d) elektronické teodolity (elektronické tachymetre). Aktuálne konštrukcie elektronických teodolitov obsahujú do prístroja zabudovaný diaľkomerný modul na meranie vzdialeností. Ďalekohľad prístroja má koaxiálne spojený vysielač a  prijímač diaľkomera s  optikou ďalekohľadu. Vytvára sa tak univerzálny merací prístroj - elektronický teodolit s uhlomerným a diaľkomerným zariadením, ktoré tvoria jeden celok (napr. systémy Leica TPS, Topcon GTS a GPT, Trimble, Sokkia séria 030R (obr.5.56) a iné),

e) elektronické teodolity vytvárajúce integrovaný systém v  súčasnosti často aj s  anténou prijímača na príjem signálov Globálneho navigačného satelitného systému (GNSS). ET zo systému Leica TPS 1200 a SmartAnténa GNSS vytvára SmartStation (SS), (obr. 5.64).

f) elektronické meranie vzdialeností je tiež súčasťou technológie merania účelovo konštruovaných prístrojov, ktorými sú:

- skenery a

- laserové systémy na meranie profilov (kap.12.8.1),

Elektronické teodolity umožňujú:

- odmerané údaje ukladať do registračného zariadenia, ktoré je priamo zabudované do prístroja, resp. pripojené k prístroju,

- prepojenie meracieho prístroja s počítačom, ktorý na základe programu merania údaje spracuje do vyžadovanej formy a výsledku,

Obr. 5.56. Sokkia séria 030

125

- väčšina elektronických teodolitov má zabudovaný aj merací program na vytyčovanie (Tracking), pri ktorom sa eranie dĺžky opakuje v  niekoľko sekundových intervaloch. Pri vytyčovaní potom postupujeme tak, že vo vytýčenom smere sa pohybuje pomocník s odrazovým hranolom dovtedy, kým nedosiahne hodnotu vytyčovanej dĺžky (obr. 5.55),

Vytýčenie vyžadovanej dĺžky, ale aj celý vytyčovací proces je možné uľahčiť a  zrýchliť pomocou rádiového spojenia medzi meračom a   pomocníkom, alebo pomocou cieľového

prijímača ako je to u RD-10 (obr. 5.57), na displeji ktorého sa zobrazuje rovnako ako na prístroji odmeraná dĺžka.

Obr. 5.55. Vytyčovanie dĺžky elektronickým diaľkomerom

Technické parametre niektorých elektronických diaľkomerov Tabuľka 5.8

Prístroj

Dosah s hranolom/bez hranola

(km/m)

Presnosť odmeraného

uhlam (mg)

Presnosť odmeranej dĺžky s hranolom /bez

hranola md (mm)

Výrobca

a) Manuálne obsluhované diaľkomery

DISTO TM A8 /100 1,5 5 Leica Švajčiarsko

b) Samostatné elektronické diaľkomery

Mekometer ME 5000 8 0,2+0,2.10-6d Kern Švajčiarsko

Geodimeter 114 20 5+1.106d Geotronics AB Švédsko

c) Integrované elektronické diaľkomery a optické teodolity

Eldi 2 1,5 5+2. 106d Opton SRN

Red Miny 0,8 5+5106d Sokkisha CO Japonsko

d) Elektronické teodolity

NET1 3/200 0,3 1,5+1. 106d/3+1. 106d Sokkia Japonsko

Trimble S6 High precision 5/150 0,3 1+1. 106d/3+2. 106d Trimble SRN

TCR803 3,5/170 1 2+2.106d/5+3. 106d Leica Švajčiarsko

TM5100A 2,6 0,15 1+2.10-6d Leica Švajčiarsko

GTS-105N 2,3 1,5 2+2. 10-6d Topcon Japonsko

GPT-3002(L)N 3/250 0,6 3+2. 10-6d/5 Topcon Japonsko

GPT-7500 3/2000 0,3 2+2. . 10-6d/5 Topcon Japonsko

GPT-7000i 3/250 0,3 3+2. 10-6d/5 Topcon Japonsko

GPT-9001A 3/2000 0,6 2+2. . 10-6d/5 Topcon Japonsko

e) Integrované elektronické teodolity a prijímače GNSS

SmartStation (SS) =

Systém 1200 TPS+GPS 3 0,3 2+2. 10-6d Leica Švajčiarsko

126

f) Laserové skenery

ScanStation 0,05 5 Leica Švajčiarsko

HDS6000 0,05 10 Leica Švajčiarsko

LMS-Z360 0,2 2,5 5 RIEGL USA

g) Laserové systémy na meranie profilov

LMP-25HA-C 0,06 1 8 RIEGL USA

- výkonné ET sú konštrukčne uspôsobené na meranie v troch režimoch merania (napr. Sokkia séria 30R):

- meranie na odrazný hranol,

- meranie na odrazný štítok,

- bezhranolové meranie.

Zmenu režimu merania je možné vykonať kedykoľvek v priebehu merania. Na meranie sa používa viditeľný úzky laserový lúč. Malá stopa laserového lúča pri bezhranolovom meraní dovoľuje zamerať na malé predmety a rohy budov. Topcon GPT-3000 používa duálny optický merací systém. Prvý úzky lúč je pre bezhranolové meranie, druhý širší na meranie s hranolom. Tento optický systém stabilizuje lúč pri meraní dlhých vzdialeností a zlepšuje možností merania za nepriaznivých poveternostných podmienok, ako je vlnenie vzduchu účinkami tepla.

Prístrojmi vybavenými laserovým diaľkomerom je možné merať cez prekážky, ako sú ploty z pletiva a listy stromov. Viditeľný laserový lúč môže byť použitý ako konvenčné laserové ukazovátko, ktoré sa využíva na nivelačné práce v interiéri a na vertikálne vytyčovanie. Prístroje sú vybavené bezpečnostným filtrom v ďalekohľade, ktorý chráni oči merača pri bezhranolovom meraní a meraní na odrazový štítok.

Elektronické teodolity sa uplatňujú pri všetkých špecializovaných geodetických prácach, pri meraní v katastri nehnuteľností a pri geodetických prácach v stavebníctve.

V súčasností majú elektronické teodolity zo skupín geodetických prístrojov, ktorých súčasťou je elektronický diaľkomer veľmi rýchly vývoj. Nebolo by účelné, ani nie je možné, v tomto texte uvádzať všetky prístroje. V tab. 5.8 sú uvedené .niektoré vybrané charakteristické prístroje. Z nich si niektoré bližšie popíšeme.

Označovanie modulovej koncepcie prístrojov Leica: TCR – s bezhranolovým diaľkomerom, TCRM – motorizovaný elektronický teodolit, TCA – automatické sledovanie hranola (Lock), TCP – rýchle vyhľadávanie cieľového bodu, (Power search – automatické vyhľadávanie hranola).

DISTO TM A8 . je manuálny elektronicky diaľkomer (obr. 5.58). Umožňuje merať dĺžky od

0,03 m do 100 m pri bezhranolvom meraní. Prístroj využíva viditeľný laserový lúč, ktorý je súčasne meracím médiom. Viditeľná laserová stopa signalizuje miesto merania, ku ktorému sa vzťahuje odmeraná dĺžka. Odmerané dĺžky sa dajú kódovať a ukladať do pamäte prístroja. Prístroj za určitých podmienok nahradzuje meračské pásmo. Prístrojom meriame šikmé dĺžky.

Samostatné elektronické diaľkomery sú konštrukčne upravené iba na meranie dĺžok s vysokou presnosťou (ME 5000), alebo na meranie veľkých dĺžok (Geodimeter 114).

Diaľkomer Kern Mekometer ME 5000 (obr. 5.59a, b) patrí v súčasnosti medzi najpresnejšie prístroje svojho druhu. S prístrojom môžeme docieliť presnosť v odmeraní dĺžky 0,2 + 0,2 10 -6d. Táto vysoká presnosť ho predurčuje na náročnejšie geodetické práce, ako je určovanie dĺžok základníc, dĺžok v osi mosta a tunela, meranie posunov a pretvorení priehrad a priehradných hrádzí a pod. Ako stanoviská prístroja a cieľov slúžia observačné piliere. Prístrojom sa merajú šikmé dĺžky.

Integrované prístroje

127

Prakticky všetky firmy vyrábajúce elektronické teodolity, mali vo svojom výrobnom programe diaľkomerné moduly, ktoré po nasadení na teodolit merajú základné veličiny - uhly a dĺžky. Z tejto skupiny prístrojov si uvedieme diaľkomery série Eldi Opton.

Eldi 1, Eldi 2S, Eldi 2 (obr. 5.60a, b). Prístrojmi meriame len šikmé dĺžky. Používajú sa ako samostatné diaľkomery, alebo v spojení s teodolitmi rôznych typov, na ktoré sa upevňujú pomocou osobitne upravenej podstavy dodávanej výrobcom. Prístroje majú rovnaký vzhľad, odlišujú sa navzájom pracovným dosahom, presnosťou a váhou. Maximálna odmeraná vzdialenosť závisí od počtu hranolov na reflektore (tab. 5.9).

Obr. 5.57. Cieľový prijímač RD10 s reflektorom

Obr. 5. 58 DISTO TM AS

128

Samostatné elektronické diaľkomery

Obr. 5.59a. Mekometer ME 5000 b. Ovládací panel

Obr. 5.60. Opton Eldi 2

129

Pracovný dosah prístrojov Eldi Tabuľka 5.9

Počet hranolkov Eldi 1 Eldi 2 S Eldi 2

v reflektore I. rozsah II. rozsah I. rozsah II. rozsah I. rozsah II. rozsah

1 400 m 700 m

3 3 000 m 4 000 m 1 600 m 2 000 m 700 1 000

9 5 000 6 000 2 500 3 000 1 000 1 500

18 7 000 8 000 3 000 4 000

77

Meranie na prístroji Eldi 2 je v dvoch rozsahoch presnosti - na I. a II. rozsahu. Prvý rozsah presnosti je uvedený v tab. 5.8, druhý rozsah presnosti je 10 až 20 mm + 2.10-6 d.

Opravy zo stredných atmosferických podmienok sa zavádzajú automaticky pomocou regulátora koeficientu refrakcie. Poloha indexu regulátora sa číta na diagrame (obr. 5.61) pre stredný tlak a teplotu vzduchu. Regulátor koeficientu refrakcie sa využíva tiež na určenie dĺžky presahujúcej rozsah ukazovateľa stupnice, ktorý je od 0 až po 999,999.

Obr. 5.61. Diagram atmosferických súčiniteľov pre prístroje Eldi

Príklad 5.4:

Meraná dĺžka pri zapojenom regulátore koeficientu refrakcie 671,342 m

Meraná dĺžka pri polohe indexu regulátora 0 671,208 m

Meraná dĺžka pri polohe indexu regulátora 8 671,481 m

Rozdiel 27,3 cm . 104 2,7 km

Výsledná meraná dĺžka 2 671,342 m

130

Postup merania prístrojom série Eldi:

Regulátor koeficientu refrakcie sa nastaví na vyžadovaný údaj podľa určenia z diagramu obr. 5.61. Ďalekohľadom prístroja zacielime na reflektor, štartovací spínač z polohy 0 prepneme do polohy 1. Regulátorom sily signálu nastavíme index do čierneho poľa a štartujeme meranie. Podľa voľby rozsahu presnosti asi za 5 sekúnd obdržíme odmeranú vzdialenosť v I. rozsahu na mm a v II. rozsahu na cm.

Meranie ďalšej dĺžky sa začína z nulovej polohy štartovacieho spínača.

Zdroj elektrickej energie dodáva 6 NiCd 1,5 V batérií, ktorými docielime 500 až 1000 meraní dĺžok.

Elektronické teodolity (elektronické tachymetre)

Súčasná geodetická prax ich často označuje (nevhodne) ako univerzálne meracie stanice. Základ prístrojov tvorí elektronický teodolit v tubuse ďalekohľadu koaxiálne doplnený o elektronický diaľkomer a výpočtové systémy.

Princíp čítania na kruhoch elektronického teodolitu je uvedený v kap. 4.2. Elektronický teodolit sa uvádza do chodu jedným spínačom. Priebeh merania riadi mikroprocesor. Počíta vodorovnú vzdialenosť a prevýšenie, opravuje vodorovný a výškový uhol o účinok sklonu vertikálnej osi, indikuje dva odmerané a vypočítané údaje a prenáša merané údaje do registračného zariadenia. Odmerané údaje sa zobrazujú na LCD obrazovke.

Odlišnosti v elektronických teodolitoch sú v rôznych verziách presnosti a konštrukcie, v druhoch registračných zariadení, vo výbave meracích a výpočtových systémov z rôznych aplikácií geodézie a inžinierskej geodézie a pod. Napr. prístroje Leica TPS - Systém 1000 sú vyrábané v manuálnej motorizovanej a automatizovanej verzii.

Motorizovaná verzia (TCM) zaisťuje automatické usmernenie prístroja na cieľový bod. Automatizovaná verzia predstavuje kombináciu motorizácie s automatickým vyhľadaním meraného cieľa s presným zacielením na pohybujúci sa cieľ.

Displeje prístrojov (obr. 5.62, obr. 5.63) umožňujú užívateľovi prístup k činnostiam prístroja. Obsahujú štandardné meracie a aplikačné programy, ktoré si môže užívateľ u niektorých prístrojov podľa vlastnej potreby doplniť (kap. 4.32). Výsledky meraní sa zobrazujú na obojstranných displejoch (v 1. a 2. polohe ďalekohľadu). ET rady Topcon GPT 7000 (obr. 4.27b) majú grafický dotykový displej.

Obr. 5.62. Displej prístrojov LeicaTPS - Systém 1000

131

Obr. 5.63. Displej prístrojov Sokkia série 030R

Pri výbere ET sa riadime účelom jeho efektívneho využívania pri plnení geodetických výkonov. Súčasný trend vo vývoji a inovácii konštrukcií ET vedie k obsluhe celého meracieho procesu jednou osobou (meračská skupina bez pomocníkov) v práci s bezodrazovým meraním a vo využívaní integrovaného terestrického a družicového meračského systému.(SS) (obr. 5.64 ). Systém SS spája technológiu elektronického teodolitu (Leica TPS 1200) a technológiu GNSS (SmartAnténa z GPS 1200) do jedného systému (Leica SmartStation – Systém 1200) ), v ktorom sa obidve technológie vzájomne kombinujú. SmartAnténou po postavení prístroja sa získajú súradnice stanoviska merania v S-JTSK. Potom sa SmartAnténa môže použiť ako anténa napr. na kinematické meranie v reálnom čase (RTK). Zhusťovanie bodového poľa a meranie sa tak spája do spoločnej technológie merania. Príslušenstvo Leica Systém 1200 je na obr. 5.64.

132

Obr. 5.64 Leica Systém 1200

133

Laserové skenery (Leica ScanStationTM (obr. 5.65), Faro LS 840/LS 880, Riegel LMS-Z360) predstavujú kombináciu vlastností elektronického teodolitu a  skenera v jednom prístroji. Jednou z ich meraných veličín je vzdialenosť. Zaisťujú bodové snímanie priestorových objektov a tieto objekty transformujú do priestorového (3-D) CAD modelu. 3–D laserové skenovanie je založené na meraní bodových elementov objektu vo vzťahu k stanovisku merania vzdialenosťou, smerníkom a zenitovým uhlom. Laserový skener premeriava v určitom zornom poli (až do 360o/320o) množinu bodov tzv. mračno bodov. Je to v podstate mriežka bodov s pravidelným uhlovým rozostupom. Pre každý bod sú známe smery od vzťažného systému a vzdialenosť od prístroja, takže poznáme priestorovú polohu každého odmeraného bodového elementu. Meranie je riadené softvérom, ktorý ma tiež špeciálne modelovacie funkcie na spracovanie odmeraného mračna bodov. Základné technické parametre vybraných skenerov sú uvedené v tab. 5.10.

Výsledkom spracovania mračna bodov je vektorový 3-D model s možnosťou jeho vizualizácie, digitálny model objektu vo forme trojuholníkovej siete, profily, vrstevnice alebo len odmerané mračno bodov. Jednotlivé skeny objektu sa spájajú pomocou vlícovacích bodov.

Obr. 5.65 Leica ScanStationTM

Skener ScanStation riadi softvér CYCLONE, spája jednotlivé zábery a modeluje výsledky CAD výkresov. Proces spájania skenov sa nazýva registrácia. Identické (vlícovacie) body v jednotlivých záberoch sa signalizujú v tvare pologuľových terčov. Pred registráciou sa modelujú sférické plochy terčov. Identifikácia vlícovacích bodov prebieha cez stredy ich sfér. Výsledkom je mračno bodov zo všetkých skenov v jednom súradnicovom systéme. Potom mračno bodov sa transformuje do presného 3-D CAD modelu.

Technické parametre skenerov Tabuľka 5.10

Výrobca Leica Faro Riegel LeicaPrístroj ScenStation 2 LS 880 LMS-Z360 HDS 6000

Dosah merania 1 – 300 m 0,6 – 76 m 1 – 200 m 1 – 50 mPresnosť merania bodu 6 mm 3 mm / 25 m 12 mm 10 mm

Rozsah merania v smerehorizontálnomvertikálnom

360270

360320

36090

360310

Rýchlosť skenovania bod/s 50 000 120 000 8 000 – 12 000 500 000

134

Laserové skenovanie sa používa na dokumentáciu potrubných nadzemných systémov priemyselných podnikov, podzemných priestorov a výrubov, tunelov, skalných stien, stavebných pamiatok, zameranie aktuálneho stavu objektov, topografické mapovanie, zameriavanie objemov zemných prác a skládok, dokumetáciu priebehu výstavby, strojárenských zariadení, modelov výrobkov vo vývoji a pod. Skenovanie môže prebiehať za plnej prevádzky. Skenovanie do určitej miery nahradzuje technológiu fotogrametrického mapovania.

5.2.2.2 Vyžadovaná presnosť merania dĺžok elektronickými diaľkomermi

Základná stredná chyba md dĺžky odmeranej elektronickým diaľkomerom, ktorá sa použije na zhusťovanie trigonometrickej siete, nesmie prekročiť krajné odchýlky dané výrazmi:

a) pre d 20 km: md = 0,010 m + 0,002 d ,

b) pre d 20 km: md = 0,010 m + 0,003 d . (5.52)

5.2.2.3 Opravy k   odmeraným dĺžkam elektronickými diaľkomermi

V kapitole 5.143 sme uviedli opravy ku dĺžkam odmeraným meradlami. Elektronickými diaľkomermi meriame spravidla dlhšie vzdialenosti s primerane veľkým prevýšením. Vtedy s opravami podľa vzťahov (5.1) a (5.2) nevystačíme a musíme ich úmerne k veľkosti dĺžky spresniť.

Keď poznáme výšku horizontu prístroja a cieľa Hp a Hc opravu šikmej dĺžky ds na nulovú hladinovú plochu vykonáme rovnicou

. (5.53)

Pri meraní zenitového uhla redukciu uskutočníme podľa rovnice:

. (5.54)

Opravy dĺžok s0  z kartografického zobrazenia pri dĺžkach odmeraných diaľkomermi určujeme výpočtom podľa rovnice:

, (5.55)

kde m je koeficient dĺžkového skreslenia. Vypočítame ho z členov rady:

m = + 0,99990 00000

+ 0,00000 00000 00012 28220 R2

- 0,00000 00000 00000 00000 3154 R3 (5.56)

+ 0,00000 00000 00000 00000 00000 01848 R4

- 0,00000 00000 00000 00000 00000 00000 00115 R5 .

Hodnota R = R - R0 ,

kde R0 = 1 298 039 je jedna z konštánt Křovákovho zobrazenia,

je polomer kartografickej rovnobežky,

y, x  sú rovinné súradnice daného bodu (súradnice stredu lokality merania).

Na výpočet koeficientu dĺžkového skreslenia postačí použiť prvé tri členy rady (5.56).

135