ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΓΕΝΙΚΗΣ ΓΕΩΔΑΙΣΙΑΣ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΓΕΝΙΚΗΣ ΓΕΩΔΑΙΣΙΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ISO 17123-4 ΣΕ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΒΑΣΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΕΥΕΛΙΚΤΗΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗΣ ΒΑΣΗΣ ΜΕΤΡΟΛΟΓΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΜΗΚΩΝ Διπλωματική Εργασία Αλεξίου Αλκμήνη Επιβλέπων Γεώργιος Πανταζής Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ ΑΘΗΝΑ, ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2011

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΓΕΝΙΚΗΣ ΓΕΩΔΑΙΣΙΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ISO 17123-4 ΣΕ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΒΑΣΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΕΥΕΛΙΚΤΗΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΗΣ ΒΑΣΗΣ ΜΕΤΡΟΛΟΓΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΜΗΚΩΝ Διπλωματική Εργασία Αλεξίου Αλκμήνη Επιβλέπων: Γεώργιος Πανταζής Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ ΑΘΗΝΑ, ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2011 II

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές ευχαριστίες μου στον Επίκουρο Καθηγητή της Σχολής Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών και επιβλέποντα της παρούσας διπλωματικής εργασίας Γιώργο Πανταζή, κατ αρχάς για την ανάθεση της εργασίας και την άψογη συνεργασία σε όλη τη διάρκεια εκπόνησής της καθώς και για την υπομονή και υποστήριξή του σε όλη τη διαδικασία. Ευχαριστώ, επίσης, την Επίκουρο Καθηγήτρια της Σχολής Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών Ευαγγελία Λάμπρου, για την βοήθειά της και την υποστήριξή της κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διπλωματικής εργασίας. Ευχαριστώ πολύ, τον Καθηγητή της Σχολής Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών και υπεύθυνο καθηγητή μου κατά τα έτη φοίτησής μου στη σχολή Ανδρέα Γεωργόπουλο, για την αμέριστη υποστήριξή του αυτά τα χρόνια. Θα ήθελα να ευχαριστώ τους κυρίους Αντώνιο Αντωνακάκη από την εταιρεία Metrica και τον κύριο Νικόλαο Κωνσταντάρα από την εταιρεία Tree Company, για την συνεργασία τους και για την προθυμία τους να μου παρέχουν όσες πληροφορίες σχετικά με τους χώρους διακρίβωσης οργάνων χρειάστηκα κατά τη διάρκεια της παρούσας εργασίας. Τέλος, θέλω να ευχαριστήσω τη μητέρα μου Ελένη, τον πατέρα μου Δημήτρη και τον αδερφό μου Παναγιώτη για την αγάπη τους τα τελευταία 23 χρόνια. III

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Εξετάζοντας την καθημερινή ζωή του ανθρώπου, είναι φανερή η ανάγκη για όργανα, προϊόντα και υπηρεσίες, με προδιαγραφές και ακρίβειες που να εξελίσσονται διαρκώς, ακολουθώντας τους ρυθμούς των απαιτήσεών του. Προκειμένου, όμως, να είναι διαθέσιμα τα προϊόντα αυτά και να ανταποκρίνονται στις καθημερινές ανάγκες, πρέπει να ελέγχονται διαρκώς, τόσο τα ίδια τα προϊόντα, όσο και οι συσκευές παραγωγής τους. Επομένως, ο επόμενος στόχος είναι ο διαρκής έλεγχος των συσκευών παραγωγής προϊόντων. Στην περίπτωση των Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών, τα όργανα αυτά είναι τα κάθε είδους γεωδαιτικά και φωτογραμμετρικά όργανα, σε συνδυασμό με το βοηθητικό εξοπλισμό τους, με τα οποία πραγματοποιείται η συλλογή δεδομένων. Τα όργανα τα οποία χρησιμοποιεί ο Τοπογράφος Μηχανικός, λοιπόν, θα πρέπει προηγουμένως να έχουν ελεγχθεί ως προς τον τρόπο λειτουργίας τους και την ποιότητα των αποτελεσμάτων των μετρήσεων που γίνονται με αυτά. Δηλαδή, ελέγχεται η ακρίβεια και η αξιοπιστία των μετρήσεων που γίνονται με τα όργανα αυτά. [Δ.-Δ. Μπαλοδήμος, Δ. Σταθάς, 2006] Η Μετρολογία είναι η επιστήμη που ασχολείται με τις μετρήσεις, τα όργανα μέτρησης, την αξιοπιστία των οργάνων και των μετρήσεων, τις μονάδες μέτρησης και γενικότερα με ότι αφορά στον ακριβή και αποδεκτό προσδιορισμό των τιμών των μεγεθών που προσδιορίζουν τις ιδιότητες των σωμάτων ή των συστημάτων. Οι αρχές της βρίσκουν εφαρμογή σε όλες τις επιστήμες που χρησιμοποιούν τη μέτρηση αλλά και σε τομείς της καθημερινής ζωής, στις συναλλαγές, στη βιομηχανία, στην ασφάλεια, στην υγεία, στον έλεγχο ποιότητας κ.ά. Έχει ως αντικείμενο το θεωρητικό υπόβαθρο και την εφαρμογή συγκεκριμένων διαδικασιών ελέγχου ανάλογα με το ελεγχόμενο όργανο. Στην εργασία αυτή, γίνεται αναφορά στα τοπογραφικά ηλεκτρομαγνητικά όργανα μέτρησης μηκών και στον μετρολογικό τους έλεγχο με τη χρήση μετρολογικών βάσεων σε εσωτερικούς και εξωτερικούς χώρους, ακολουθώντας τη διαδικασία που περιγράφεται στο έντυπο του προτύπου ποιότητος ISO 17123-4. IV

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΙΙΙ ΠΡΟΛΟΓΟΣ IV ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. V ΠΙΝΑΚΕΣ. ΙΧ ΕΙΚΟΝΕΣ. X ΣΧΗΜΑΤΑ... XI ΠΕΡΙΛΗΨΗ.. XII ΕΙΣΑΓΩΓΗ.. 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΕΡΙ ΜΕΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 1.1 Ιστορική εξέλιξη της μετρολογίας. 2 1.2 Ο ορισμός της μετρολογίας... 5 1.3 Η μετρολογία σήμερα στην γεωδαισία... 6 1.4 Βασικές έννοιες και ορισμοί... 9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΜΗΚΟΥΣ 2.1 Ιστορική αναδρομή... 13 2.2 Γεωδαιτικά όργανα μέτρησης μηκών 13 2.3 Ολοκληρωμένοι γεωδαιτικοί σταθμοί (Total stations) 16 2.4 Περιγραφή και εσωτερική δομή των ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών. 17 2.5 Γενικές αρχές λειτουργίας των ηλεκτρομαγνητικών οργάνων μέτρησης μήκους... 20 2.6 Διορθώσεις μετρούμενων μηκών.. 22 2.6.1 Διορθώσεις που οφείλονται στο σύστημα ολοκληρωμένος γεωδαιτικός σταθμός ανακλαστήρας. 22 2.7 Διακρίβωση οργάνων 25 V

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΩΝ ΓΕΩΔΑΙΤΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ 3.1 Εισαγωγή. 26 3.2 Σκοπός. 26 3.3 Απαιτήσεις... 27 3.4 Διαδικασίες δοκιμών 27 3.4.1 Απλουστευμένη διαδικασία δοκιμών (Simplified test procedure).. 28 3.4.1.1 Πεδίο ελέγχου. 28 3.4.1.2 Μετρήσεις 29 3.4.1.3 Υπολογισμοί 29 3.4.1.4 Περαιτέρω διερεύνηση 30 3.4.2 Ολοκληρωμένη διαδικασία δοκιμών (Full test procedure). 30 3.4.2.1 Πεδίο ελέγχου.. 31 3.4.2.2 Μετρήσεις 32 3.4.2.3 Υπολογισμοί 33 3.4.2.4 Στατιστικοί έλεγχοι. 40 3.4.2.4.1 Γενικά.. 40 3.4.2.4.2 Ερώτημα 1... 41 3.4.2.4.3 Ερώτημα 2... 41 3.4.2.4.4 Ερώτημα 3... 42 3.5 Βάσεις μετρολογικού ελέγχου στο εξωτερικό 42 3.5.1 Βάση της εταιρείας Leica Geosystems στο Heerburg. 42 3.5.2 Βάση του Univesitat der Bundeswehr Munchen. 44 3.5.3 Βάσεις μετρολογικού ελέγχου στην Αυστραλία. 45 3.6 Υπάρχουσες βάσεις μετρολογικού ελέγχου στην Ελλάδα.. 48 3.6.1 Εταιρία Tree Company 48 3.6.2 Εταιρία Metrica... 49 3.6.3 Βάση Κέντρου Μετρολογίας της Σχολής Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών Ε.Μ.Π 51 VI

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΜΕΤΡΗΣΗ ΒΑΣΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΓΕΩΔΑΙΣΙΑΣ 4.1 Γενικά.. 55 4.2 Περιγραφή εξοπλισμού... 55 4.2.1 Περιγραφή των οργάνων TDM5000 και TCA1800 της Leica 56 4.2.1.1 Εξωτερικά χαρακτηριστικά. 56 4.2.1.2 Τεχνικά χαρακτηριστικά.. 61 4.2.1.3 Βαθμονόμηση οργάνων... 61 4.2.1.4 Διαδικασίες μέτρησης και καταγραφής... 67 4.2.1.5 Ηλεκτρονικός έλεγχος και αυτορυθμίσεις των οργάνων. 68 4.2.1.6 Τρόποι μέτρησης μηκών.. 69 4.2.1.7 Διευκολύνσεις που παρέχονται στις εργασίες υπαίθρου. 70 4.2.2 Ειδικός ανακλαστήρας CCR1.5. 70 4.2.2.1 Ανακλαστήρας. 71 4.2.2.2 Αντάπτορας 1... 71 4.2.2.3 Αντάπτορας 2... 73 4.2.2.4 Αντάπτορας 3... 73 4.2.2.5 Αντάπτορας 4... 74 4.2.3 Κυκλικός ανακλαστήρας Leica... 74 4.2.4 Τρικόχλια και συστήματα εξαναγκασμένης κέντρωσης. 74 4.2.5 Σύστημα συλλογής ατμοσφαιρικών δεδομένων (ALMEMO 2290-8). 75 4.3 Περιγραφή διαδικασίας μετρήσεων. 76 4.3.1 Μέτρηση βάσης της σήραγγας με τον ολοκληρωμένο γεωδαιτικό σταθμό TDM5000 της εταιρείας Leica... 77 4.3.2 Έλεγχος ορθής λειτουργίας του ολοκληρωμένου γεωδαιτικού σταθμού TCA1800 της εταιρείας Leica σύμφωνα με τις απαιτήσεις του ISO 17123-4... 79 4.3.3 Μέτρηση μήκους ΑΒ με τους ολοκληρωμένους γεωδαιτικούς σταθμούς TDM5000 και TCA1800. 80 4.4 Επεξεργασία των παρατηρήσεων 81 4.4.1 Αποτελέσματα μέτρησης βάσης.. 81 4.4.1.1 Έλεγχος αποτελεσμάτων μέτρησης βάσης.. 82 4.4.2 Αποτελέσματα ελέγχου του ολοκληρωμένου γεωδαιτικού σταθμού TCA1800 σύμφωνα με το ISO 17123-4... 83 4.4.3 Έλεγχος μήκους μεταξύ των βάθρων Α και Β 85 VII

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΕΥΕΛΙΚΤΙΚΗΣ ΒΑΣΗΣ ΥΠΑΙΘΡΟΥ 5.1 Γενικά... 86 5.2 Προετοιμασία Επιλογή χώρου μέτρησης.. 86 5.3 Εξοπλισμός... 87 5.4 Περιγραφή διάταξης βάσης.. 87 5.5 Διαδικασία μετρήσεων. 90 5.6 Αποτελέσματα μετρήσεων... 91 5.7 Επίλυση με την μέθοδο του ISO.. 93 5.8 Επίλυση με την Μέθοδο των Ελαχίστων Τετραγώνων (Μ.Ε.Τ.) 97 5.8.1 Προγραμματισμός επίλυσης Μ.Ε.Τ. σε περιβάλλον MATLAB.. 98 5.9 Συμπεράσματα από την σύγκριση των δυο μεθόδων.. 102 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ 6.1 Συμπεράσματα 105 6.2 Προτάσεις 108 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 109 ΔΙΑΔΙΚΤΥΑΚΟΙ ΤΟΠΟΙ 111 ABSTRACT... 112 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ... 113 VIII

ΠΙΝΑΚΕΣ Πίνακας 2.1 Ενδεικτικοί τύποι ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών. 17 Πίνακας 4.1 Τεχνικά χαρακτηριστικά γεωδαιτικού σταθμού TDM5000 Leica.. 59 Πίνακας 4.2 Τεχνικά χαρακτηριστικά γεωδαιτικού σταθμού TCA1800 Leica. 60 Πίνακας 4.3 Ακρίβειες μηκών διακρίβωσης TDM5000.. 61 Πίνακας 4.4 Αποτελέσματα μέτρησης βάσης με τον γεωδαιτικό σταθμό Leica TDM5000.. 81 Πίνακας 4.5 Σύγκριση μετρήσεων 2010 1979.. 82 Πίνακας 4.6 Έλεγχος οργάνου TCA1800 σύμφωνα με το ISO 17123-4. 84 Πίνακας 5.1 Αποτελέσματα μετρήσεων με τον ολοκληρωμένο γεωδαιτικό σταθμό TDM5000. 92 Πίνακας 5.2 Αποτελέσματα μετρήσεων με τον ολοκληρωμένο γεωδαιτικό σταθμό TCA1800.. 93 Πίνακας 5.3 Επίλυση ISO για τον γεωδαιτικό σταθμό TDM5000.. 94 Πίνακας 5.4 Τελικές τιμές για τον γεωδαιτικό σταθμό TDM5000.. 95 Πίνακας 5.5 Επίλυση ISO για τον γεωδαιτικό σταθμό TCA1800... 96 Πίνακας 5.6 Τελικές τιμές για τον γεωδαιτικό σταθμό TCA1800... 97 Πίνακας 5.7 Ο πίνακας σχεδιασμού Α. 99 Πίνακας 5.8 Αποτελέσματα ΜΕΤ γεωδαιτικού σταθμού TDM5000.. 101 Πίνακας 5.9 Πίνακας υπολοίπων TDM5000... 101 Πίνακας 5.10 Πίνακας μεταβλητότητας-συμμεταβλητότητας TDM5000. 102 Πίνακας 5.11 Αποτελέσματα ΜΕΤ γεωδαιτικού σταθμού TCA1800... 103 Πίνακας 5.12 Πίνακας υπολοίπων TCA1800 103 Πίνακας 5.13 Πίνακας μεταβλητότητας-συμμεταβλητότητας TCA1800.. 104 Πίνακας 6.1 Σύγκριση μετρήσεων 2010 1979.. 106 IX

ΕΙΚΟΝΕΣ Εικόνα 2.1 Μετροταινία. 14 Εικόνα 2.2 Ηλεκτρονική μετροταινία 14 Εικόνα 2.3 Ολοκληρωμένος γεωδαιτικός σταθμός 16 Εικόνα 2.4 Μηχανικοί άξονες ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών... 18 Εικόνα 2.5 Τυπικές όψεις γεωδαιτικών σταθμών.. 19 Εικόνα 3.1 Βάθρο της βάσης στο Heerburg.. 43 Εικόνα 3.2 Τρικόχλιο και σύστημα μέτρησης των καιρικών συνθηκών πάνω στο βάθρο... 44 Εικόνα 3.3 Βάση του πανεπιστημίου Bundeswehr στο Μόναχο... 44 Εικόνα 3.4 Εξαναγκασμένη βάση κέντρωσης και σύνδεση με PC (Metrica).. 50 Εικόνα 3.5 Τέλειος καθρέφτης... 51 Εικόνα 3.6 Βάση ελέγχου μηκών Ε.Μ.Π... 52 Εικόνα 3.7 Mekometer 3000.. 53 Εικόνα 4.1 Όργανο TDM5000... 57 Εικόνα 4.2 Όργανο TCA1800 58 Εικόνα 4.3 Πιστοποιητικό βαθμονόμησης γεωδαιτικού σταθμού Leica TDM5000... 66 Εικόνα 4.4 Ειδικός ανακλαστήρας CCR1.5... 71 Εικόνα 4.5 Αντάπτορας 1 με τοποθετημένο το ειδικό πρίσμα CCR1.5... 72 Εικόνα 4.6 Ειδικός αντάπτορας. 72 Εικόνα 4.7 Αντάπτορας 2... 73 Εικόνα 4.8 Αντάπτορες 3 και 4.. 73 Εικόνα 4.9 Κυκλικό πρίσμα Leica. 74 Εικόνα 4.10 Σύστημα εξαναγκασμένης κέντρωσης με τρικόχλιο... 75 Εικόνα 4.11 Σύστημα συλλογής ατμοσφαιρικών δεδομένων ALMEMO Εικόνα 4.12 2290-8.. 75 Εξωτερικός αισθητήρας συστήματος συλλογής ατμοσφαιρικών συνθηκών... 76 Εικόνα 4.13 Ο γεωδαιτικός σταθμός TDM5000 έτοιμος για μετρήσεις. 77 Εικόνα 4.14 Χρήση TCA1800 Για οριζοντίωση των στόχων. 78 Εικόνα 4.15 Ανακλαστήρας CCR1.5 έτοιμος για μετρήσεις. 79 Εικόνα 4.16 Ο γεωδαιτικός σταθμός TCA1800 έτοιμος για μετρήσεις.. 80 Εικόνα 4.17 Ανακλαστήρας Leica έτοιμος για μετρήσεις... 81 Εικόνα 5.1 Περιοχή εγκατάστασης της ευέλικτης βάσης.. 87 X

ΣΧΗΜΑΤΑ Σχήμα 3.1 Σχηματική αναπαράσταση της απλουστευμένης διαδικασίας 29 Σχήμα 3.2 Προσωρινή βάση ελέγχου για τον έλεγχο της διόρθωσης μηδενικού σημείου 30 Σχήμα 3.3 Σχηματική αναπαράσταση της βάσης ελέγχου για την ολοκληρωμένη διαδικασία δοκιμών. 31 Σχήμα 3.4 Μετρούμενα μήκη. 33 Σχήμα 3.5 Διάγραμμα μετρολογικής βάσης στο Watson... 47 Σχήμα 3.6 Σχέδιο βάσης μετρολογικού ελέγχου Κέντρου Μετρολογίας Σχολής Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών... 54 Σχήμα 4.1 Ολοκληρωμένος γεωδαιτικός σταθμός TDM5000... 57 Σχήμα 4.2 Ολοκληρωμένος γεωδαιτικός σταθμός TCA1800 58 Σχήμα 4.3 Ειδικός αντάπτορας... 72 Σχήμα 4.4 Θέση βάθρων Β1, Β6, Β15, Β26... 83 Σχήμα 5.1 Επίδραση σφάλματος ευθυγραμμίας 1.5 στο μήκος ΑΒ. 89 Σχήμα 5.2 Συνάρτηση σφάλματος ευθυγραμμίας και μήκους... 89 XI

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εφαρμογή του ISO 17123-4 σε εσωτερική βάση ελέγχου μηκών. Διευρύνεται επίσης, η δυνατότητα δημιουργίας ευέλικτης εξωτερικής βάσης ελέγχου οργάνων μέτρησης μηκών και στη διακρίβωση ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια ιστορική αναδρομή στην εξέλιξη της Μετρολογίας, από το αρχαιότερο διατηρημένο πρότυπο μήκους στη Μεσοποταμία το 4000 π.χ. μέχρι το ενιαίο σύστημα μονάδων (S.I), την εμφάνιση του GPS και την ίδρυση διάφορων μετρολογικών οργανώσεων. Δίνεται ο ορισμός της επιστήμης της Μετρολογίας και αναλύονται οι τομείς δραστηριότητάς της, με έμφαση στη Γεωδαισία. Καταγράφονται, επίσης, οι ορισμοί μετρολογικών εννοιών, σχετικών ή μη με τη γεωδαισία. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αρχικά, γίνεται μια ιστορική αναδρομή στα γεωδαιτικά όργανα μέτρησης μηκών, δίνοντας περισσότερη σημασία στους ολοκληρωμένους γεωδαιτικούς σταθμούς. Για τους οποίους τελευταίους, γίνεται η περιγραφή τους, ενώ αναφέρονται οι μέθοδοι μέτρησης μηκών και οι διορθώσεις που γίνονται στα μετρούμενα μήκη. Τέλος, αναφέρονται οι περιπτώσεις κατά τις οποίες απαιτείται να γίνεται διακρίβωση των ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών. Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται η ανάλυση του ISO 17123-4. Περιγράφονται αναλυτικά οι απαιτήσεις, οι μέθοδοι και οι έλεγχοι που αναφέρονται σε αυτό. Στη συνέχεια του κεφαλαίου, γίνεται μια περιήγηση σε βάσεις μετρολογικού ελέγχου σε χώρες του εξωτερικού αλλά και στην Ελλάδα. Στο τέταρτο κεφάλαιο, περιλαμβάνονται οι διαδικασίες εφαρμογής του προτύπου ISO 17123-4 στην υπόγεια μετρολογική βάση της Σχολής Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Περιγράφονται ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε, οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν, τα αποτελέσματα που προέκυψαν και οι έλεγχοι που διενεργήθηκαν. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται μια απλή ολοκληρωμένη διαδικασία ίδρυσης και μέτρησης μιας ευέλικτης εξωτερικής βάσης μετρολογικού ελέγχου μηκών, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του ISO 17123-4. Περιγράφονται ο τρόπος επιλογής του χώρου, ο εξοπλισμός, οι XII

μετρήσεις και οι επιλύσεις με τη μέθοδο του ISO και με τη Μέθοδο Ελαχίστων Τετραγώνων. Στο έκτο κεφάλαιο, το οποίο είναι και το τελευταίο, συγκεντρώνονται όλα τα συμπεράσματα, οι παρατηρήσεις και οι διαδικασίες που προέκυψαν κατά τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Τέλος, γίνονται προτάσεις για περαιτέρω έρευνα σε σχέση με τον μετρολογικό έλεγχο των ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών. XIII

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι συνεχείς εξελίξεις στον τομέα παραγωγής γεωδαιτικών οργάνων και η αυξημένη ζήτηση και χρησιμότητά τους, σε τομείς καθημερινούς αλλά και μεγάλων απαιτήσεων, έχουν φέρει στην επιφάνεια την ανάγκη για διακρίβωση των οργάνων αυτών με ακρίβεια, ταχύτητα και αποτελεσματικότητα. Η Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου εδώ και χρόνια μέσω του Κέντρου Μετρολογίας, καταβάλλει μια συγκροτημένη προσπάθεια για τη δημιουργία εργαστηρίου μετρολογικού ελέγχου. Μεγάλο βήμα προς αυτή την κατεύθυνση, αποτελεί η δημιουργία μιας εξωτερικής βάσης μετρολογικού ελέγχου οργάνων μέτρησης μηκών (ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών). Η παρούσα διπλωματική ανατέθηκε με στόχο την ανάλυση του ISO 17123-4, το οποίο ασχολείται με τον έλεγχο ηλεκτρομαγνητικών οργάνων μέτρησης μηκών, ώστε, τόσο να επαναμετρηθεί η ήδη υπάρχουσα εσωτερική βάση του Κέντρου Μετρολογίας, αλλά και να ιδρυθεί μια ευέλικτη εξωτερική βάση ελέγχου. Έτσι, δίνεται η ευκαιρία για εμβάθυνση στην επιστήμη της Μετρολογίας και στους επιμέρους τομείς της. Ακόμη, γίνονται εμφανείς οι μεθοδολογίες που εφαρμόζονται για την διακρίβωση οργάνων και μπορεί κανείς να τις επεκτείνει και σε άλλα τοπογραφικά όργανα. Η εργασία αυτή ανατέθηκε τον Φεβρουάριο του 2010 και ολοκληρώθηκε τον Οκτώβριο του 2011. 1

Κεφάλαιο 1 ΠΕΡΙ ΜΕΤΡΟΛΟΓΙΑΣ 1.1 Ιστορική εξέλιξη της μετρολογίας Μετρολογία (Metrology). Όρος που προκύπτει από τις ελληνικές λέξεις μέτρον και λόγος. Είναι η επιστήμη αλλά και η τέχνη (art) των μετρήσεων, των συστημάτων μέτρων και σταθμών. Καλύπτει, τους πειραματικούς και τους θεωρητικούς προσδιορισμούς που σχετίζονται με την αβεβαιότητα, σε οποιοδήποτε επίπεδο της επιστήμης και της τεχνολογίας. Η μετρολογία βρίσκεται σε συνεχή εξέλιξη από την αρχαιότητα. Η ιστορία της αποτελείται από σημαντικά ορόσημα, τα οποία είναι δύσκολο να ορισθούν και ταυτόχρονα να εκφράσουν αντιπροσωπευτικά όλους τους τομείς που καλύπτει η επιστήμη της μετρολογίας. Το αρχαιότερο διατηρημένο πρότυπο μήκους είναι το πόδι ενός αγάλματος του Gudea, κυβερνήτη της πόλης Lagash στη Μεσοποταμία από το 4000 3000 π.χ. Το 3000 π.χ. εμφανίζονται τα πρώτα μέτρα και σταθμά από τους Σουμέριους. Το 2575 π.χ. στην Αρχαία Αίγυπτο, χρησιμοποιείται ο Αιγυπτιακός Βασιλικός πήχυς, ο οποίος ήταν ίσος με το μήκος από τον αγκώνα μέχρι το μεσαίο δάκτυλο (μέσος) του εκάστοτε κυβερνώντος Φαραώ. Το πρώτο γνωστό έως σήμερα, πρότυπο μήκους εμφανίζεται στην περιοχή του Ευφράτη το 1950 π.χ. Αποτελείτο από μία βαριά χάλκινη ράβδο με τέσσερις κύριες μονάδες, καθεμία από τις οποίες υποδιαιρούνταν σε 16 μέρη. Το 433 π.χ. ολοκληρώνονται οι εργασίες κατασκευής του Παρθενώνα στην Αρχαία Αθήνα. Το κτίσμα του Παρθενώνα, εκτός από την εξαιρετικά μεγάλη ιστορική του σημασία, αποτελεί έναν γενεσιουργό πυρήνα καινοτομιών και μια κατασκευή μεγίστου μετρολογικού ενδιαφέροντος. Αντίστοιχα με τον Παρθενώνα, το 214 π.χ. ξεκινά η κατασκευή του Σινικού Τείχους στην Κίνα και το 72 π.χ. το Κολοσσαίο της Ρώμης. Στη μετά Χριστώ εποχή, και ειδικότερα από το 17 ο αιώνα και μετά, αφού μέχρι τότε οι ακριβείς μετρήσεις ήταν πρακτικά αδύνατες, αρχίζουν να γίνονται προσπάθειες για την προτυποποίηση των μονάδων μέτρησης και για την εισαγωγή ενός ενιαίου συστήματος μονάδων μέτρησης. Η πρώτη κίνηση γίνεται το 1215 μ.χ. από το βασιλιά της Αγγλίας Ιωάννη, ο οποίος υπέγραψε τη Magna Carta, ένα έγγραφο που εισήγαγε το ενιαίο σύστημα μετρήσεων. 2

Το 1581 μ.χ. ο Ιταλός αστρονόμος και φυσικός Galileo Galilei, δίνει λύση στο πρόβλημα μέτρησης του χρόνου, που μέχρι τότε μετριόταν σε μεγάλα διαστήματα, με τις παρατηρήσεις του επί του εκκρεμούς και την αντίστοιχη κατασκευή ρολογιών που βασίζονταν σε αυτή την αρχή. Το 1615 μ.χ. ο Ολλανδός φυσικός Willebrond Snell πραγματοποιεί τον πρώτο ακριβή γεωδαιτικό τριγωνισμό και την πρώτη σημαντική έρευνα για τη διάθλαση του φωτός. Λίγα χρόνια αργότερα, το 1631, ο Γάλλος Pierre Vernier εφευρίσκει το βερνιέρο, μια ειδική κλίμακα μέτρησης κλασμάτων υποδιαιρέσεων μιας κλίμακας. Το 1780 μ.χ. αρχίζει η Βιομηχανική Επανάσταση και η νέα κατάσταση που επικρατεί μέσα από την εκβιομηχάνιση και την άνθιση της τεχνολογίας προσφέρει εύφορο έδαφος στην εξάπλωση και εξέλιξη της Μετρολογίας. Στην αρχή της Βιομηχανικής Επανάστασης, η χαοτική επικρατούσα κατάσταση αναφορικά με τα είδη μέτρων και σταθμών, ώθησε την Εθνοσυνέλευση των επαναστατημένων Γάλλων να δώσει εντολή στην Ακαδημία των Επιστημών για τη δημιουργία ενός διεθνούς συστήματος μέτρων και σταθμών. Το σύστημα αυτό, επειδή η πρώτη μονάδα του που ορίστηκε ήταν αυτή του μέτρου ως μονάδα μήκους, ονομάστηκε Μετρικό Σύστημα. Είναι εξαιρετικά ενδιαφέρον το γεγονός ότι, επίσημα πλέον, η μονάδα του μέτρου δεν έχει κανέναν ανθρωπομετρικό χαρακτήρα. Ακριβώς 25 χρόνια μετά την έναρξη της Βιομηχανικής Επανάστασης γίνεται η σημαντική ανακάλυψη του πρώτου μικρομέτρου από τον Άγγλο εφευρέτη και κατασκευαστή μηχανών Henry Maundsley, το οποίο προσέφερε αναγνώσιμη ακρίβεια 1/10.000 της ίντσας (0.000254cm). Την ίδια χρονιά εμφανίζεται η Μέθοδος των Ελαχίστων Τετραγώνων, ένα θεμελιώδες εργαλείο για την περαιτέρω εξέλιξη της επιστήμης, από τους Andrien Marie Legendre και Johann Karl Friedrich Gauss, με διαφορά λίγων χρόνων. Το 1875 μ.χ. ιδρύεται το Διεθνές Γραφείο Βαρών και Μετρήσεων (International Bureau for Weights and Measures Bureau International des Poids et Mesures BIMP) και καθιερώνεται το Μετρικό σύστημα (Metric System). Ορίζονται τα πρότυπα του μέτρου και του γραμμαρίου με κράμα πλατίνας ιριδίου. Οι νέες επιστημονικές ανακαλύψεις προκαλούν την ανάγκη για περισσότερη ακρίβεια και σαφώς καθορισμένες μονάδες. Αυτή η ανάγκη ικανοποιείται με τη Συνθήκη του Μέτρου το 1875, μια διεθνή διπλωματική συνθήκη στην οποία συμμετείχαν 17 χώρες, μεταξύ των οποίων και οι ΗΠΑ, ενώ μέχρι σήμερα συνολικά 51 έθνη έχουν αποδεχθεί επίσημα το μετρικό σύστημα. Η συνθήκη αυτή καθόρισε με ακρίβεια τις μονάδες καθώς επίσης και τους μηχανισμούς για την σύσταση και υιοθέτηση των περαιτέρω καθορισμών στο μετρικό σύστημα. Ταυτόχρονα, κατασκευάστηκαν και 3

διανεμήθηκαν, σε κάθε έθνος που επικύρωσε τη συνθήκη, τα μετρικά πρότυπα. Το 1947 ιδρύεται ο Διεθνής Οργανισμός για την Τυποποίηση (International Organization for Standardization ISO). Πρόκειται για μια παγκόσμια ομοσπονδία που σήμερα έχει φτάσει να έχει ως μέλη του εθνικούς οργανισμούς προτυποποίησης 148 χωρών. Υπάρχουν περισσότερα από 14000 διεθνή πρότυπα ISO. Βασική αποστολή του ISO είναι η προώθηση της τυποποίησης και των σχετικών δραστηριοτήτων στον κόσμο, με σκοπό τη διευκόλυνση της διεθνούς ανταλλαγής των αγαθών και των υπηρεσιών. Η διαβεβαίωση της συμμόρφωσης προς τα διεθνή αυτά πρότυπα παρέσχετε από τις δηλώσεις των κατασκευαστών ή από τους λογιστικούς ελέγχους που πραγματοποιούνται από ανεξάρτητους οργανισμούς. Το 1955 ιδρύεται μια διακυβερνητική οργάνωση που στοχεύει στην προώθηση της σφαιρικής εναρμόνισης των νομικών διαδικασιών Μετρολογίας, ο Παγκόσμιος Οργανισμός Νομικής Μετρολογίας (International Organization of Legal Metrology OIML). Ο OIML προκειμένου να επιτύχει την προώθηση αξιόπιστων πρακτικών μέτρησης, συνεργάζεται στενά με το BIPM αλλά και με περισσότερα από 100 διεθνή και άλλα περιφερειακά ιδρύματα που δραστηριοποιούνται στο χώρο της Μετρολογίας, της τυποποίησης αλλά και άλλους σχετικούς τομείς. Ο OIML έχει αναπτύξει μια παγκόσμια τεχνική δομή που παρέχει στα μέλη του τις μετρολογικές οδηγίες για την επεξεργασία των εθνικών και περιφερειακών απαιτήσεων σχετικά με την κατασκευή και τη χρήση ενός οργάνου μέτρησης για τις νομικές απαιτήσεις της Μετρολογίας. Την ίδια χρονιά, με την υπογραφή ενός υπομνήματος συμφωνίας από τα συμμετέχοντα κράτη, ιδρύεται στη Μαδρίτη (23-9-1987) ο EUROMET (European Collaboration in Measurement Standards). Το πρωτόκολλο της σύμβασης ενεργοποιήθηκε τελεσίδικα την 1-1-1988 και τροποποιήθηκε το 1995 και το 1998. Το 1956 πραγματοποιείται από το Σουηδό Erik Bergstrand η μέτρηση της ταχύτητας του φωτός με μεγάλη ακρίβεια. Η εξέλιξη αυτή οδηγεί στη μέτρηση μηκών με ηλεκτρομαγνητικά κύματα (όργανο AGA Geodimeter) και μικροκύματα (Tellurometer). Το 1960 υιοθετείται το Διεθνές Σύστημα Μονάδων (Système international d'unités SI) με το 11 ο Γενικό Συνέδριο για τα βάρη και τα μέτρα (General Conference on Weights and Measures CGPM). Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, ιδρύεται στις Βρυξέλλες (27-4- 1990), η EUROLAB (The European Federation of National Associations of Measurement, Testing and Analytical Laboratories), με σκοπό την αντιπροσώπευση των ευρωπαϊκών εργαστηρίων μέσω της διατύπωσης και της έκφρασης άποψης σχετικά με πολιτικά και τεχνικά ζητήματα που ασκούν άμεση επίδραση στη δραστηριότητά τους στην ευρωπαϊκή σκηνή 4

και παγκοσμίως, καθώς και ο συντονισμός όλων των ευρωπαϊκών οργανώσεων που αναπτύσσουν ενδιαφέρουσες για την εργαστηριακή κοινότητα δραστηριότητες και προσπαθούν να αποφύγουν την επανάληψη προσπαθειών και δραστηριοτήτων. Τον Ιούνιο του ιδίου έτους ιδρύεται στην Ελβετία η WELMEC (Western European Legal Metrology Cooperation) από 18 αντιπροσωπευτικά μέλη εθνικών αρχών αρμοδίων για τη Νομική Μετρολογία. Η WELMEC έχει ως κύριο στόχο την καθιέρωση μιας εναρμονισμένης και συνεπούς προσέγγισης στην ευρωπαϊκή Νομική Μετρολογία. Σήμερα, παρόλη την ονομασία της, η WELMEC επεκτείνεται και πέρα από τα όρια της δυτικής Ευρώπης, έχοντας αντιπροσώπους από την Κεντρική και Ανατολική Ευρώπη. Το 1999, καθορίζονται οι απαιτήσεις που πρέπει να πληροί ένα εργαστήριο Μετρολογίας με την εμφάνισή του ISO/IEC 17025:1999 (Διεθνές πρότυπο General Requirements for the Competence of Calibration and Testing Laboratories). Αυτές οι απαιτήσεις είναι ικανές να εξασφαλίζουν την ιχνηλασιμότητα της διακρίβωσης, έτσι το διαπιστευμένο εργαστήριο θα έχει την ικανότητα να διεξάγει συγκεκριμένες δοκιμές, μετρήσεις και διακριβώσεις σύμφωνα με συγκεκριμένες πρότυπες, ενδοεργαστηριακές μεθόδους. Στην 21 η γενική συνέλευση του EUROMET στο Teddington της Μ. Βρετανίας, αποφασίστηκε η δημιουργία μιας νέας ευρωπαϊκής οργάνωσης μετρολογίας, που θα διαδεχόταν την παλιά και θα αναλάμβανε όλες τις δραστηριότητες και ευθύνες του παλιού φορέα. Έτσι, δημιουργήθηκε η EURAMET (European Association of National Metrology Institutes) η οποία άρχισε να δραστηριοποιείται από τον Ιούλιο του 2007. 1.2 Ο ορισμός της Μετρολογίας Σύμφωνα με το Διεθνές Γραφείο των Βαρών και των Μέτρων, η Μετρολογία καθορίζεται ως «η επιστήμη της μέτρησης, η οποία συμπεριλαμβάνει τους πειραματικούς και θεωρητικούς προσδιορισμούς, σε οποιοδήποτε επίπεδο αβεβαιότητας και σε οποιονδήποτε τομέα επιστήμης και τεχνολογίας». Η επιστήμη της Μετρολογίας αποτελεί έναν εξαιρετικά μεγάλο κλάδο και μπορεί να χωριστεί στις εξής υποκατηγορίες: Επιστημονική ή Θεμελιώδης Μετρολογία Εφαρμοσμένη ή Βιομηχανική Μετρολογία Νομική Μετρολογία. 5

Η Επιστημονική μετρολογία, ασχολείται με την οργάνωση και ανάπτυξη των προτύπων μέτρησης μαζί με την υποστήριξή τους σε ύψιστο επίπεδο. Η Θεωρητική μετρολογία δεν έχει διεθνή ορισμό όμως σηματοδοτεί το ύψιστο επίπεδο για την αβεβαιότητα μέτρησης μέσα σε ένα συγκεκριμένο πεδίο. Η θεωρητική μετρολογία μπορεί επίσης να περιγραφεί ως η επιστημονική μετρολογία εμπλουτισμένη με όλα εκείνα τα μέρη της Νομικής και Βιομηχανικής μετρολογίας που απαιτούν επιστημονική επάρκεια. Η θεωρητική μετρολογία έχει ως αντικείμενό της τέσσερα κύρια τμήματα: τη σύσταση της μετρολογίας την ιχνηλασιμότητα των μετρήσεων τη θεωρία κατασκευής μετρητικών οργάνων τη θεωρία αβεβαιότητας μετρήσεων Η Βιομηχανική μετρολογία εξασφαλίζει την επαρκή λειτουργία των μετρητικών συστημάτων που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία καθώς επίσης και στις διαδικασίες ελέγχου και παραγωγής. Η Νομική μετρολογία έχει ως αντικείμενο τις μετρήσεις και την αβεβαιότητα των μετρήσεων όπως αυτές έχουν επίδραση στη διαφάνεια οικονομικών συναλλαγών, στην υγεία και την ασφάλεια. Στη νομική μετρολογία αναπτύσσονται οι μονάδες και οι μέθοδοι μέτρησης και μετρητικές συσκευές, που συσχετίζονται με υποχρεωτικές τεχνικές και νομικές απαιτήσεις. Ερευνάται επίσης το σύνολο των αλληλένδετων και αλληλοκαθοριζόμένων κοινών κανόνων, απαιτήσεων και νόμων, καθώς και θέματα που απαιτούν δημιουργία κανονισμών και ελέγχων από την πλευρά ενός κράτους έτσι ώστε να διασφαλιστεί η ενότητα και η ομοιογένεια των μετρήσεων. [Αθανασιάδης Κ.,2005]. 1.3 Η μετρολογία σήμερα στη γεωδαισία Α) Διεθνώς: Σχετικά με τα γεωδαιτικά όργανα, υπάρχει η ISO επιτροπή TC172/SC6, που είναι υπεύθυνη παραγωγής των νεώτερων προτύπων ISO 17123. Τα πρότυπα που επικρατούν για τα περισσότερα είδη γεωδαιτικών οργάνων πεδίου είναι τα αντίστοιχα τοπικά εθνικά. Τα πρότυπα ISO 17123 (μέρος 1 έως 4) [www.iso.org] έχουν ως πηγή τα γερμανικά πρότυπα DIN 17823 (μέρος 1 έως 8), [Δούκας Ι, 2005], αποτελούν επί του παρόντος το βασικό σκελετό των γεωδαιτικών προτύπων και έχουν ως στόχο την πιστοποίηση της ποιότητας μέτρησης και εν γένει της καλής λειτουργίας των γεωδαιτικών οργάνων. 6

Η δημιουργία και η οριστικοποίηση των προτύπων είναι μία αρκετά μακροχρόνια διαδικασία. Το γεγονός αυτό πολλές φορές δημιουργεί διάφορα προβλήματα, αφού οι εξελίξεις στην επιστήμη και στην τεχνολογία είναι ραγδαίες και τα πρότυπα δεν μπορούν να τις ακολουθήσουν. Ιδιαίτερα στον τομέα των γεωδαιτικών οργάνων η ραγδαία τεχνολογική ανάπτυξη έχει φέρει επανάσταση τόσο στην κατασκευή όσο και στον τρόπο λειτουργίας τους. Τα νέα πρότυπα ISO 9001:2000 λαμβάνουν υπόψη τους τις τεχνολογικές εξελίξεις, τις νέες απαιτήσεις περί ποιότητας και τέλος την αυξανόμενη πολυπλοκότητα των νεώτερων μετρητικών συστημάτων. Σήμερα πολλά από τα γεωδαιτικά όργανα ελέγχονται από τους κατασκευαστές τους και όποιες πιθανόν ατέλειες αποθηκεύονται στη μνήμη τους και διορθώνονται αυτόματα οι μετρήσεις που παράγουν χωρίς πολλές φορές ο εκάστοτε χρήστης να γνωρίζει γι αυτές τις διορθώσεις. Τα υπάρχοντα πρότυπα ISO 17123 εστιάζουν σε ελέγχους γεωδαιτικών οργάνων μόνον στο πεδίο και δεν άπτονται σε ενδοεργαστηριακούς ελέγχους με πλήρως ελεγχόμενες συνθήκες. Για το λόγο αυτό η Διεθνής Ομοσπονδία Τοπογράφων (FIG) δραστηριοποιήθηκε εντονότερα στο θέμα των προτύπων και της τυποποίησης, σε συνεργασία με τον ISO. Το αποτέλεσμα αυτής της συνεργασίας είναι η δημιουργία ομάδας εργασίας 5.1 (FIG Working Group 5.1). Οι τομείς στους οποίους δραστηριοποιείται η ομάδα εργασίας 5.1 είναι οι ακόλουθοι: I. Πρότυπα σχετικά με προσδιορισμούς θέσης, όργανα και μεθόδους γεωδαιτικών μετρήσεων. II. Έλεγχοι αποδοχής, εξασφάλιση ποιότητας, πιστοποίησης και η επίδρασή τους στο επάγγελμα του γεωδαίτη τοπογράφου μηχανικού. III. Έλεγχος και διακρίβωση των οργάνων μέτρησης που χρησιμοποιούνται. IV. Άσκηση επιρροής σε όλους τους εμπλεκόμενους φορείς για την ανάπτυξη των προτύπων V. Αποδοχή ελέγχων, διασφάλισης ποιότητας και πιστοποίησης και οι συνέπειές τους στο επάγγελμα του τοπογράφου μηχανικού Β) Στην Ελλάδα, η μετρολογία επίσημα ξεκίνησε μόλις μετά την ενοποίηση της Ευρωπαϊκής Αγοράς το 1993. Το Εθνικό Ινστιτούτο Μετρολογίας (ΕΙΜ) είναι η ανώτατη αρχή στον τομέα της μετρολογίας, στην Ελλάδα. Το ΕΙΜ (ιδρυτικός νόμος Ν.2231/94 - Νομικό Πρόσωπο Ιδιωτικού Δικαίου εποπτευόμενο από τη 7

Γενική Γραμματεία Βιομηχανίας του Υπουργείου Ανάπτυξης) είναι σύμβουλος του ελληνικού κράτους σε όλα τα θέματα που αφορούν τη μετρολογία, τη διατήρηση των εθνικών προτύπων, την καθιέρωση διεργαστηριακών μετρήσεων (σε εθνικό και διεθνές επίπεδο), καθώς και τη συνεργασία με το Εθνικό Σύστημα Διαπίστευσης (Ε.Σ.Υ.Δ. Α Ε ιδιωτικού δικαίου, ιδρυτικός νόμος Ν. 3066/2002) σε ό,τι αφορά τις μεθόδους διακρίβωσης και τον υπολογισμό των αβεβαιοτήτων. Για την τυποποίηση, υπάρχει ο ΕΛ.Ο.Τ. (Ελληνικός Οργανισμός Τυποποίησης), στον οποίο οι Ν 372/76, Ν. 1682/1997 και το Π.Δ. 155/97 αναθέτουν την ανάπτυξη δραστηριοτήτων πιστοποίησης. Με βάση το ΦΕΚ 708/Β 13-07-98, ο ΕΛ.Ο.Τ. εφαρμόζει διαδικασίες και συστήματα πιστοποίησης (π.χ. του Διεθνούς Οργανισμού ISO). Στην Ελλάδα υπάρχουν κανονισμοί και προδιαγραφές σχετικά με τη μεθοδολογία και την απαιτούμενη ακρίβεια εκτέλεσης των διαφόρων γεωδαιτικών, τοπογραφικών και κτηματολογικών εργασιών. Αλλά αυτές δεν συναρτώνται αυστηρά με θεσμικές απαιτήσεις έλεγχου και ρύθμισης των χρησιμοποιούμενων οργάνων. Εκτός από κάποιες προσπάθειες μικρής εμβέλειας και εφαρμογής (σε πανεπιστημιακούς χώρους ή σε κάποια εργαστήρια αντιπροσωπειών σχετικών οργάνων), δεν υπάρχουν συστηματικά εργαστήρια διακρίβωσης γεωδαιτικών οργάνων. Μία σοβαρή προσπάθεια για τη δημιουργία κέντρου μετρολογίας έχει γίνει στη Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Η δημιουργία η διαπίστευση και η λειτουργία του κέντρου μετρολογίας θα αποτελέσει ουσιαστικά τον μοναδικό επίσημο Δημόσιο φορέα διακρίβωσης των ψηφιακών και αναλογικών γεωδαιτικών οργάνων στην Ελλάδα. Από το 2001, με την ΔΙΠΑΔ/οικ/611/24 7-01 απόφαση ΥΦ.ΠΕΧΩΔΕ (ΦΕΚ 1013 Β/2 8-01), η ελληνική νομοθεσία έβαλε τα πρώτα θεμέλια (για την εξασφάλιση της ποιότητας των τεχνικών έργων) σχετικά με "κοινά αποδεκτές διαδικασίες". Το γεγονός αυτό μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία μιας θεσμοθετημένης μετρητικής και υπολογιστικής μεθόδου ελέγχου σύμφωνα με τα εθνικά ή διεθνή πρότυπα [Δούκας Ι, 2005]. Στην υπουργική απόφαση που αναφέρεται παραπάνω δίνονται οδηγίες υποχρεωτικής εφαρμογής για το περιεχόμενο, τον έλεγχο και την έγκριση Προγράμματος Ποιότητας Έργου. Όσον αφορά στον μετρητικό εξοπλισμό, περιλαμβανομένου και του μη εργαστηριακού εξοπλισμού (π.χ. τοπογραφικά όργανα) πρέπει να: καταγράφεται το πρόγραμμα ποιότητας έργου τεκμηριώνεται ότι καλύπτει όλους τους ελέγχους και τις δοκιμές που προβλέπεται να γίνουν στο έργο (και που δεν θα εκτελεστούν από εξωτερικούς φορείς, π.χ. εργαστήρια) συντηρείται και να διακριβώνεται 8

διακριβώνονται με βάση κοινά αποδεκτές διαδικασίες διακριβώνονται είτε από τον ανάδοχο είτε από εξωτερικούς φορείς, ενώ η χρήση μη διακριβωμένων οργάνων δεν επιτρέπεται. [ΥΦ.ΠΕΧΩΔΕ (ΦΕΚ 1013 Β/2 8-01)] Γεωδαιτική μετρολογία ονομάζεται ο κλάδος της γεωδαισίας ο οποίος έχει ως αντικείμενο τον έλεγχο και την πιστοποίηση της ορθής λειτουργίας των οργάνων μέτρησης, που χρησιμοποιούνται σε όλους τους κλάδους της Γεωδαισίας. Η Μετρολογία, έχει μεγάλη εφαρμογή στην εργασία του Τοπογράφου Μηχανικού. Τα όργανα που χρησιμοποιούνται για τη συλλογή μετρήσεων, είναι υποχρεωτικό να ελέγχονται ως προς τον τρόπο λειτουργίας τους αλλά και ως προς την ποιότητα των αποτελεσμάτων των μετρήσεων που γίνονται με αυτά. Οι έλεγχοι αυτοί γίνονται με βάση συγκεκριμένα πρότυπα που καθορίζονται από διεθνής οργανισμούς. Η Μετρολογία, με εφαρμογή στον τομέα της Τοπογραφίας, είναι η επιστήμη της ακρίβειας των μετρήσεων και έχει ως αντικείμενο το θεωρητικό υπόβαθρο και την εφαρμογή συγκεκριμένων διαδικασιών ελέγχου, ανάλογα με το ελεγχόμενο όργανο. [Μπαλοδήμος Δ.-Δ., Σταθάς Δ., 2006] 1.4 Βασικές έννοιες και ορισμοί Ορισμένες έννοιες που σχετίζονται με την επιστήμη της Μετρολογίας είναι οι: Βαθμονόμηση, Διακρίβωση, Διαπίστευση και οι ορισμοί τους δίνονται παρακάτω. [Μπαλοδήμος Δ.-Δ., Σταθάς Δ., 2006] Βαθμονόμηση (Calibration). Είναι η αναγραφή, στην κενή κλίμακα του οργάνου, των ενδείξεων με βάση ένα γνωστό και καθορισμένης ακρίβειας μέγεθος της φυσικής ιδιότητας την οποία μετρά το όργανο. Διακρίβωση (Accreditation). Είναι η σύγκριση της μέτρησης ή του αποτελέσματος (output) ενός συστήματος ή οργάνου, με εκείνη ενός αντίστοιχου πολύ μεγαλύτερης ακρίβειας, που καλείται σύστημα αναφοράς. Το σύστημα αναφοράς μπορεί να είναι εθνικό πρότυπο ή πρότυπο γνωστής ακρίβειας η οποία έχει μεταφερθεί σε αυτό από τα εθνικά πρότυπα. Με την παραπάνω σύγκριση βαθμονομείται το υπό έλεγχο όργανο και διαπιστώνεται, επαληθεύεται ή επαναφέρεται με ρύθμιση η ακρίβεια του. 9

Πρότυπο (Standard). Η οδηγία ISO / IEC 2/1996 ορίζει ότι πρότυπο είναι ένα κείμενο που έχει συνταχθεί και εγκαθιδρυθεί με ομοφωνία από ένα αναγνωρισμένο σώμα (οργανισμό) και που παρέχει για κοινή και επαναλαμβανόμενη χρήση κανόνες, οδηγίες ή χαρακτηριστικά για δραστηριότητες ή τα αποτελέσματά τους, στοχεύοντας στην επίτευξη σε βέλτιστο βαθμό της τυποποίησης στο πλαίσιο ενός δεδομένου περιεχομένου. Εθνικό πρότυπο (National Standard). Είναι το εθνικά αναγνωρισμένο πρότυπο προκειμένου να χρησιμοποιείται σε μία χώρα ως βάση για τον καθορισμό τιμών σε άλλα πρότυπα του μεγέθους που αφορά. Το πρότυπο είναι μία συλλογική εργασία. Το Εθνικό πρότυπο προγραμματίζεται και μελετάται υπό την αιγίδα του Εθνικού Οργανισμού προτύπων ο οποίος και το δημοσιεύει. Έτσι προστατεύεται από την αρχική του μορφή με το δικαίωμα αναπαραγωγής (copyright) του Εθνικού Οργανισμού. Διεθνή πρότυπα (International Standard). Τα διεθνή πρότυπα προστατεύονται με το δικαίωμα αναπαραγωγής (copyright) του Διεθνούς Οργανισμού Τυποποίησης (ISO, IEC). Η άδεια εκμετάλλευσης του δικαιώματος αναπαραγωγής μεταφέρεται αυτόματα στους εθνικούς οργανισμούς τυποποίησης που είναι μέλη των ISO, IEC για την περίπτωση της σχεδίασης εθνικών προτύπων. Οι εθνικοί οργανισμοί τυποποίησης είναι υπεύθυνοι για την προστασία των ISO, IEC στην αντίστοιχη χώρα. Πρωτεύον πρότυπο. Είναι το πρότυπο το οποίο έχει καθοριστεί ή αναγνωρίζεται ευρέως ότι έχει τις υψηλότερες μετρολογικές ιδιότητες και η τιμή του είναι αποδεκτή χωρίς να γίνεται αναφορά σε άλλα πρότυπα του ίδιου μεγέθους. Δευτερεύον πρότυπο. Είναι το πρότυπο του οποίου η τιμή καθορίζεται μέσω σύγκρισης με ένα πρωτεύον πρότυπο για το ίδιο μέγεθος. Πιστοποίηση (Certification). Είναι η διαδικασία με την οποία ένα τρίτο πρόσωπο δίνει γραπτή εγγύηση ότι το προϊόν, η επεξεργασία ή η υπηρεσία συμμορφώνονται με καθορισμένες απαιτήσεις [ISO / IEC οδηγία 2:1996]. Σε εθνικό επίπεδο είναι η πράξη του Εθνικού Ιδρύματος Μετρολογίας (ΕΙΜ) ή οποιουδήποτε άλλου διαπιστευμένου φορέα με την οποία πιστοποιείται η τεκμηρίωση της ακρίβειας σύμφωνα με προκαθορισμένες απαιτήσεις. 10

Τυποποίηση (Standardization). Αναγνωρίζεται σήμερα ως η διαδικασία με την οποία καθιερώνονται προδιαγραφές, δηλαδή κανονισμοί, οι οποίοι θέτουν τους απαραίτητους κανόνες για την παραγωγή, τη σύνθεση και τις ιδιότητες που πρέπει να έχει ένα προϊόν ή μία υπηρεσία. Ακρίβεια μέτρησης (Precision). Δείχνει την προσοχή και την λεπτομέρεια με την οποία εκτελέστηκαν οι μετρήσεις, το πόσο καλά συμφωνούν κάποιες ανεξάρτητες μεταξύ τους μετρήσεις του ίδιου συγκεκριμένου μεγέθους. Είναι ουσιαστικά ο βαθμός αμοιβαίας συμφωνίας των μετρήσεων αυτών (εσωτερική ακρίβεια). Έχει άμεση σχέση με την ποιότητα του χρησιμοποιούμενου οργάνου, την προσοχή ικανότητα εμπειρία του παρατηρητή. Η ακρίβεια μπορεί να εκτιμηθεί από μία σειρά μετρήσεων. Η υψηλή ακρίβεια μετρήσεων δεν εγγυάται το ότι η ορθότητα - ποιότητα θα είναι επίσης υψηλή, η δε ακρίβεια μέτρησης δεν πρέπει να συγχέεται με την ποιότητα μέτρησης. Ορθότητα - Ποιότητα μέτρησης (Accuracy). Σε ανεξάρτητες μεταξύ τους, επαναλαμβανόμενες μετρήσεις ενός μεγέθους (που γίνονται υπό τις ίδιες συνθήκες), είναι ο βαθμός "ταύτισης" μεταξύ της εκτιμημένης (ή μετρημένης) τιμής και της αντίστοιχης "αληθούς τιμής" (εξωτερική ακρίβεια). Η ορθότητα δεν μπορεί να εκτιμηθεί από μια σειρά μετρήσεων με το ίδιο σύστημα "όργανο παρατηρητής συνθήκες". Διαπίστευση (Αccreditation). Διαπίστευση είναι η διαδικασία με την οποία ένας αρμόδιος φορέας παρέχει επίσημη αναγνώριση ότι ένας φορέας ή πρόσωπο είναι ικανός να πραγματοποιεί ειδικά έργα. Αξιοπιστία (Reliability). Η δυνατότητα ενός προσώπου, ενός οργανισμού ή ενός συστήματος να εκτελέσει τις απαραίτητες λειτουργίες του υπό τους δηλωμένους όρους για μια καθορισμένη χρονική περίοδο. Εκφράζει και το συνδυασμό ορθότητας και ακρίβειας μιας τιμής. Αβεβαιότητα (Uncertainty). Πρόκειται για την ποσοτική μέτρηση της ποιότητας του αποτελέσματος μετρήσεων. Δίνεται με δύο τρόπους, π.χ. για μέτρηση μήκους, είτε ως (1.256m ± 0.001m) είτε ως [1.256m ± 0.001m, για επίπεδο εμπιστοσύνης π.χ. 95.0% (το επίπεδο εμπιστοσύνης 95.0% χρησιμοποιείται σε όλους τους στατιστικούς ελέγχους που διενεργούνται στους ελέγχους κατά 11

ISO)]. Σε κάθε περίπτωση, μέτρηση χωρίς την αντίστοιχή της αβεβαιότητα, δεν έχει καμία αξία. Ιχνηλασιμότητα (Traceability). Πρόκειται για μία διαδικασία μέσω της οποίας διασφαλίζεται η συνοχή και η συνέχεια της μετρολογικής πυραμίδας. Η διαδικασία αυτή στηρίζεται κυρίως σε διαδοχικές συσχετίσεις των ενδείξεων μιας διάταξης μέτρησης με τις ενδείξεις μιας άλλης διάταξης αναφοράς, υψηλότερης μετρολογικής ποιότητας, αποκαθιστώντας με τον τρόπο αυτό μια μετρολογική ιεραρχία. 12

Κεφάλαιο 2 ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΜΗΚΟΥΣ 2.1 Ιστορική αναδρομή Τα μήκη αποτελούν ένα βασικό φυσικό μέγεθος καθορίζοντας δραστηριότητες και ασχολίες της καθημερινής ζωής. Για το λόγο αυτό, από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα, ήταν εμφανής η ανάγκη για τη μέτρηση μηκών. Στην προσπάθειά του, ο άνθρωπος κατασκεύασε διάφορα μέσα και όργανα προκειμένου να διευκολυνθεί η επίπονη αυτή διαδικασία. Συνεχώς, υπήρχε εξέλιξη των οργάνων και της τεχνολογίας που αφορούν την μέτρηση μηκών. Στην Ευρώπη του 18 ου αιώνα, κύρια όργανα μέτρησης μήκους αποτέλεσαν ξύλινοι μετρητικοί κανόνες, οι οποίοι στη συνέχεια αντικαταστάθηκαν με σιδερένιους. Το 19 ο αιώνα, χρησιμοποιούνταν τα σύρματα invar για τις μετρήσεις μεγάλων μηκών με ικανοποιητική ακρίβεια. Από τις αρχές του 20 ου αιώνα, για τη μέτρηση μικρής τάξης μηκών, χρησιμοποιούνται μετροταινίες. Στην τελευταία δεκαετία του 20 ου αιώνα, οι μετροταινίες εξελίχθηκαν σε ηλεκτρονικές. Καθώς η τεχνολογία αναπτύσσεται ραγδαία, αναμένονται ακόμη περισσότερες βελτιώσεις και καινοτομίες στον τομέα των οργάνων μέτρησης. 2.2 Γεωδαιτικά όργανα μέτρησης μηκών Τα συμβατικά γεωδαιτικά όργανα που χρησιμοποιούνται για τις μετρήσεις μηκών μπορούν να χωριστούν σε κατηγορίες, οι οποίες είναι οι εξής: Απλά όργανα μέτρησης μηκών. Οπτικομηχανικά όργανα μέτρησης μηκών. Ηλεκτρομαγνητικά όργανα μέτρησης μηκών μεγάλου βεληνεκούς. Ηλεκτρομαγνητικά όργανα μέτρησης μηκών μικρού βεληνεκούς. Η βασική αρχή λειτουργίας των οργάνων διαφοροποιείται ανάλογα με τον τρόπο που επιτυγχάνεται η μέτρηση του μήκους. Διαφοροποιείται όμως και η επιτυγχανόμενη ακρίβεια, ο χρόνος διάρκειας της μέτρησης, ο 13

απαιτούμενος εξοπλισμός αλλά και το κόστος του.[δ.-δ. Μπαλοδήμος, κ.ά., 2005] i. Απλά όργανα μέτρησης μηκών Στις τρέχουσες τοπογραφικές εργασίες, όπως έχει ήδη αναφερθεί, για τη μέτρηση μικρών σε μέγεθος μηκών, χρησιμοποιούνται μετροταινίες (εικόνα 2.1) κατασκευασμένες από χάλυβα, λινό ή Fiberglass, αλλά και ηλεκτρονικές μετροταινίες. Οι ηλεκτρονικές μετροταινίες (εικόνα 2.2) έχουν τη δυνατότητα μέτρησης μέχρι 200m με αβεβαιότητα ±1.5mm και εξαγωγή του αποτελέσματος της μέτρησης σε ψηφιακή οθόνη. Εικόνα 2. 1 Μετροταινία Εικόνα 2. 2 Ηλεκτρονική μετροταινία ii. Οπτικομηχανικά όργανα έμμεσης μέτρησης μηκών Από τις αρχές του 20 ου αιώνα μέχρι τα μέσα του, στις περιπτώσεις έμμεσης μέτρησης μηκών, χρησιμοποιούνταν οπτικομηχανικά θεοδόλιχα σε συνδυασμό με σταδίες, αλλά και αυτοαναγωγικά ταχύμετρα, με αναγνώσεις σε βαθμονομημένο μετρητικό πήχη. Κατά τη δεκαετία του 1960, για μετρήσεις μηκών σε απρόσιτα σημεία, χρησιμοποιήθηκαν οι ερευνητές αποστάσεων και τα οπτικά τηλέμετρα. Η εφαρμογή τους όμως γινόταν σε περιορισμένο αριθμό και χωρίς ιδιαίτερες απαιτήσεις ακριβείας. Μια επιπλέον μέθοδος έμμεσης μέτρησης μήκους είναι η μέθοδος της δίμετρης βάσης, η οποία χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της κλίμακας μικρών γεωδαιτικών δικτύων αλλά και για τη μέτρηση πλευρών οδεύσεων. Η μέθοδος αυτή, εφαρμόζεται και σήμερα, κυρίως σε εφαρμογές βιομηχανικής γεωδαισίας, παρέχοντας αβεβαιότητες της τάξης του ±10-5 m. 14

iii. Ηλεκτρομαγνητικά όργανα μέτρησης μηκών μεγάλου βεληνεκούς Η λειτουργία των οργάνων αυτών βασίζεται στη χρήση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Πιο συγκεκριμένα, ένα όργανο αυτής της κατηγορίας, με βάση το χρόνο που απαιτείται ώστε ένας μεμονωμένος παλμός να διατρέξει ένα μήκος, υπολογίζει το μετρούμενο μήκος. Η πρώτη φορά που τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα χρησιμοποιήθηκαν για τη μέτρηση μήκους, ήταν μετά το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο με τη συσκευή Radar, η οποία αν και καλύπτει τις στρατιωτικές, ναυτικές και αεροπορικές ανάγκες, δεν φτάνει τις ακρίβειες που απαιτούνται στις τοπογραφικές εφαρμογές. Δύο χαρακτηριστικά όργανα που βασίζονται στην αρχή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι το τελλουρόμετρο (1957) και το γεωδίμετρο AGA (1965). iv. Ηλεκτρομαγνητικά όργανα μέτρησης μηκών μικρού βεληνεκούς Περίπου στα τέλη της δεκαετίας του 1960, κάνουν την εμφάνισή τους στην Ελλάδα τα όργανα μέτρησης μήκους με την εκπομπή υπέρυθρης ακτινοβολίας, τα γνωστά EDM. Τα όργανα EDM είχαν, αρχικά, τη δυνατότητα προσαρμογής σε θεοδόλιχα και το βεληνεκές τους έφτανε τα 3Km, με ακρίβεια της τάξης του ±1cm, ανάλογα με τους χρησιμοποιούμενους ανακλαστήρες. Τα όργανα αυτά βρήκαν μεγάλο πεδίο εφαρμογής λόγω του μικρού βάρους τους, της ευκολίας και ταχύτητας χρήσης τους, της μεγάλης ποικιλίας του εμπορίου αλλά και του προσιτού κόστους τους. Τα πιο ενδεικτικά όργανα αυτής της κατηγορίας είναι τα: Distomat DI 10, Distomat DI3S, Mekometer ME 3000, AGA 12 [Δ.-Δ. Μπαλοδήμος, κ.ά., 2005] v. Ηλεκτρομαγνητικά όργανα μέτρησης μήκους χωρίς τη χρήση ανακλαστήρα (Reflectorless). Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, κάνουν την εμφάνισή τους τα πρώτα όργανα μέτρησης μήκους με τη δυνατότητα μέτρησης χωρίς ή με τη χρήση ανακλαστήρα (DIOR 3002S της εταιρείας Leica). Το όργανο αυτό προσαρμοζόταν σε οπτικομηχανικό ή ψηφιακό θεοδόλιχο και λειτουργούσε με βάση την εκπομπή ορατής κόκκινης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (laser). Η εμβέλειά του έφτανε τα 60m χωρίς ανακλαστήρα και τα 2Km με τη χρήση του, με ακρίβεια ±3mm±3ppm. 15

Σήμερα, η πλειοψηφία των ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών της αγοράς, έχει τη δυνατότητα μέτρησης μήκους χωρίς τη χρήση ανακλαστήρα. 2.3 Ολοκληρωμένοι γεωδαιτικοί σταθμοί (Total Stations) Στη σύγχρονη εποχή, είναι δυνατή η μέτρηση μηκών και γωνιών ταυτόχρονα με τους ολοκληρωμένους γεωδαιτικούς σταθμούς (total stations). Τα όργανα αυτά, αποτελούν έναν συνδυασμό ψηφιακών θεοδολίχων και ηλεκτρομαγνητικών οργάνων μέτρησης μηκών (EDM) μαζί με ηλεκτρονικό υπολογιστή. Εικόνα 2. 3 Ολοκληρωμένος γεωδαιτικός σταθμός To EDM είναι τοποθετημένο ομοαξονικά στο κέντρο του τηλεσκοπίου του ψηφιακού θεοδολίχου. Με τον τρόπο αυτό, οι μετρήσεις μηκών αναφέρονται στο κέντρο του σταθμού, που είναι και το σημείο τομής των αξόνων του. Στο ίδιο σημείο αναφέρονται και οι μετρήσεις οριζοντίων και κατακόρυφων γωνιών. Ως όργανα χαρακτηρίζονται από μεγάλη ευχρηστία. Οι αβεβαιότητες που παρέχουν είναι της τάξης των ±1.5 cc έως ±30 cc στη μέτρηση γωνιών και ±0.5mm±1ppm έως ±5mm±5ppm στη μέτρηση μηκών. Το βασικό χαρακτηριστικό των οργάνων αυτών είναι ότι οι δίσκοι τους είναι κατασκευασμένοι από γυαλί με ψηφιακά χαραγμένο πρότυπο γραμμικό κώδικα (barcode) και παρουσιάζουν άμεσα κάθε παρατήρηση στην ψηφιακή οθόνη που διαθέτουν. Οι μετρήσεις λαμβάνονται αυτόματα με το πάτημα ενός πλήκτρου και παράλληλα αποθηκεύονται στην ενσωματωμένη καταγραφική μονάδα του οργάνου. Όλες οι διευκολύνσεις που δίνουν οι ολοκληρωμένοι γεωδαιτικοί σταθμοί, οδηγούν στην αποφυγή των χονδροειδών σφαλμάτων ανάγνωσης και καταγραφής. [Ε. Λάμπρου, Γ. Πανταζής, 2010] 16

Στον πίνακα 2.1 παρουσιάζονται ενδεικτικά ορισμένοι τύποι ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών και τα βασικά χαρακτηριστικά τους. Τύπος γεωδαιτικού σταθμού Κατασκευάστρι α εταιρεία Σφάλμα μέτρησης διευθύνσεων ( cc ) Σφάλμα μέτρησης μηκών (RL) Leica TDM 5000 (Ελβετία) 3 ±1mm±2ppm 5000 2 7.5 Leica TPS 1201 (Ελβετία) 3 ±2mm±2ppm 500 3 4.7 Leica TCR 303 (Ελβετία) 9 ±3mm±2ppm 170 3-6 5.6 Topcon MS05A (Ιαπωνία) 1.5 ±0.8mm±1ppm 100 2.4 7.1 Topcon GPT 9001 A (Ιαπωνία) 3 ±5mm±5ppm 2000 3 9.7 Topcon GPT8001 (Ιαπωνία) 3 ±5mm±2ppm 120 1.2 7.7 Topcon GPT 3002 LN (Ιαπωνία) 6 ±5mm 1200 3 5.3 Trimble 5601 DR200 (ΗΠΑ) 3 ±2mm±2ppm 800 5-10 6.3 Leica TM30 (Ελβετία) 1.5 ±0.6mm±1ppm 3500 7 7.25 Πίνακας 2. 1 Ενδεικτικοί τύποι ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών Βεληνεκές (RL) Χρόνος μέτρησης μήκους (sec) Βάρος (Kg) 2.4 Περιγραφή και εσωτερική δομή των ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών Οι βασικές αρχές λειτουργίας των ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών βασίζονται στη σωστή γεωμετρική θέση τριών μηχανικών αξόνων. Οι άξονες αυτοί είναι: Ο πρωτεύον άξονας ΠΠ πρέπει να είναι κατακόρυφος. Ο δευτερεύων άξονας ΔΔ πρέπει να είναι κάθετος στον πρωτεύοντα 17

Ο σκοπευτικός άξονας ΣΣ (σκοπευτική γραμμή), πρέπει να είναι κάθετος στον δευτερεύοντα. Εικόνα 2. 4 Μηχανικοί άξονες ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών Κάθε ολοκληρωμένος γεωδαιτικός σταθμός αποτελείται από δύο μέρη: [Ε. Λάμπρου, Γ. Πανταζής, 2010] Το κάτω μέρος, το οποίο είναι σταθερό και συνδέεται με τον τρίποδα με κοχλία και αποτελείται από: Το τρικόχλιο, το οποίο φέρει μια σφαιρική αεροστάθμη με τη βοήθεια της οποίας γίνεται η κατακορύφωση του πρωτεύοντα άξονα ΠΠ'. Μια βάση, η οποία στηρίζεται στο τρικόχλιο και στην οποία βρίσκονται κατάλληλες θύρες εξόδου ή εισόδου ψηφιακών δεδομένων και εξωτερικής τροφοδοσίας του σταθμού. Στο εσωτερικό της υπάρχει ο οριζόντιος δίσκος με τους αισθητήρες ανάγνωσης. Η βάση του σταθμού έχει τη δυνατότητα απόσπασης από το τρικόχλιο με τη χρήση ειδικού μηχανισμού ασφαλείας. Το οπτικό σύστημα κέντρωσης του σταθμού, το οποίο μπορεί να βρίσκεται πάνω στο τρικόχλιο ή στο πάνω μέρος του σταθμού. Είναι ένα προσοφθάλμιο με χαραγμένο σταυρόνημα και κατάλληλα πρίσματα. Η οπτική ακτίνα που περνά από το κέντρο του σταυρονήματος ταυτίζεται με τον πρωτεύοντα άξονα του οργάνου. 18

Το επάνω μέρος, το οποίο είναι κινητό, δηλαδή έχει τη δυνατότητα περιστροφής γύρω από τον πρωτεύοντα άξονα και περιλαμβάνει: Την ψηφιακή αεροστάθμη ακριβούς οριζοντίωσης, η οποία εμφανίζεται στην οθόνη του οργάνου. Τον μηχανισμό εκπομπής ορατής δέσμης κόκκινου laser, κατά τη διεύθυνση του πρωτεύοντα άξονα προς το ναδίρ, για την κέντρωση του σταθμού ή το οπτικό σύστημα κέντρωσης του σταθμού. Το δίσκο και τους αισθητήρες ανάγνωσης των κατακόρυφων διευθύνσεων. Εικόνα 2. 5 Τυπικές όψεις γεωδαιτικών σταθμών Το επάνω μέρος, το οποίο είναι κινητό, δηλαδή έχει τη δυνατότητα περιστροφής γύρω από τον πρωτεύοντα άξονα και περιλαμβάνει: Την ψηφιακή αεροστάθμη ακριβούς οριζοντίωσης, η οποία εμφανίζεται στην οθόνη του οργάνου. Τον μηχανισμό εκπομπής ορατής δέσμης κόκκινου laser, κατά τη διεύθυνση του πρωτεύοντα άξονα προς το ναδίρ, για την κέντρωση του σταθμού ή το οπτικό σύστημα κέντρωσης του σταθμού. Το δίσκο και τους αισθητήρες ανάγνωσης των κατακόρυφων διευθύνσεων. 19

Τον ισοσταθμιστή προκειμένου να γίνεται συνεχής έλεγχος της οριζοντίωσης του οργάνου και διόρθωση των ενδείξεων των μετρήσεων. Το τηλεσκόπιο, το οποίο περιστρέφεται γύρω από τον δευτερεύοντα άξονα. Το ενσωματωμένο μέσα στο τηλεσκόπιο EDM. Την οθόνη (ψηφιακή ή αφής) εμφάνισης των μετρήσεων και το πληκτρολόγιο χειρισμού. Τους κοχλίες ρύθμισης των κινήσεων του γεωδαιτικού σταθμού. Την μπαταρία τροφοδοσίας. Τη θέση τοποθέτησης της κάρτας μνήμης όπου αποθηκεύονται οι μετρήσεις. Τον ειδικό Η/Υ, ο οποίος διαχειρίζεται τις εντολές λειτουργίας του σταθμού παράγει τις μετρήσεις και εκτελεί απλούς υπολογισμούς αλλά και σύνθετα προγράμματα εργασιών. 2.5 Γενικές αρχές λειτουργίας ηλεκτρομαγνητικών οργάνων μέτρησης μήκους Στο σημείο αυτό γίνεται αναφορά στις γενικές αρχές λειτουργία των ηλεκτρομαγνητικών οργάνων μέτρησης μήκους και στις μεθόδους μέτρησής τους. Κατ επέκταση, οι ίδιες αρχές λειτουργίας διέπουν και τη λειτουργία των ολοκληρωμένων γεωδαιτικών σταθμών, εφόσον ηλεκτρομαγνητικά όργανα μέτρησης είναι ενσωματωμένα σε αυτούς. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η αρχή λειτουργίας των ηλεκτρομαγνητικών οργάνων μέτρησης μήκους βασίζεται στη μέτρηση του χρόνου που απαιτείται ώστε ένα σήμα να διανύσει μια συγκεκριμένη απόσταση από το σημείο Α όπου βρίσκεται το όργανο (πομπός) μέχρι το σημείο Β που βρίσκεται ο δέκτης και να επιστρέψει στο σημείο Α. Είναι απαραίτητο να είναι γνωστά η συχνότητα και το μήκος κύματος της ακτινοβολίας. Προκύπτει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η απαιτούμενη ακρίβεια του μετρούμενου μήκους, τόσο αυξάνεται η ακρίβεια με την οποία πρέπει να μετράται ο χρόνος. Για τη μέτρηση του μήκους χρησιμοποιούνται συνήθως δύο μέθοδοι: 20

Η μέθοδος μέτρησης της διαφοράς φάσης. Στη μέθοδο αυτή, το διαμορφωμένο φως εκπέμπεται από το όργανο, στο σημείο Α. Η ένταση του διαμορφωμένου σήματος δίνεται από τη σχέση 2.1. I Io sin( m t o) (2.1) Όπου m η γωνιακή συχνότητα διαμόρφωσης του φωτός η οποία υπολογίζεται από την σχέση: m 2 2 f m (2.2) T f m η συχνότητα διαμόρφωσης του φωτός T η περίοδος της διαμόρφωσης. Το σήμα μεταβαίνει στο σημείο Β όπου βρίσκεται ανακλαστήρας και επιστρέφει πάλι στο σημείο Α, διανύοντας μήκος 2D, όπου D το μετρούμενο μήκος. Η ένταση του φωτός όταν επιστρέφει στον πομπό είναι: I' I' sin( t ) (2.3) m Όπου η διαφορά φάσης μεταξύ εκπομπής και λήψης. Ισχύει Io I ' o, αφού η ακτινοβολία υφίσταται αλλοιώσεις κατά την ανάκλαση και τη διαδρομή της μέσα στην ατμόσφαιρα. Η ποσότητα είναι το μοναδικό μέγεθος που μπορεί να μετρηθεί άμεσα ή έμμεσα στην περίπτωση αυτή. Στην έμμεση περίπτωση ουσιαστικά μετράται ο χρόνος t οπότε, m t (2.4) o και καθώς είναι t k T T, όπου k ακέραιος αριθμός (2.5) 2 k 2 T (2.6) T m Η οποία αν πολλαπλασιασθεί με 2, προκύπτει T m m 2D k m m D k (2.7) T 2 2 21