενης ακρίβειας να υποστεί τις παρακάτω αναγωγές, ή κάποιες εξ αυτών, προκειμένου να αξιοποιηθεί για τον υπολογισμό των συντεταγμένων των σημείων ή για την κατασκευή των γεωμετρικών σχημάτων, κλπ.: Διόρθωση για καμπυλότητα των οπτικών ακτινών. Διόρθωση για κλίση. Αναγωγή στη χορδή του ελλειψοειδούς ( ή μ.σ.θ.). Αναγωγή σε τόξο ελλειψοειδούς. Αναγωγή λόγω χαρτογραφικής προβολής. Ειδική γεωμετρική αναγωγή (Πηγή: Μπαλοδήμος Δ.-Δ., Σταθάς Δ., 2002). 4.5 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΟΡΓΑΝΩΝ EDM Από την εμφάνιση των οργάνων EDM και ανάλογα με την φάση της εξέλιξής τους, έγιναν διάφορες προσπάθειες κατηγοριοποίησής τους. Οι σημαντικότερες από αυτές τις κατηγοριοποιήσεις, είναι οι ακόλουθες: 1. Με βάση το μέγιστο μήκος (βεληνεκές), που είχαν δυνατότητα να μετρήσουν. Τα ΕDM κατατάσσονταν σε μικρού, μεσαίου και μεγάλου βεληνεκούς. Τα περισσότερα EDM μικρού βεληνεκούς (δηλ. μέχρι 3 km) ονομαζόντουσαν ταχυμετρικά EDM, γιατί μπορούσαν να επικάθονται σε θεοδόλιχα και να χρησιμοποιούνται με αυτόν τον τρόπο στις συνηθισμένες τοπογραφικές εργασίες. Ο παραπάνω διαχωρισμός, με την πάροδο του χρόνου, έχει καταστεί μη ουσιώδης, καθώς με την εξέλιξη της τεχνολογίας (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010): Όλα τα παραγόμενα EDM με βεληνεκές μέχρι και 15 km μπορούσαν να επικαθίσουν και να συνεργασθούν με θεοδόλιχο. Με την ενσωμάτωση των EDM στα ψηφιακά θεοδόλιχα και την μαζική παραγωγή ολοκληρωμένων ψηφιακών γεωδαιτικών σταθμών (Total stations) υπάρχουν πια πολλά όργανα με μεγάλη ποικιλία σε εμβέλεια και ακρίβεια, που καλύπτουν πολύ μεγάλο φάσμα τοπογραφικών αναγκών. Με την ανάπτυξη των Συστημάτων δορυφορικού εντοπισμού (GPS), τα όργανα μεγάλου βεληνεκούς τείνουν να εκλείψουν. 2. Σε E.O.D.M. (ηλεκτροπτικά όργανα μέτρησης μηκών) και σε M.D.M. (όργανα μέτρησης μηκών με μικροκύματα) Οι βασικές διαφορές αυτών ήταν : Τα M.D.M. χρησιμοποιούσαν σαν φέρουσα ακτινοβολία για διαμόρφωση τα μικροκύματα, ενώ τα E.O.D.M ορατό ή υπέρυθρο φως. Τα M.D.M. διέθεταν ενεργητικό δέκτη που ενίσχυε το σήμα και το έστελνε πίσω στο κυρίως όργανο ενώ τα E.O.D.M. χρησιμοποιούν παθητικό δέκτη (κάτοπτρο ειδικά κατασκευασμένο). Τα M.D.M. ήταν όργανα κυρίως μεγάλου βεληνεκούς, αλλά παρείχαν μετρήσεις μειωμένης ακρίβειας σε σχέση με τα E.O.D.M. Σήμερα τα M.D.M. έχουν ουσιαστικά εκλείψει, ενώ σχεδόν όλα τα παραγόμενα όργανα είναι E.O.D.M. 3. Με βάση την αρχή λειτουργίας τους: Σύμφωνα με αυτή την κατηγοριοποίηση τα EDM διακρίνονται σε όργανα : 41

51 Που χρησιμοποιούν τη μέθοδο της διαφοράς φάσης (Phase Shift, PS) μιας συνεχούς διαμορφωμένης ακτινοβολίας, που είναι μεν ακριβέστερη, αλλά με μικρότερη εμβέλεια μετρήσεων και πιο χρονοβόρα και Που χρησιμοποιούν τη μέθοδο του χρόνου πτήσης του παλμού, Time Of Flight. (T.O.F.), της μέτρησης δηλαδή της διαφοράς χρόνου από την εκπομπή και τη λήψη μιας διαμορφωμένης σε παλμούς ακτινοβολίας, που έχει μεγαλύτερη εμβέλεια, είναι ταχύτερη αλλά λιγότερο ακριβής. Τα περισσότερα από τα σύγχρονα EDM χρησιμοποιούν την αρχή μέτρησης της διαφοράς φάσης (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010) 4.6 ΨΗΦΙΑΚΟΙ ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ (TOTAL STATION) Τα παλαιότερα μηχανικά θεοδόλιχα αντικαταστάθηκαν από τα ψηφιακά, με την εξέλιξη της τεχνολογίας, και σε αυτά ενσωματώθηκαν τα όργανα EDM, με αποτέλεσμα την δημιουργία των ολοκληρωμένων ψηφιακών γεωδαιτικών σταθμών (total stations). Τα όργανα αυτά έχουν, σήμερα, υψηλές απαιτήσεις αυτοματοποιημένης χρήσης και ακρίβειας, καθώς συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα των ψηφιακών θεοδόλιχων με εκείνα των EDM και εκμεταλλεύονται την αλματώδη πρόοδο της ηλεκτρονικής και της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών υπολογιστών. Τόσο οι μετρήσεις των οριζοντίων και κατακόρυφων γωνιών, όσο και οι μετρήσεις των μηκών αναφέρονται στο κέντρο του οργάνου, καθώς το αποστασιόμετρο είναι ομοαξονικά τοποθετημένο στο τηλεσκόπιό του (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010). Εικόνα 11: O Ψηφιακός ολοκληρωμένος γεωδαιτικός σταθμός Stonex STS Η μέτρηση της απόστασης, από το κέντρο του σκοπευτικού άξονα ενός ψηφιακού ολοκληρωμένου γεωδαιτικού σταθμού έως το κέντρο του ανακλαστήρα, σε γενικές γραμμές, ακολουθεί την εξής πορεία: Με την ενεργοποίηση από τον παρατηρητή ενός πλήκτρου του πληκτρολογίου του γεωδαιτικού σταθμού, εκπέμπεται μια 42

52 διαμορφωμένη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, γνωστής συχνότητας και μήκους κύματος, η οποία, αφού διανύσει την απόσταση μέχρι τον ανακλαστήρα, που βρίσκεται στο άλλο άκρο της προς μέτρηση απόστασης, ανακλάται και επιστρέφει στον γεωδαιτικό σταθμό. Καθώς η ταχύτητα διάδοσής του σήματος μέσα στην ατμόσφαιρα είναι γνωστή, προκειμένου να υπολογιστεί η απόσταση, αρκεί, σε γενικές γραμμές, να μετρηθεί ο χρόνος που απαιτήθηκε για να διανύσει το σήμα αυτή την απόσταση. Επειδή η ταχύτητά της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι διαφορετική μέσα στο σώμα του ανακλαστήρα από αυτή στην ατμόσφαιρα, πρέπει κατά την μέτρηση να λαμβάνεται υπόψη τόσο η καθυστέρηση διάδοσης της στην ατμόσφαιρα, όσο και στον ανακλαστήρα. Ο χρόνος αυτός μεταφραζόμενος σε μήκος είναι γνωστός σαν σταθερά του ανακλαστήρα, εξαρτάται από το υλικό και τον τρόπο κατασκευής του και δίνεται από την κατασκευάστρια εταιρεία. Η εφαρμογή των εξελίξεων εκτός από τους ψηφιακούς θεοδόλιχους γίνεται και στους ψηφιακούς ολοκληρωμένους γεωδαιτικούς σταθμούς. Για παράδειγμα, η ανάγνωση των γωνιών δεν λαμβάνεται πια από τον παρατηρητή οπτικά, αλλά εμφανίζεται σε ειδική ψηφιακή οθόνη, καθώς ειδικοί αισθητήρες διαβάζουν τους ραβδοκώδικες (barcodes), που είναι ενσωματωμένοι, με μεγάλη ακρίβεια, στον οριζόντιο και στον κατακόρυφο δίσκο τους. Με τον τρόπο αυτό αποφεύγεται και το σφάλμα βαθμονόμησης των μηχανικών δίσκων, που είχαν τα παλαιότερα γωνιομετρικά όργανα. Έτσι, δεν χρειάζεται πλέον η μέτρηση κάθε μίας από τις πολλές περιόδους μέτρησης μιας γωνίας να γίνεται από διαφορετική αφετηρία, αλλά μπορεί να γίνεται πάντα από την ίδια, καθώς αποβλέπει μόνον στην ελαχιστοποίηση του τυχαίου σφάλματος της σκόπευσης του παρατηρητή, το οποίο είναι και το μοναδικό σφάλμα που εξακολουθεί να υπεισέρχεται στις μετρήσεις γωνιών. Με την παραπάνω εξέλιξη, σε συνδυασμό και με την δυνατότητα αυτόματης καταγραφής και αποθήκευσης των μετρήσεων του γεωδαιτικού σταθμού σε ειδική καταγραφική μονάδα, από την οποία μεταφέρονται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή με πολύ εύκολο τρόπο, εκτός από την ευκολία και την ταχύτητα των μετρήσεων, που παρέχεται στον παρατηρητή, αποφεύγονται εντελώς τα σφάλματα εκτίμησης, ανάγνωσης, γραφής και πληκτρολόγησης. Σημαντική εξέλιξη είναι και η ενσωμάτωση του ισοσταθμιστή, στον γεωδαιτικό σταθμό, με σκοπό την παρακολούθηση, τον έλεγχο και την διόρθωση, σε πραγματικό χρόνο, των βασικών συνθηκών λειτουργίας τους. (κέντρωση, οριζοντίωση, κλπ.). Επίσης απαιτείται μπαταρία τροφοδοσίας για τη λειτουργία των σταθμών, και γι αυτό οδηγηθήκαμε στην κατασκευή εύχρηστων και εξελιγμένων μπαταριών μεγάλης χωρητικότητας (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010). Οι ψηφιακοί ολοκληρωμένοι γεωδαιτικοί σταθμοί ακριβείας είναι πολύ εύχρηστα όργανα, παρέχουν ανάγνωση των γωνιακών μεγεθών, από 0.1cc έως 3cc, η εμβέλειά τους στην μέτρηση μηκών, ανάλογα και με τους χρησιμοποιούμενους ανακλαστήρες, είναι από μερικά μέτρα έως μερικά χιλιόμετρα, με ακρίβεια, που μπορεί να φθάσει το ±1 mm ± 2 ppm. Τα βασικά πλεονεκτήματα των γεωδαιτικών σταθμών είναι: 1. Συνδυάζονται οι δυνατότητες του ψηφιακού θεοδόλιχου και του EDM σε ένα εύχρηστο και ελαφρύ όργανο. 2. Εμφανίζονται άμεσα σε οθόνη το μήκος, η ένδειξη του οριζόντιου κύκλου και η κατακόρυφη γωνία και έμμεσα το υψόμετρο, και οι συντεταγμένες του σημείου που 43

53 σκοπεύεται με τη σκόπευση και το πάτημα ενός πλήκτρου, ενώ αν το επιθυμεί ο χειριστής, υπάρχει η δυνατότητα αυτόματης καταγραφής αυτών των στοιχείων. 3. Διαθέτουν υπολογιστή και κατάλληλο λογισμικό, που διευκολύνουν τις εργασίες υπαίθρου επιλύοντας, την ώρα των μετρήσεων, διάφορα βασικά τοπογραφικά προβλήματα. 4. Μπορούν άμεσα να συνδεθούν και να επικοινωνήσουν με ηλεκτρονικό υπολογιστή, με συνέπεια την άμεση μεταφορά και επεξεργασία των μετρήσεων και την εξαγωγή των αποτελεσμάτων, ακόμα και στο ύπαιθρο, κάτι που μερικές φορές είναι απαραίτητο για ορισμένες, εξειδικευμένες, τοπογραφικές εργασίες, ενώ παράλληλα αποφεύγονται διάφορα χονδροειδή σφάλματα (ανάγνωσης, αντιγραφής κλπ.) (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010). Τα σημαντικότερα κριτήρια για την επιλογή του κατάλληλου ολοκληρωμένου γεωδαιτικού σταθμού σε γεωδαιτικές εργασίες και ειδικότερα σε μετρήσεις ακριβείας, είναι (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010) : Η παρεχομένη ακρίβεια στη μέτρηση γωνιών και μηκών (±a mm ±b ppm). Το βεληνεκές του για τη μέτρηση μήκους. Το πλήθος και η ποιότητα (γυαλί, πλαστικό, φωσφορίζουσα ταινία) των κατάφωτων για τη μέτρηση του μήκους. Η διάρκεια της μοναδιαίας μέτρησης ενός μήκους. Το βάρος και ο όγκος του. Η δυνατότητα προσαρμογής άλλων παρελκόμενων Οι διάφορες υπολογιστικές του ικανότητες (π.χ. η άμεση εξαγωγή μέσου όρου μετρήσεων και άλλων στατιστικών μεγεθών). Ο τρόπος αποθήκευσης και διαχείρισης των μετρήσεων (σε καταγραφική μονάδα, απευθείας σύνδεση με Η/Υ, κλπ). Το λογισμικό (software) που διαθέτει. 4.7 ΨΗΦΙΑΚΟΙ ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ ΧΩΡΙΣ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΑΝΑΚΛΑΣΤΗΡΑ (reflectorless total stations) Όπως ήδη περιγράφηκε σήμερα, η συνηθισμένη περίπτωση μέτρησης ενός μήκους αρκετών χιλιομέτρων με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και την χρήση ανακλαστήρα, είναι μία εύκολη διαδικασία που διαρκεί 2-3 δευτερόλεπτα από την ενεργοποίηση του αντίστοιχου πλήκτρου στην οθόνη του ολοκληρωμένου γεωδαιτικού σταθμού. Όμως, η ραγδαία ανάπτυξη της τεχνολογίας, είχε σαν αποτέλεσμα μία ακόμα πολύ σημαντική εξέλιξη των σύγχρονων ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών, που είναι η δυνατότητα μέτρησης του μήκους χωρίς τη χρήση ανακλαστήρα (RL) (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010). Η χαρακτηριστική δυνατότητα του, να μετρά αποστάσεις και χωρίς την χρήση ανακλαστήρα, υλοποιήθηκε και στους γεωδαιτικούς σταθμούς. Η αρχή μέτρησης 44

54 είναι η ίδια με αυτήν που γίνεται και με τη χρήση ανακλαστήρα. Στην περίπτωση αυτή, το μήκος προκύπτει συνήθως, από μία διαδικασία μέτρησης φάσεων ενός παλμού ορατού laser, που εκπέμπεται από το όργανο, δεν προσπίπτει σε κάποιον ανακλαστήρα αλλά ανακλάται ακόμα και σε χαμηλής αντανακλαστικότητας στόχους και επιστρέφει στο γεωδαιτικό σταθμό. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνονται μετρήσεις μηκών, που κυμαίνονται από 100m έως και 2000m. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα αυτών των γεωδαιτικών σταθμών είναι τα εξής: Είναι δυνατή η αποτύπωση και απρόσιτων σημείων. Δεν χρειάζεται στοχοφόρος για τη εκτέλεση αυτών των μετρήσεων. Μειώνει τον κόπο και το χρόνο παραμονής στο πεδίο για την εκτέλεση μιας εργασίας. Είναι εύκολη η αναγνώριση των σημείων που μετρώνται με την ορατή δέσμη laser και η σκόπευσή τους ακριβής. Εάν η μέτρηση με το ορατό laser γίνεται πάνω σε ανακλαστήρα η εμβέλειά τους αυξάνεται σημαντικά. Η αβεβαιότητα στη μέτρηση του μήκους μπορεί να φθάσει έως και ±2mm ±1ppm, ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό. Κάποια μειονεκτήματα αυτών των οργάνων είναι: Η εμβέλειά τους, στις μετρήσεις χωρίς ανακλαστήρα, είναι περιορισμένη και δεν ξεπερνά συνήθως 400m. Η αγορά τους κοστίζει περισσότερο από ότι των απλών γεωδαιτικών σταθμών. Η εμβέλειά τους και η ακρίβεια της μέτρησης εξαρτώνται από την επιφάνεια (το υλικό, το χρώμα, την αντανακλαστικότητα κλπ.) που προσπίπτει η ακτινοβολία, τη γωνία πρόσπτωσης και τις συνθήκες του περιβάλλοντος. Το μέγεθος της προβολής της δέσμης laser πάνω στην προς αποτύπωση επιφάνεια, αυξάνεται όσο αυξάνει το μήκος. Το σχήμα της, ενώ σε μικρά μήκη είναι κανονικό σχήμα, με την αύξηση του μήκους μπορεί να αποκτήσει ακανόνιστο και ασαφές σχήμα, το μέγεθος της επιφάνειας πρόσπτωσης της δέσμης να μην είναι επαρκές, ενώ υπάρχει και ο κίνδυνος να προσπέσει η ακτινοβολία σε οποιοδήποτε αντικείμενο βρεθεί νωρίτερα ή μακρύτερα στη διαδρομή της. Για τους λόγους αυτούς, σε σχετικά μεγάλα για τις δυνατότητες του οργάνου μήκη, υπάρχει μερικές φορές ο κίνδυνος χονδροειδών σφαλμάτων (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010). 45

55 Εικόνα 12: Ο reflectorless ψηφιακός ολοκληρωμένος γεωδαιτικός σταθμός TCR Στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 2) εμφανίζεται ενδεικτικά, η εμβέλεια γεωδαιτικών σταθμών χωρίς τη χρήση πρίσματος (RL), αναλόγως της επιφάνειας ανάκλασης και με τις δύο μεθόδους μέτρησης (Πηγή: Νικολίτσας Κ., Λάμπρου Ε., 2006). 46

56 Επιφάνεια Μέθοδος T.O.F Μέθοδος P.S Τσιμέντο 400 m 50 m Ξύλο 400 m 60 m Ανοιχτόχρωμος βράχος 300 m 50 m Σκουρόχρωμος βράχος 200 m 40 m Πίνακας 2: Ενδεικτικές τιμές εμβέλειας, χωρίς τη χρήση πρίσματος (Πηγή: Νικολίτσας Κ., Λάμπρου Ε., 2006). Από τον πίνακα προκύπτει ότι η μέθοδος T.O.F υπερτερεί ως προς το βεληνεκές, κατά πολύ (5 έως 8 φορές) της μεθόδου διαφοράς φάσης (P.S). Σήμερα, οι ψηφιακοί γεωδαιτικοί σταθμοί που μετρούν μήκη χωρίς τη χρήση ανακλαστήρα είναι συνεχώς εξελισσόμενοι, κυρίως ως προς το βεληνεκές και την ακρίβειά τους, με την βελτίωση των ηλεκτρονικών συστημάτων παραγωγής της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και την αύξηση της ισχύος του παλμού laser. 4.8 ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ ΜΕ ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΣΤΟΧΟΥ ΡΟΜΠΟΤΙΚΟΣ ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟΣ ΣΤΑΘΜΟΣ Μία ακόμα σημαντική εξέλιξη των γεωδαιτικών σταθμών είναι η δυνατότητα της αυτόματης αναγνώρισης του στόχου ATR (Automatic Target Recognition), η οποία του επιτρέπει να εντοπίζει αυτόματα το στόχο (ανακλαστήρα). Το κέντρο του σταυρονήματος του τηλεσκοπίου μετακινείται αυτόματα και σκοπεύει στο κέντρο του κατάφωτου. Η ακρίβεια της αυτόματης σκόπευσης του κατάφωτου κυμαίνεται από 2mm έως και 5mm και εξαρτάται από: Την εσωτερική ακρίβεια του ATR, η οποία επηρεάζεται κυρίως από την ποιότητα της κάμερας CCD του γεωδαιτικού σταθμού, την απόσταση που μετράται, τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, κλπ. Την εξωτερική ακρίβεια του ATR, που εξαρτάται από τον τύπο του κατάφωτου και τις ατμοσφαιρικές συνθήκες κατά τη μέτρηση. Προκειμένου να λειτουργήσει η διαδικασία ATR, η απόσταση μεταξύ σταθμού και κατάφωτου, που εξαρτάται από τον γεωδαιτικό σταθμό, τον ανακλαστήρα και τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, μπορεί πλέον να φθάσει και τα 3000m. Μία ακόμα διευκόλυνση που παρέχουν αυτά τα όργανα, είναι η δυνατότητά τους, αφού σκοπεύσουν έναν στόχο στην 1η θέση τηλεσκοπίου, να αναστρέφουν περιστρέφουν το όργανο σε 2η θέση, με τη βοήθεια του σερβομηχανισμού τους και στη συνέχεια να αναγνωρίζουν και σκοπεύουν τον ίδιο στόχο, απλουστεύοντας και συντομεύοντας την όλη διαδικασία. Επιπλέον, αυτοί οι γεωδαιτικοί σταθμοί απέκτησαν τη δυνατότητα παρακολούθησης κινούμενου στόχου, μπορούν δηλαδή, με ένα πλήκτρο, αφού κάνουν την πρώτη μέτρηση του στόχου, στη συνέχεια να τον παρακολουθούν και να μετρούν συνεχώς, εφ όσον η ταχύτητα με την οποία μετακινείται ο στόχος επιτρέπει την εκτέλεση των μετρήσεων με την προκαθορισμένη ακρίβεια. Σε περίπτωση που η ταχύτητα του στόχου δεν επιτρέπει μετρήσεις με αυτή την ακρίβεια, ο σταθμός εξακολουθεί να παρακολουθεί τον στόχο και μετρά όταν η ταχύτητα του στόχου του το επιτρέψει (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010). 47

57 Η ρομποτική λειτουργία τους αποτελεί μία ακόμα εξέλιξη αυτών των γεωδαιτικών σταθμών. Κατ αυτήν το όργανο παρακολουθεί τον στόχο, μετρά και αποθηκεύει αυτόματα τη μέτρηση στη μνήμη του, λαμβάνοντας εντολή από τον στοχοφόρο, ο οποίος βρίσκεται σε απόσταση μέχρι 800m από τον σταθμό και διαθέτει στον ειδικό στυλεό του κατάφωτου πληκτρολόγιο (χειριστήριο) αντίστοιχο με αυτό του γεωδαιτικού σταθμού (ή ακόμα και το ίδιο το οποίο μπορεί να αποσπάται από τον σταθμό). Ο γεωδαιτικός σταθμός διαθέτει radio modem για την επικοινωνία του με το πληκτρολόγιο. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται σημαντική οικονομία, επειδή οι μετρήσεις μπορούν να γίνουν μόνο από ένα άτομο. Οι ρομποτικοί γεωδαιτικοί σταθμοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε όλες τις κοινές τοπογραφικές εργασίες (αποτυπώσεις, χαράξεις, οδοποιία, κλπ.), αλλά και σε εξειδικευμένες γεωδαιτικές εργασίες, όπως ο έλεγχος και η αυτόματη παρακολούθηση μικρομετακινήσεων τεχνικών έργων, μεγάλων φραγμάτων, κλπ (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010) (α) (β) (γ) Εικόνα 13: Ο ρομποτικός γεωδαιτικός σταθμός Τrimble S3 (α), με το χειριστήριο TSC2 (β), και ο TM30 (γ). 4.9 ΕΞΥΠΝΟΙ ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟΙ, ΕΙΚΟΝΟΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟΙ, ΧΩΡΟΕΙΚΟΝΟΓΕΩΔΑΙΤΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ Η τελειοποίηση των ηλεκτρονικών συστημάτων έχει σαν συνέπεια μία ιδιαίτερη σταθερότητα στην ποιότητα μέτρησης με γεωδαιτικούς σταθμούς που οδηγεί στη διόρθωση ή ακόμα και στην εξάλειψη σφαλμάτων όπως του μηδενός, του κατάφωτου ή και του κυκλικού σφάλματος. Έχει βελτιωθεί η ποιότητά τους με τα σύγχρονα υλικά κατασκευής τους, ενώ έχουν περιοριστεί σημαντικά, σε σχέση με τα όργανα παλαιότερης τεχνολογίας, διάφορα επιπρόσθετα σφάλματα στις μετρήσεις μηκών, όπως π.χ. το σφάλμα λόγω γήρανσης κρυστάλλων. Η επικοινωνία του σταθμού με ηλεκτρονικό υπολογιστή ή άλλα περιφερειακά κλπ. γίνεται τόσο ενσύρματα (με θύρες RS232, USB), όσο και ασύρματα (bluetooth), ενώ η αποθήκευση των μετρήσεων και λοιπών στοιχείων γίνονται σε βάσεις δεδομένων σε κάρτες μνήμης. Σήμερα ακόμα πιο εξελιγμένοι γεωδαιτικοί σταθμοί διευκολύνουν το έργο του τοπογράφου και παρέχουν ακόμα πιο μεγάλες δυνατότητες στην 48

58 εκτέλεση των εργασιών του. Τέτοιοι εξελιγμένοι γεωδαιτικοί σταθμοί είναι (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010): Οι έξυπνοι γεωδαιτικοί σταθμοί (smart stations), που έχουν τη δυνατότητα να δέχονται μία κεραία δέκτη του δορυφορικού συστήματος εντοπισμού και να συνδυάζουν επίγειες μετρήσεις με δορυφορικά δεδομένα. Εικόνα 14: Έξυπνοι γεωδαιτικοί σταθμοί των εταιρειών (TPS 1200+GS10) και Trimble (S3 Robotic Total Station+R6 II GPS). Με το σταθμό αυτόν, με την ενεργοποίηση ενός πλήκτρου, ο δορυφορικός δέκτης με λειτουργία RTK (Real Time Kinematic) προσδιορίζει τη θέση του σταθμού με ακρίβεια της τάξης του εκατοστού, μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα της ώρας και σε απόσταση μέχρι και 50 km από τον σταθμό αναφοράς. Με το λογισμικό που διαθέτει ο γεωδαιτικός σταθμός, ελέγχει και τα δύο συστήματα, ενώ όλες οι μετρήσεις αποθηκεύονται στην ίδια βάση δεδομένων στη κάρτα μνήμης (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010). Οι εικονογεωδαιτικοί σταθμοί (imaging stations) με ενσωματωμένη μία CCD κάμερα υψηλής ανάλυσης στο κέντρο του τηλεσκοπίου τους, καθώς και μία εξωτερική τοποθετημένη παράλληλα, με αποτέλεσμα να μεταφέρεται στην οθόνη του οργάνου η εικόνα που παρατηρείται από το τηλεσκόπιο και αφού μεγεθυνθεί κατάλληλα, να σκοπεύεται επί της οθόνης με αντίστοιχο σταυρόνημα το σημείο που θέλει ο παρατηρητής ώστε να γίνεται ασφαλέστερα η μέτρηση, ενώ είναι δυνατή και η ταυτόχρονη λήψη και αποθήκευση εικόνων των σημείων που μετρούνται (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010) 49

59 Εικόνα 15: Ο εικονογεωδαιτικός σταθμός Topcon IS 205. Οι χωροεικονογεωδαιτικοί σταθμοί (spatial imaging stations), οι οποίοι εκτός της ψηφιακής κάμερας έχουν ενσωματωμένο στο τηλεσκόπιό τους και έναν σαρωτή, που μπορεί να σαρώνει επιφάνειες και να προβάλλει στην οθόνη του σταθμού ή σε ηλεκτρονικό υπολογιστή την τρισδιάστατη απεικόνισή τους, ενώ αυτή συμπληρώνεται από κατάλληλα ανοιγμένες εικόνες της περιοχής, οι οποίες προβάλλονται ταυτόχρονα σαν υπόβαθρο στην οθόνη. Το τηλεσκόπιο στρέφεται αυτόματα και σκοπεύει όποιο αντικείμενο επιλέγει ο παρατηρητής στην οθόνη. Με τον σταθμό αυτόν είναι δυνατή η ταυτόχρονη συλλογή τόσο συντεταγμένων σημείων με μεγάλη ακρίβεια, όσο και χωρικής πληροφορίας για λεπτομερή απόδοση σε απαιτητικές εφαρμογές όπως σήραγγες, μνημεία, ναυπηγεία, βιομηχανικές / μηχανολογικές αποτυπώσεις, κλπ. Ο σταθμός αυτός συλλέγει, με επίγεια μέθοδο, δεδομένα τοπογραφικής ακρίβειας, όπως ένας συμβατικός γεωδαιτικός σταθμός. Επιπλέον σαρώνει το αντικείμενο χρησιμοποιώντας την τεχνολογία laser, συλλέγοντας μεγάλο όγκο δεδομένων για την πιστή του απόδοση. Τέλος διαθέτει ενσωματωμένη video camera, με την οποία αποδίδεται η πραγματική υφή του αντικειμένου. Οι τρείς τεχνολογίες (γεωδαιτικός σταθμός, σαρωτής laser και ψηφιακή video camera) χρησιμοποιούνται παράλληλα, ελέγχονται από ένα και μόνο χειριστήριο, με ένα και μόνο λογισμικό πεδίου συνήθως σε περιβάλλον Windows (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010) Ακολουθεί πίνακας που παρουσιάζει τα βασικά χαρακτηρίστηκα στοιχεία ορισμένων γεωδαιτικών σταθμών, όπως αναφέρονται στις ηλεκτρονικές σελίδες των κατασκευαστών τους. 50

60 Εργοστάσιο Κατασκευής Τύπος Οργάνου Σημαντικά Χαρακτηριστικά Έτος Με ανακλαστήρα Ακρίβεια μέτρησης Βεληνεκές μηκών Χωρίς ανακλαστήρα Ακρίβεια μέτρησης Βεληνεκές μηκών Ακρίβεια Μέτρησης Γωνιών Ρομποτικό Leica TCRP1200+ R1000 και δυνατότητα ενσωμάτωσης 2007 ±1mm ±1.5ppm Έως 12km ±2mm ±2ppm Έως 1km 1",2",3",5" σε GPS Leica TS30/TM30 Total station 2009 ±0.6mm ±1ppm Έως 12km ±2mm ±2ppm Έως 1km 0.5",1" SOKKIA NET05X Total station 2009 ±0.8mm ±2ppm Έως 3.5km ±1mm ±1ppm Έως 100km 0.5" Spectra Precision Focus 30 ρομποτικό 2009 Topcon IS01/IS03 Total station 2007 ±2mm ±2ppm ±2mm ±1ppm Έως 7km ±3mm Έως ±2ppm 800km 1",3",5" Έως 4km Έως 2km 1",3" Topcon MS05A Total station 2010 ±0.8mm ±1.5ppm Έως 3.5km ±1mm ±1ppm Έως 100km 0.5",1" Trimble S6 Total station 2005 ±1mm ±2ppm Έως 5.5km ±2mm ±2ppm Έως 2.2km 2",3",5" Trimble S3 Total station 2009 ±1.5mm ±2ppm Έως 5km ±3mm ±2ppm Έως 400km 2",5" Πίνακας 3: Βασικά χαρακτηριστικά μερικών ψηφιακών γεωδαιτικών σταθμών ΟΡΓΑΝΑ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ ΜΕ ΣΑΡΩΣΗ (Laser Scanners) Τα όργανα αποτύπωσης επιφανειών με σάρωση (Laser Scanners) είναι μία άλλη σύγχρονη εξέλιξη των γεωδαιτικών οργάνων. Αυτά έχουν τη δυνατότητα να αποτυπώνουν μια επιφάνεια, σαρώνοντάς την και δημιουργώντας το τρισδιάστατο μοντέλο της. Μετρούνται 1000 έως σημεία ανά δευτερόλεπτο, για το καθένα από τα οποία προσδιορίζονται οι συντεταγμένες του (Χ, Y, Z), ως προς το σύστημα αναφοράς, που έχει αρχικά οριστεί. Έτσι δημιουργείται μια αντίστοιχης ακρίβειας τρισδιάστατη εικόνα της επιφάνειας. Οι χαρακτηριστικές ιδιότητες του Laser Scanner, επηρεάζονται από τις αντίστοιχες χαρακτηριστικές ιδιότητες αυτού του σταθμού επειδή εμπεριέχει και την αρχή λειτουργίας του γεωδαιτικού σταθμού. Έτσι, η ακρίβεια προσδιορισμού των συντεταγμένων εξαρτάται εκτός από τη μέθοδο σάρωσης που κάθε σύστημα 51

61 χρησιμοποιεί και την ταχύτητα σάρωσης, και από την απόσταση από το αντικείμενο και το υλικό της επιφάνειας που μετράται και στην οποία προσπίπτουν οι δέσμες. Το βεληνεκές μέτρησης των σαρωτών κυμαίνεται από 1.5m έως 1500m και η ακρίβεια προσδιορισμού των συντεταγμένων από ±6mm έως ±45mm. Ομοίως και ως μειονεκτήματα των οργάνων αυτών μπορούν να αναφερθούν: Η μικρή ταχύτητα σάρωσης της επιφάνειας, όταν η επιφάνεια έχει πολλές λεπτομέρειες και το βήμα σάρωσης είναι μικρό. Το μεγάλο σχετικά βάρος τους, που κυμαίνεται από 10kg έως 30kg, το οποίο αυξάνεται από το βάρος των απαραίτητων παρελκόμενων, (όπως ειδικού τρίποδα, ηλεκτρονικού υπολογιστή, μπαταρίας, κ.ά.), με συνέπεια τη δυσκολία στη μεταφορά και την εγκατάσταση στο σημείο μέτρησης. Το περιορισμένο οπτικό πεδίο, που έχουν την δυνατότητα να καλύψουν, ειδικά κατά την κατακόρυφη διεύθυνση, που έχει σαν συνέπεια, αν η προς αποτύπωση επιφάνεια εκτίνεται σε μεγάλο ύψος, την αναγκαστική τοποθέτησή τους σε μεγάλη απόσταση από αυτήν. Το υψηλό κόστος αγοράς. Το μέγεθος της μοναδιαίας κουκίδας παλμού λέιζερ που εκπέμπουν, η οποία εξαρτάται από την απόσταση και σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις μειώνει την διακριτική ικανότητα του (Πηγή: Κάσκουρα Βασιλική, 2010) Τώρα, γίνονται προσπάθειες από τους κατασκευαστές αυτών των οργάνων και οι οποίοι προσανατολίζονται στην εξάλειψη αυτών των μειονεκτημάτων, με την απαραίτητη βέβαια προϋπόθεση της ασφαλούς λειτουργίας τους για τον άνθρωπο και το περιβάλλον, ιδίως σε ότι έχει σχέση με την ένταση κλπ. της ακτινοβολίας laser. Έτσι, γίνεται προσπάθεια εντοπισμού και αποφυγής ανεπιθύμητων δεδομένων (αποτύπωση περιττών σημείων), συνεχής έλεγχος και διακρίβωση της αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων αυτών των οργάνων αναλόγως της υφής και του υλικού της προς αποτύπωση επιφάνειας, της απόστασης κλπ. και προσπάθεια βελτίωσης αυτών των ιδιοτήτων τους. 52

62 Εικόνα 16: Ο laser scanner GLS1500. Εικόνα 17: ScanStation C10. Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται ενδεικτικά συστήματα λέιζερ σάρωσης με τα αντίστοιχα τεχνικά χαρακτηριστικά τους, όπως αναφέρονται στις ηλεκτρονικές σελίδες των κατασκευαστών τους. 53

63 Κατασκευαστής Τύπος Σαρωτή Έτο ς Leica HDS rdTech DeltaSpere- 3000IR FARO Photon Ακρίβεια μέτρησης απόστασης/ συντεταγμένων Μέχρι 2mm στα 25m mm στα 10m 2mm στα 10m και 25m Trimble CX mm Maptek I-Site mm Optech Incorporated Basis Software, Inc ILRIS-HD mm Superhaser 25HSX mm στα 20m/5mm στα 50m Πίνακας 4: Σαρωτές Laser Διάμετρος κουκίδας laser 14mm στα 50m 11.8mm στα 15m 13mm στα 50m 12mm στα 50m 12mm στα 50m 16mm στα 50m Εμβέλεια Βάρος 0.4m- 79m 0.5m- 10m 0.6m- 120m 1m-80m 2.5m-2m 3m-2m 0.2m- 70m 14kg 10kg 14.5kg 11.8kg 13.8kg 14kg 11kg 4.11 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Οι εξελίξεις των τελευταίων χρόνων είναι ραγδαίες και θεαματικές. Σε αυτό συνέβαλε ουσιαστικά η αλματώδης ανάπτυξη της ηλεκτρονικής και της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών υπολογιστών. Τα όργανα και οι μέθοδοι μέτρησης μηκών αντικαταστάθηκαν, στην πράξη, από ηλεκτρονικά όργανα μέτρησης μεγάλων μεσαίων και μικρών αποστάσεων, με τη χρήση, αντίστοιχα, μικροκυμάτων και ακτινών laser ή υπέρυθρης ακτινοβολίας και από τις μεθόδους, που αυτά επιφέρουν. Έπειτα αυτά, συνδυάζονται, με τα ψηφιακά θεοδόλιχα, για την κατασκευή των ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών, οι οποίοι συνεχώς εξελίσσονται. Καταλυτική είναι και η δημιουργία και ανάπτυξη του δορυφορικού συστήματος εντοπισμού θέσεων και η εφαρμογή του σε πλήθος γεωδαιτικών εφαρμογών. Συμπερασματικά, ο τοπογράφος έχει στη διάθεσή του ολοκληρωμένους ψηφιακούς γεωδαιτικούς σταθμούς, που μπορούν να μετρήσουν με πολύ μεγάλη ακρίβεια διευθύνσεις και μικρές ή μεγάλες αποστάσεις, με ή χωρίς ανακλαστήρα, με αυτόματη ή μη αναγνώριση στόχου, καθώς ακόμα και ρομποτικούς, εικονογεωδαιτικούς, χωροεικονογεωδαιτικούς, έξυπνους γεωδαιτικούς σταθμούς, οι οποίοι συνδυάζονται και συνεργάζονται με συστήματα δορυφορικού εντοπισμού, καθώς και όργανα αποτύπωσης επιφανειών με σάρωση. Οι σταθμοί αυτοί διαθέτουν μικροεπεξεργαστές και λειτουργικό σύστημα MS-DOS ή Windows, ώστε να είναι συμβατό με το αντίστοιχο των ηλεκτρονικών υπολογιστών, κατάλληλο λογισμικό για την εκτέλεση πλήθους χρήσιμων υπολογισμών και εργασιών στο πεδίο, ενώ έχουν και τη 54

64 δυνατότητα αποθήκευσης μεγάλης ποσότητας δεδομένων και άμεσης σύνδεσης και επικοινωνίας με ηλεκτρονικό υπολογιστή. Στον πίνακα παρουσιάζονται, σύμφωνα με τη χρονολογική τους εξέλιξη, οι κατηγορίες των οργάνων, που παρουσιάστηκαν στην εργασία, με τα βασικά χαρακτηριστικά τους: Όργανο Ψηφιακά θεοδόλιχα Έτος 1975 Σημαντικά Χαρακτηριστικά Ψηφιακή ένδειξη ανάγνωσης Ακρίβεια ±3cc-±50cc Βεληνεκές EDM (MDM) 1957 Με φέρουσα ακτινοβολία (±4mm±1ppm)- 3cm 150km EDM (EODM) Με ορατό ή υπέρυθρο φως ±10mm±2ppm (3-25) km Total station 1970 Ψηφιακό θεοδόλιχο + EDM ±1mm±2ppm μερικά m- μερικά km Reflectorless 2000 Total station χωρίς χρήση ανακλαστήρα ±2mm-1cm μέχρι 2 km Smart station Γεωδαιτικός σταθμός με κεραία δέκτη GPS περίπου ±1cm Imagine station Γεωδαιτικός σταθμός με ενσωματωμένη CCD κάμερα στο τηλεσκόπιο ±1mm±2ppm μερικά m- μερικά km Spatial imagine station Γεωδαιτικός σταθμός με CCD κάμερα και σαρωτή ±1mm±2ppm μερικά m- μερικά km Ρομποτικός Γεωδαιτικός σταθμός με αυτόματη αναγνώριση στόχου ±1mm έως ±5cm 3 km Laser scanner 2000 Αυτόματη μέτρηση νέφους πολλών σημείων ±5mm-±5cm μέχρι 1500m Δέκτες 2 συχνοτήτων GPS Διαφορικός δορυφορικός εντοπισμός 0.01ppm-1ppm (1-δεκάδες) km Πίνακας 5: Σύγχρονοι γεωδαιτικοί σταθμοί. Οι νέοι τύποι γεωδαιτικών οργάνων και μεθόδων μέτρησης, που παρουσιάζονται συνεχώς και με γρήγορους ρυθμούς, σε συνδυασμό με τα σύγχρονα συστήματα 55

65 ηλεκτρονικών υπολογιστών, έχουν αυτοματοποιήσει σε σημαντικό βαθμό την εργασία του Τοπογράφου Μηχανικού, διευκολύνοντάς τον κατά την εργασία του και βελτιώνοντας κατά πολύ τα αποτελέσματά του. Τώρα πλέον έχει τη δυνατότητα με την επιλογή των καταλληλότερων για κάθε εργασία οργάνων και μεθόδων, να έχει, σε πολύ συντομότερο χρόνο, με σημαντική οικονομία και με σημαντικά λιγότερο, σε σχέση με το παρελθόν, κόπο, πολύ πιο ακριβή αποτελέσματα, σε πλήθος εφαρμογών, προσφέροντας αξιόπιστο και επιστημονικό έργο. Η μέθοδος και τα όργανα, που θα επιλεγούν για μια εργασία, εξαρτώνται από την ακρίβεια που απαιτείται και από το σκοπό για τον οποίο γίνεται η εργασία. 56

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΣΤΟΧΟΦΟΡΟ ΕΞΑΡΤΗΜΑ, ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ, ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ 5.1 ΕΠΙΛΟΓΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΥ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ Αρχικά θα γίνει μια σύγκριση μεταξύ του total station και του gps για να διευκρινιστεί ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιήθηκε στην εργασία το ένα αντί του άλλου. Ακολουθεί λοιπόν ο παρακάτω πίνακας με τις διαφορές και τα χαρακτηριστικά τους. Κριτήρια Σύγκρισης Ταχύτητα Ορατότητα Ακρίβεια Λειτουργικότ ητα Ευκολία χρήσης Ανθρώπινο Δυναμικό Τριγωνομετρι κά σημεία Σφάλματα παρατηρητή Total Station Πριν την παρατήρηση στο ζητούμενο σημείο, το όργανο χρειάζεται να προσανατολιστεί σε κάποιο άλλο σημείο γνωστών συντεταγμένων. Απαιτείται ορατότητα μεταξύ του οργάνου και του στόχου. Η θέση του σημείου προσδιορίζεται πάντα σε σχέση με τη θέση ενός άλλου σημείου γνωστών συντεταγμένων. Η ακρίβεια όμως τόσο της κατακόρυφης όσο και της οριζόντιας θέσης είναι καλύτερη από αυτήν που μας δίνει το GPS ειδικά όσον αφορά την κατακόρυφη θέση (ακρίβεια αποστάσεων της τάξης μερικών mm ή και δεκάτων του mm και γωνιών 0,5" έως 20"). Απαιτείται επαρκής φωτισμός τόσο στο όργανο όσο και στο πρίσμα ώστε να μπορούν να γίνουν οι μετρήσεις. Απαιτείται η γνώση χρήσης του οργάνου και η εμπειρία αποτύπωσης ανάλογα με το είδος και την ακρίβεια της εργασίας. GPS Το GPS δίνει τη θέση οποιουδήποτε σημείου μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα χωρίς να απαιτείται ο προσανατολισμός και η εξάρτηση από κάποιο άλλο σημείο γνωστών συντεταγμένων. Απαιτείται καθαρός ουρανός χωρίς εμπόδια στο γύρω περιβάλλον. Η θέση δεν προσδιορίζεται σύμφωνα με κάποιο άλλο γνωστό σημείο. Η κατακόρυφη κυρίως θέση υστερεί σε σχέση με αυτήν που προσδιορίζεται από ένα total station λόγω της μεγάλης απόστασης μεταξύ των δορυφόρων και των δεκτών GPS (ακρίβεια θέσης, στην καλύτερη των περιπτώσεων, της τάξης των 5 mm και με την ταυτόχρονη παρατήρηση επίγειων σταθμών αναφοράς). Λειτουργεί 24 ώρες το 24ωρο υπό οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες. Κακή έως και αδύνατη λειτουργία η ύπαρξη εμποδίων (ψηλά δέντρα, κτίρια, κ.α). Απαιτείται η γνώση χρήσης του οργάνου χωρίς ιδιαίτερη εμπειρία για τις μετρήσεις πεδίου αλλά απαιτείται εμπειρία κατά τη διάρκεια επεξεργασίας των παρατηρήσεων. Οι μετρήσεις μπορούν να γίνουν από Χρειάζονται τουλάχιστον δύο παρατηρητές. έναν μόνο παρατηρητή. Τα σημεία αυτά δεν πρέπει να Η απόσταση των σημείων αυτών (στην βρίσκονται πολύ μακριά γιατί όσο προκειμένη περίπτωση των δορυφόρων) μεγαλύτερο είναι το μήκος της όδευσης από τους δέκτες GPS είναι μεγάλη αλλά τόσο πιο μεγάλη είναι η πιθανότητα να σχεδόν ίδια για όλα τα τριγωνομετρικά. επέλθει σφάλμα στις μετρήσεις. Μεγαλύτερη πιθανότητα σφαλμάτων Οι μετρήσεις γίνονται αυτόματα με το καθώς οι μετρήσεις διεξάγονται με την πάτημα ενός κουμπιού. επέμβαση του ανθρώπου. Πίνακας 6: Στοιχεία σύγκρισης μεταξύ total station και GPS. 57

67 Για την εργασία που χρειαζόμαστε εμείς το όργανο μέτρησης και που είναι η κατακορύφωση ενός κτιρίου κατά τη διάρκεια κατασκευής του, διαπιστώνουμε ότι μας είναι απαραίτητο το total station αντί του gps για τους εξής λόγους: Πρώτα πρώτα μας ενδιαφέρει η πολύ μεγάλη ακρίβεια στον προσδιορισμό της θέσης του σημείου που θα θέλουμε κάθε φορά να μετρήσουμε. Το total station σε σύγκριση με το gps μας δίνει πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια (της τάξης του mm) την οποία και επιδιώκουμε. Έπειτα επειδή οι μετρήσεις τις περισσότερες φορές θα λαμβάνουν μέρος σε κατοικημένες έως και πυκνοκατοικημένες περιοχές, θα ήταν δύσκολη έως και αδύνατη η χρήση του gps για το οποίο απαιτείται καθαρός ουρανός χωρίς εμπόδια γύρω του. Τέλος θα ήταν δύσκολη και επικίνδυνη η χρήση του gps, ενός τόσο καλού αλλά και ακριβού οργάνου, πάνω στην κατασκευή. Με τη μεταλλική κατασκευή που θα φέρει τους στόχους επάνω, για τις μετρήσεις με το total station, τα πράγματα γίνονται ευκολότερα διότι μπορεί να προσαρμόζεται καλύτερα πάνω στα καλούπια χωρίς να χρειάζεται να την κρατήσει κανείς, παρά μόνο θα στηρίζεται πάνω στο γερανό με τα κατάλληλα νήματα. Επιπρόσθετα δεν θα υπάρχει ο κίνδυνος να πέσει και να σπάσει γιατί ακόμα και αν πέσει δεν θα κοστίσει πολλά στον ιδιοκτήτη. Έτσι λοιπόν ακολουθήθηκε η εξής διαδικασία: Για την κατασκευή απαραίτητη ήταν η αγορά δύο κοιλοδοκών τετραγωνικής διατομής 60x60mm, μήκους 0,5m και πάχους 2mm έκαστη. Η κάθε κοιλοδοκός έχει στην μία άκρη τρύπα διατομής 10mm. Τοποθετώντας τη μία κοιλοδοκό πάνω στην άλλη με τη βοήθεια ενός κοχλία διαμέτρου 10mm και μήκους 130mm και ενός περικοχλίου μπορούμε να τις στερεώσουμε ανάλογα με τη γωνία που επιθυμούμε. Τέλος τοποθέτησα από δύο αυτοκόλλητους στόχους, οι οποίοι ανακλούν την ακτίνα λέιζερ του γεωδαιτικού σταθμού, στις δύο εξωτερικές πλευρές των κοιλοδοκών. 5.2 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Περνώντας στο πρακτικό κομμάτι, χρησιμοποιήθηκε ένας γεωδαιτικός σταθμός ο οποίος στήθηκε σε σημείο γνωστών συντεταγμένων και προσανατολίστηκε σε σημείο επίσης γνωστών συντεταγμένων. Οι δύο κοιλοδοκοί τοποθετήθηκαν στη γωνία ενός ήδη υπάρχοντος κτιρίου προσαρμοσμένοι στα δομικά στοιχεία του. Στοχεύοντας κάθε φορά από ένα στόχο σε κάθε πλευρά των κοιλοδοκών πήρα τις μετρήσεις τις οποίες και επεξεργάστηκα. Παρακάτω ακολουθούν φωτογραφίες από το στοχοφόρο εξάρτημα και τις μετρήσεις του κτιρίου. 58

68 Εικόνα 18: Κατάλληλη τοποθέτηση του οργάνου δίπλα στο κτίριο. 59

69 Εικόνα 19: Κατάλληλη τοποθέτηση για μετρήσεις κατακορύφωσης. Εικόνα 20: Στοχοφόρο εξάρτημα για μετρήσεις κατακορύφωσης κτιρίων. 60

70 Εικόνα 21: Στοχοφόρο εξάρτημα για μετρήσεις κατακορύφωσης κτιρίων. Εικόνα 22: Στοχοφόρο εξάρτημα για μετρήσεις κατακορύφωσης κτιρίων. 61

71 Εικόνα 23: Στοχοφόρο εξάρτημα για μετρήσεις κατακορύφωσης κτιρίων. Εικόνα 24: Τοποθέτηση του εξαρτήματος στο ισόγειο του κτιρίου (Η= 0,6 m). 62

72 Εικόνα 25: Τοποθέτηση του εξαρτήματος στον πρώτο όροφο του κτιρίου (Η= 4 m). Εικόνα 26: Τοποθέτηση του εξαρτήματος στο δεύτερο όροφο του κτιρίου (Η= 7 m). 63

73 Στόχος των μετρήσεων είναι ο έλεγχος της κατακορυφότητας του υπάρχοντος κτιρίου. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί αν συμπίπτουν οι συντεταγμένες του σημείου στη βάση (γωνία) του κτιρίου με αυτές σε οποιαδήποτε άλλη θέση πάνω στην κατακόρυφο που περνάει από αυτό το σημείο. Το στοχοφόρο εξάρτημα τοποθετήθηκε κατάλληλα στο υποστύλωμα- εξωτερικά κολώνα του κτιρίου σε διαφορετικές υψομετρικές θέσεις. Αρχικά τοποθετήθηκε στη βάση του υποστυλώματος για H = 0,6 m. Έπειτα τοποθετήθηκε στη θέση H = 4 m στον πρώτο όροφο του κτιρίου. Τέλος τοποθετήθηκε στη θέση H = 7 m στο δεύτερο όροφο του κτιρίου. Κατόπιν επεξεργασίας των μετρήσεων προέκυψαν οι εξής συντεταγμένες των σημείων- στόχων επάνω στο στοχοφόρο εξάρτημα καθώς και της γωνίας του υποστυλώματος (Α): Η απεικόνιση των παραπάνω συντεταγμένων παρουσιάζεται παρακάτω: Σημεία H = 0,6 m H = 4 m H = 7 m X Y X Y X Y A Πίνακας 7: Συντεταγμένες σημείων στόχων. Σχήμα 6: Απεικόνιση σημείων- στόχων. 64

74 5.3 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Όπως διαπιστώνουμε παραπάνω, και από τις συντεταγμένες των σημείων αλλά και από την απεικόνισή τους, πράγματι υπάρχει μια απόκλιση του σημείου της βάσης του υποστυλώματος σε σχέση με τα σημεία στις άλλες 2 θέσεις πάνω στο υποστύλωμα αυτό. Πιο συγκεκριμένα διαπιστώνουμε ότι η γωνία του υποστυλώματος, που προσδιορίζεται από τα σημεία του στοχοφόρου εξάρτηματος στις διαφορετικές υψομετρικές θέσεις, αποκλίνει στην οριζόντια θέση ως εξής: Η απόκλιση από το ισόγειο (H = 0,6 m) στον πρώτο όροφο του κτιρίου (H = 4 m) είναι της τάξης των 2,04 cm Η απόκλιση από τον πρώτο όροφο του κτιρίου (H = 4 m) στο δεύτερο όροφο του κτιρίου (H = 7 m) είναι της τάξης των 2,08 cm Η συνολική απόκλιση του κτιρίου από το ισόγειο (H = 0,6 m) στο δεύτερο όροφο του κτιρίου (H = 7 m) είναι της τάξης των 4,12 cm Από τα παραπάνω διαπιστώνουμε ότι το στοχοφόρο εξάρτημα είναι ιδιαίτερα χρήσιμο τόσο για τον έλεγχο της κατακορυφότητας των κτιρίων όσο και κατά τη διάρκεια κατασκευής τους. Συγκεκριμένα, η χρήση του μπορεί να γίνεται κατά τη διάρκεια κατασκευής ενός κτιρίου για τον έλεγχο της κατακορυφότητάς του και την αποφυγή τυχόν σοβαρών αποκλίσεων. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο και σε κτίρια χαμηλού ύψους αλλά περισσότερο σε πολυώροφα κτίρια και ουρανοξύστες, οπού εκεί η απόκλιση από τη βάση του κτιρίου μπορεί να ξεφύγει πολλά εκατοστά. Πρότασή μου λοιπόν είναι η δημιουργία μίας διάταξης, η οποία θα είναι χρήσιμη κυρίως κατά τη διάρκεια κατασκευής κτιρίων και ιδιαίτερα για τα πολύ ψηλά. Αυτή η διάταξη θα αποτελείται από τρία εξαρτήματα τα οποία θα είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους με κατάλληλου υλικού σύρματα. Τα τρία εξαρτήματα θα έχουν ακριβώς τις ίδιες διαστάσεις, αλλά μόνο το μεσαίο θα διαθέτει στόχους. Όπως βλέπουμε και στο παρακάτω σχήμα, το πρώτο θα πακτώνεται στο έδαφος στο σημείο στο οποίο θέλουμε να προσδιορίσουμε την κατακόρυφο. Έπειτα, το δεύτερο εξάρτημα θα διαθέτει τους στόχους για τις μετρήσεις με το γεωδαιτικό σταθμό. Το τρίτο εξάρτημα θα έχει τις κατάλληλες χειρολαβές για να μπορεί να τοποθετείται εύκολα και με ακρίβεια από τους οικοδόμους κατά τη διάρκεια του καλουπώματος. Όλη αυτή η διάταξη θα στηρίζεται με κατάλληλα σύρματα από το γερανό που θα χρησιμοποιείται για το καλούπωμα. Τα εξαρτήματα θα είναι απόλυτα συνευθειακά. Το εξάρτημα στο έδαφος θα είναι σταθερό. Το μεσαίο εξάρτημα που φέρει τους στόχους θα μπορεί να κινείται κατά τη βούληση του μηχανικού, όπου αυτό απαιτείται ανεβαίνοντας σε ύψος, και θα διαθέτει μηχανισμούς σταθεροποίησης. Το τρίτο εξάρτημα θα κινείται ευκολότερα κατά μήκος της διάταξης για να μπορεί να προσαρμόζεται ανά πάσα στιγμή στις διορθώσεις που θα υποδεικνύει ο μηχανικός από το έδαφος. 65

75 Σχήμα 7: Στοχοφόρα εξαρτήματα σε διάταξη Με αυτόν τον τρόπο η διάταξη θα είναι εύχρηστη τόσο για το μηχανικό όσο και για τους οικοδόμους χωρίς να εμποδίζεται η ορατότητα του στοχοφόρου εξαρτήματος από τις επεμβάσεις των οικοδόμων. Ταυτόχρονα εξαιτίας της σταθερότητας και των δυνατών δεσμών μεταξύ των εξαρτημάτων της διάταξης θα εφαρμόζεται ανά πάσα στιγμή η διεύθυνση της κατακορύφου. 66

76 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Έντυπη Βιβλιογραφία 1. Γκουντινάκος Γ., Ο Γεωδαιτικός σταθμός Leica TDA 5005 Εργαστηριακοί έλεγχοι Συνδυασμένη χρήση με το λογισμικό Βιομηχανικής Γεωδαισίας Axyz, Διπλωματική εργασία ΕΜΠ, Αθήνα, Κ. Κατσάμπαλος, Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης GPS, Τεύχος Β, Θεσσαλονίκη, Κάσκουρα Βασιλική, Μέτρηση αποστάσεων: Ιστορική αναδρομή, σύγχρονες δυνατότητες, προοπτικές και τάσεις, Διπλωματική Εργασία, Αθήνα, Μπαλοδήμος Δ.-Δ., Σταθάς Δ.: Γεωδαιτικά όργανα και μέθοδοι μέτρησης γωνιών και μηκών, Σημειώσεις μαθήματος, ΕΜΠ, ΣΑΤΜ, Αθήνα, Μπαντέλας Α. και Σαββαΐδης Π. Παρακολούθηση παραμορφώσεων τεχνικών έργων και κατολισθήσεων εδαφών με γεωδαιτικές μεθόδους. Εκδόσεις Γ. και Κ. Παπαγεωργίου Ο.Ε., Βιβλίο, Θεσσαλονίκη, Μπαντέλας Άνθιμος, Σαββαΐδης Παρασκευάς, Υφαντής Ιωάννης και Δούκας Ιωάννης, Γεωδαισία Τόμος Ι: Γεωδαιτικά όργανα και μέθοδοι μέτρησης και υπολογισμών, Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη Α.Ε, Θεσσαλονίκη, Μπαντέλας Άνθιμος, Σαββαΐδης Παρασκευάς, Υφαντής Ιωάννης και Δούκας Ιωάννης, Γεωδαισία Τόμος ΙΙ: Αποτυπώσεις - Χαράξεις τεχνικών έργων, Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη Α.Ε, Θεσσαλονίκη, 2η Έκδοση Νικολίτσας Κ., Λάμπρου Ε., Η εξέλιξη της τεχνολογίας των επίγειων συμβατικών γεωδαιτικών οργάνων και η ανάγκη αλλαγής του προτύπου πιστοποίησής τους», Παρουσίαση στο «2ο Πανελλήνιο Συνέδριο Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών Οι σύγχρονες διαστάσεις των μετρητικών επιστημών και η συμβολή τους στην απεικόνιση, την παρακολούθηση και το σχεδιασμό του χώρου», πρακτικά συνεδρίου, ηλεκτρονική μορφή, Αθήνα, Δεκέμβριος Ρωσσικόπουλος Δ., Τοπογραφικά δίκτυα και υπολογισμοί, Β Έκδοση, Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη, Φωτίου Α., Πικριδάς Χ.: GPS και γεωδαιτικές εφαρμογές, Εκδόσεις Ζήτη, Χαλιμούρδας Σωτήριος, Παρακολούθηση παραμορφώσεων και γεωμετρικής ποιότητας τεχνικών έργων με σύγχρονες γεωδαιτικές μεθόδους, διδακτορική διατριβή, Θεσσαλονίκη, Agnes Zeiner, a report on Rising High with GPS Network, The global magazine of Leica Geosystems,

77 13. Joël Van Cranenbroeck, Advanced Surveying Control Services for Building the Vertical Cities, Strategic Integration of Surveying Services, 2007, Switzerland. 14. Johnson D.R., An approach to large scale non-contact coordinate measurements, HP Journal, Sept Mikhail E. and Gracie G.: Analysis and adjustment of survey measurements. Van Nostrand Reinhold Company, New York, Nicholas P. Godici, Patent Number 5,841,353, 9th of December US Army Corps of Engineers, Structural Deformation Surveying. Engineer manual, Ηλεκτρονική Βιβλιογραφία Leica Geosystems, 8. Topkon, Topcon Positioning Systems, 68

78 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ I: Γεωδαιτικός σταθμός TDA 5005 Ο γεωδαιτικός σταθμός TDA 5005 της αποτελεί μέρος της σειράς TPS 5000, κατασκευασμένη ειδικά για βιομηχανική γεωδαισία. Τα υπόλοιπα όργανα που συμπληρώνουν την οικογένεια είναι το Total Station TDM 5005 και τα ψηφιακά θεοδόλιχα TM 5005, TM 5100, TM 5100A. Και τα τρία όργανα είναι τα νεότερα μοντέλα των αρχικών TDM 5000, TDA 5000 και TM Η σειρά TPS 5000 περιλαμβάνει τα καλύτερα και ακριβέστερα όργανα. Το TDA 5005 παρέχει υψηλή ακρίβεια στις μετρήσεις γωνιών και αποστάσεων, είναι πλήρως ψηφιακό και διαθέτει υψηλής ποιότητας οπτικά στοιχεία. Η απόδοση (ανάγνωση) των οριζόντιων και των κατακόρυφων γωνιών γίνεται με 0.1cc ενώ η ακρίβεια των οριζόντιων και κατακόρυφων γωνιών είναι 1.5cc (σύμφωνα με DIN 18723). Εάν θεωρήσουμε ως συνηθισμένες αποστάσεις της βιομηχανικής γεωδαισίας τα 10 m έως τα 60 m, η παραπάνω ακρίβεια μεταφράζεται σε γραμμικό σφάλμα mm και mm αντίστοιχα. Η ελάχιστη ανάγνωση στη μέτρηση αποστάσεων είναι 0.01 mm ενώ η ακρίβεια μέτρησης αποστάσεων είναι 1 mm + 2 ppm (σύμφωνα με DIN 18723). Η μέγιστη απόσταση μέτρησης με άριστες συνθήκες είναι 3500/5000 m (1 ή 3 πρίσματα αντίστοιχα). Επιπλέον μπορούν να οριστούν παράμετροι που μεταβάλλουν την απόσταση ώστε αυτή να διορθώνεται (όπως θερμοκρασία, πίεση, διάθλαση, χαρτογραφική παραμόρφωση, καμπυλότητα γης κ.α.). Υπάρχει η δυνατότητα ορισμού μέτρησης με μικρότερη ακρίβεια προκειμένου να μειώνεται ο χρόνος μέτρησης κάθε απόστασης. Μπορεί να συνδεθεί με υπολογιστή μέσω θύρας RS232 ή να αποθηκεύσει τα μετρούμενα στοιχεία σε κάρτα PCMCIA ( σημεία). Έχει τη δυνατότητα να εκτελεί διάφορα προγράμματα (οπισθοτομίας, χάραξης, έκκεντρης στάσης, κ.α.) ή να δημιουργήσει ο χρήστης δικά του προγράμματα. Οι κοχλίες μικρομετακίνησης είναι ατέρμονοι και ρυθμίζονται από το χρήστη. Διαθέτει επίσης σερβομηχανισμούς για τη ρομποτική του λειτουργία (μπορεί να εκτελεί την αλλαγή από Ι θέση σε II θέση τηλεσκοπίου χωρίς τη βοήθεια του χρήστη). Σχήμα I.1: Γεωδαιτικός σταθμός TDA 5005 Μπορεί να συνδεθεί με συσκευή ραδιοζεύξης (radio link) και να λειτουργήσει από ένα μόνο χρήστη που θα βρίσκεται στο στυλεό του στόχου. Επίσης το TDA 5005 διαθέτει δυνατότητα αυτόματης αναγνώρισης στόχου (ATR). Με αυτή τη λειτουργία 69

79 του και το αντίστοιχο κατάλληλο στόχο, το όργανο μπορεί να βρίσκει μόνο του την ακριβή θέση του στόχου εφ' όσον έχει οριστεί μια συγκεκριμένη περιοχή. Σε συνέχεια αυτής της δυνατότητας, μπορεί να ακολουθεί ένα κινούμενο στόχο για ορισμένο εύρος ταχύτητας και να παίρνει μετρήσεις σε κάθε παύση κίνησης (stop & go). Η λειτουργία του ATR βασίζεται στην χρήση μιας κάμερας CCD στο όργανο. Η συσκευή στέλνει μια ακτίνα laser και κατά την επιστροφή της ελέγχει κατά πόσο αποκλίνει από το κέντρο της κάμερας CCD, επιβάλλοντας τις ανάλογες διορθώσεις ή κινώντας τους σερβομηχανισμούς. Η ακρίβεια του ATR στην επιφάνεια του στόχου είναι 1-3 mm από το κέντρο του στόχου και εξαρτάται από την απόσταση. Η ακρίβεια τοποθέτησης του ATR είναι 1.5cc, όσο δηλαδή η ακρίβεια του οργάνου που είναι και η ακρίβεια μετακίνησης των σερβομηχανισμών (αυτό ισχύει σε άριστες συνθήκες και για μήκος >200 m). Η ακρίβεια του ATR εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις εξωτερικές συνθήκες, την απόσταση του στόχου, το είδος και την κατάσταση του στόχου και από τη συχνότητα βαθμονόμησης του ATR. Στη συνέχεια δίνονται τα βασικά τεχνικά χαρακτηριστικά του γεωδαιτικού σταθμού TDA Απόδοση οριζόντιων & κατακόρυφων Ακρίβεια οριζόντιων & κατακόρυφων Απόδοση αποστάσεων Ακρίβεια αποστάσεων Μέγιστη απόσταση μέτρησης Εύρος διπλού αντισταθμιστή 0,1 cc 1,5 cc 0,01 mm 1 mm+ 2 ppm 3500/5000 m (1 / 3 πρίσματα) 7 c Ευαισθησία κυκλικής αεροστάθμης 4 /2 mm Ακρίβεια διπλού αντισταθμιστή 1 c Διάμετρος αντικειμενικού φακού 42 mm Ευαισθησία ηλεκτρονικής αεροστάθμης 2" Μέγιστη ακρίβεια ATR 1,5cc Ικανότητα μεγέθυνσης Εύρος μέτρησης με ATR Διάρκεια λειτουργίας με 1 μπαταρία 32x έως 1000 m Πίνακας I.1: Τεχνικά χαρακτηριστικά TDA μετρήσεις γωνιών & αποστάσεων 70

80 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ II: Πρίσματα - Στόχοι Προκειμένου να επιτευχθούν οι ονομαστικές ακρίβειες των μετρήσεων, εκτός από ιδανικές συνθήκες είναι αναγκαίο να χρησιμοποιούνται και ειδικοί στόχοι, οι οποίοι συνδυάζονται με το γεωδαιτικό σταθμό. Για το γεωδαιτικό σταθμό TDA 5005 υπάρχουν τρία βασικά είδη στόχων: Κλασικό κυκλικό πρίσμα και πρίσμα 360. Ανακλαστικοί επίπεδοι στόχοι (retro-reflective targets) με μαγνητικά στηρίγματα. Ο στόχος CCR που είναι μικρό σφαιρικό μεταλλικό πρίσμα, του οποίου ένας δακτύλιος είναι κομμένος και έχει στο εσωτερικό του ένα τρισορθογώνιο κάτοπτρο. Σχήμα II.1: Στόχοι που χρησιμοποιούνται με το TDA5005. Για όλους τους στόχους είναι γνωστή η γεωμετρία τους έτσι ώστε να γίνονται οι όποιες διορθώσεις για να αναφέρεται το κάθε σημείο στη πραγματική του θέση και όχι σε αυτήν που μετράται. Ειδικά ο στόχος CCR είναι ιδιαίτερα ακριβής στην υλοποίηση του σημείου, με πολύ καλά μετρημένες διαστάσεις και μεγάλη ευχρηστία στην μέτρηση επιφανειών. Στον πίνακα φαίνονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά των στόχων : Στόχος Σταθερά συστήματος «όργανο-στόχος» Εύρος γωνίας μέτρησης Ακρίβεια υλοποίησης σημείου Απόσταση που επιτυγχάνει την ακρίβεια CCR 1,5" 34,9 mm Hz=10 V±20 0,2 mm <600 m Αυτοκολ. ταινίες 20x20 mm 34,4 mm ±42 0,5mm <50 m Αυτοκολ. ταινίες 40x40 mm 34,4 mm ±42 0,5mm m 71