Kompaktná  metóda  testovania  totálnych  staníc

 

 

Článok opisuje kompaktnú laboratórnu metódu, ktorá overuje uhlovú a dĺžkovú presnosť merania geodetických prístrojov. Autormi sú Alojzy Dzierzaga a  René Scherrer  z firmy Leica Geosystems AG. Článok je uverejnený v časopise GIM International, jún 2002. Obrázky uverejnené v tejto upravenej verzii sú z autorizovaného servisného strediska Leica Geosystems AG v Slovenskej republike.

 

Uhlové merania sú vykonávané pomocou kolimátorov a dĺžkové merania sú vykonávané s použitím  odrazových hranolov, resp. odrazových fólií ako aj bez použitia odrazových hranolov. Metóda bola optimalizovaná na využitie v malých priestoroch s cieľom minimalizovať časové požiadavky. Je vhodná pre servisné pracoviská alebo inštitúcie s obmedzeným priestorom.

 

 

 

1.       ÚVOD

 

Pravidelné overovanie parametrov geodetických prístrojov sa stáva čoraz dôležitejšie, či už z pohľadu  užívateľa alebo zadávateľa prác, ktorí potrebujú dokumentovať stanovené požiadavky na presnosť prístroja pre daný kontrakt. Normy DIN a ISO (vydané po novembri 2001) obsahujú metódy na   testovanie geodetických prístrojov v teréne, ktoré sú si navzájom podobné.  Okrem úplnej testovacej metódy ponúka norma ISO aj zjednodušenú metódu.  O správnosti tejto metódy sa nedá pochybovať, avšak pri praktickom aplikovaní môžu nastať nasledujúce problémy:

 

-          nájsť vhodné testovacie miesto (nedostatok miesta, vzdialenosť od testovacieho miesta. atď.),

-          legitimný prístup k takýmto miestam,

-          čas strávený prípravou testovacieho vybavenia len pre jeden príležitostný test,

-          náklady na permanentnú inštaláciu,

-          čas potrebný na vykonanie meraní.

 

Tieto problémy sú zvlášť bežné v servisných strediskách pre geodetické prístroje, ktoré sa nachádzajú vo väčších mestách, kde sú problémy s priestorom. Iné inštitúcie sa môžu stretnúť s podobnými problémami.

 

V nasledujúcom texte je opísaná tzv. kompaktná laboratórna testovacia metóda odporučená všetkým servisným strediskám firmy Leica Geosystems AG a je optimalizovaná na eliminovanie uvedených problémov.

 

 

 

2.       PRÍPRAVA MERANIA

 

Pri plánovaní prípravy merania sa kladie zvláštny dôraz na obmedzený priestor a časové limity pre vykonanie meraní.

 

2.1   PRÍPRAVA PRE MERANIE HORIZONTÁLNYCH A VERTIKÁLNYCH UHLOV

 

Prístroj je pripravený v podložke jemne upevnenej na oceľovom alebo betónovom pilieri (obr.1). Uhlové meranie sa vykonáva pomocou piatich kolimátorov (obr.3), ktoré sú rozmiestnené v priestore (obr.2).  Dva kolimátory sú umiestnené v horizontálnej rovine a ďalšie tri pod výškovými uhlami od +30° do –40°. Dôvodom takéhoto rozmiestnenie je optimalizovať čas potrebný na vykonanie merania. Horizontálne a vertikálne merania, ináč vykonávané v samostatných krokoch, sú vykonané v jednom kroku. Zámerné kríže kolimátorov sú smerované tak, aby centricky umožnili súčasné meranie horizontálnych aj vertikálnych uhlov. Tento postup možno porovnať s laboratórnymi metódami, keďže atmosferické vplyvy ako refrakcia, vibrácia a teplotné rozdiely na meranie nevplývajú.

 

 

 

Obr.1

Obr.2

Obr.3

 

 

Špeciálny držiak (obr.3) pre upevnenie kolimátora na stenu alebo na pilier umožňuje jeho otáčanie tak, aby nevznikla chyba z cielenia spôsobená nesúosovým cielením.

 

3.2 PRÍPRAVA NA MERANIE DĹŽOK

 

Táto príprava na meranie umožňuje testovanie merania dĺžok a určenie hodnoty adičnej konštanty v malom priestore. Metóda krátkych vzdialeností nie je vhodná na určenie mierkového faktora, namiesto toho by malo byť použité zvyčajné meranie frekvencie prístroja. Umiestnenie prístroja je zvolené tak, aby boli pokryté dĺžky od 5m do 100m (obr.4). Preto je potrebné upevniť niektoré odrazové hranoly (obr.6), odrazové fólie (obr.7)  mimo laboratória, napr. na protiľahlú budovu. Na testovanie prístrojov s bezodrazovým meraním dĺžok musia byť označené vopred definované ciele. Poloha prístroja (obr.5) musí byť zabezpečená a zachytená kontrolným bodom alebo aspoň jedným laboratórnym cieľom v opačnom smere, ako sú merané cieľové body.

Vzdialenosti sú merané a kontrolované pomocou kalibrovaného referenčného prístroja (servis v SR má k dispozícii totálne stanice Leica TC2003, Leica TDM5000 a švajčiarsky diaľkomer  KERN Mekometer ME 5000). Tieto dĺžky sa považujú za referenčné.

 

 

Obr. 5

Obr.4

Obr.6

Obr.7

 

 

 

4. POSTUPY MERANIA A VYHODNOTENIE

 

4.1 MERANIE UHLOV

 

Pred začatím merania musí prístroj získať okolitú teplotu. Čas potrebný na získanie teploty okolia je približne 2 minúty na každý 1°C rozdielu teplôt. Zámerná os, vertikálna os, vertikálny index a kompenzátor môžu byť pred meraním rektifikované, ale nemajú vplyv na presnosť, keďže sa meria dvakrát v dvoch polohách a počas merania zostávajú konštatné.

 

Meranie uhlov vykonávame metódou merania uhlov v radoch a skupinách. Na kolimátory sa cieli centricky, súčasne sa vykoná meranie horizontálnych a vertikálnych uhlov. Na meranie použijeme tri skupiny, pričom medzi každou skupinou merania sa prístroj odmontuje z podložky, otočí o 120°, vloží späť, zaistí a urovná. Pomocou tohto postupu môžu byť zistené aj chyby v systéme uhlového merania.

 

Určenie aposteriórnej hodnoty štandardnej odchýľky sa vykoná oddelene pre horizontálne smery a vertikálne uhly pomocou známych vzorcov pre meranie uhlov v skupinách.

 

4.2 MERANIE DĹŽOK

 

Pred začatím merania musí prístroj získať okolitú teplotu a musia byť nastavené špecifické vstupné parametre ako je adičná konštanta, atď. Predpokladá sa, že prístroj nemá žiadnu mierkovú chybu.

 

Počas merania dĺžok musí byť meraná teplota a tlak vzduchu (obr.5), aby bolo možné opraviť merané vzdialenosti o vplyv existujúcich atmosferických podmienok tak, aby ich bolo možné porovnať s referenčnými hodnotami.

 

Určenie presnosti a adičnej konštanty sa musí vykonať samostatne pre každý typ cieľových značiek (hranoly, fólie, bezodrazové meranie). Merací program pre každý typ cieľovej značky pozostáva z troch skupín v oboch polohách na tri ciele umiestnené v rôznych vzdialenostiach.

 

Pre každú dĺžku sa vykoná šesť meraní. Pre každú dĺžku sa najskôr určí adičná konštanta.

 

Ak by bola adičná konštanta určená testom väčšia ako 0.5 násobok konštantnej časti špecifikovanej presnosti dĺžkového merania (pri prístrojoch so špecifikáciou 2mm + 2ppm to zodpovedá 1mm), mal  by byť prístroj zrektifikovaný v servisnom stredisku. Užívateľ nemá možnosť to urobiť. Avšak môže zadať do prístroja zistenú adičnú konštantu, aby boli dĺžky príslušne opravované.

 

Štandardná odchýľka vyjadrujúca presnosť merania dĺžok v jednej polohe je vypočítaná obvyklým spôsobom zo súčtu štvorcov rozdielov dĺžok meraných a referenčných.

 

4.3 ŠTATISTICKÉ TESTY

 

Pre uhly ako aj pre vzdialenosti je teraz zaujímavá otázka, či  experimentálne určená odchýlka zodpovedá špecifikáciám výrobcu. Pomocou štatistických testovacích postupov hypotéz je možné na hladine významnosti α = 0,05 stanoviť spoločne platný (zaokrúhlený) kvantil 1.3.

 

To znamená, že ak je aposteriórna hodnota štandardnej odchýľky 1.3 - krát väčšia ako špecifikácia výrobcu, prístroj sa posudzuje ako nespôsobilý, pričom toto rozhodnutie sa prijíma so zostatkovým rizikom 5%, že by mohol byť prijateľný.

 

 

5  VYHODNOCOVACÍ SOFTWARE

 

S cieľom objektivizovať vyhodnotenie meraní bol vyvinutý program Main Accuracy (Windows OS), ktorý okrem možného manuálneho vstupu pre optomechanické prístroje, umožňuje tiež automatický zber údajov pre elektronické totálne stanice. Užívateľ je nielen vedený hore opísaným postupom merania, ale je tiež upozornený, ak sa pri meraní vyskytnú hrubé chyby, ako je zacielenie na nesprávny cieľ. Merané hodnoty  a výsledky môžu byť vytlačené ako správa.

 

 

 6 VÝSLEDKY A POROVNANIA

 

Porovnanie výsledkov získaných s rovnakým prístrojom pomocou rôznych testovacích metód umožňuje hodnotiť účinnosť, spoľahlivosť a obmedzenia opisovanej kompaktnej laboratórnej metódy.

 

Štandardné odchýľky pre uhlové merania získané kompaktnou metódou, metódou testovania prístrojov v teréne, alebo metódou testovania prístrojov v labolatóriu pomocou kolimátorov podľa noriem ISO navzájom dobre súhlasia. Rozdiely medzi týmito odchýľkami neboli väčšie ako je presnosť udávaná výrobcom. To isté platí aj pre štandartné odchýľky pre meranie dĺžok.

  

Porovnanie času potrebného pri „kompaktnej metóde“ a „ISO metóde v teréne“ ukazuje 5 násobnú úsporu času v prospech „kompaktnej metódy“.

 

 

 

 

7 ZÁVEREČNÉ POZNÁMKY

 

V článku je opísaná laboratórna metóda testovania prístrojov, ktorá bola optimalizovaná vzhľadom na časové a priestorové požiadavky. V porovnaní s rigoróznymi poľnými metódami bolo možné kombinovaním merania horizontálnych a vertikálnych uhlov, použitím referenčných vzdialeností  pre určenie adičnej konštanty a redukovaním počtou nutných meraní ušetriť čas (5-násobne).

 

Táto metóda je príliš nákladná pre príležitostné kontroly individuálnych prístrojov. Je vhodná pre testovanie veľkého počtu prístrojov, ako to je napr. v prípade servisných stredísk. Servisné stredisko Leica Geosytems AG v Bratislave zakúpilo hardware a software začiatkom r.2002. V máji t.r. bola ukončená inštalácia a boli vykonané základné merania. Od 15. mája vydáva Geotech Bratislava certifikáty, ktoré pozostávajú z dvoch častí: Certifikát uhlov a  certifikát dĺžok. Certifikát dĺžok obsahuje aj testom určenú hodnotu adičnej konštanty.

 

Certifikát uhlov

Certifikát dĺžok a adičnej konštanty

 

Tab.: Kalibrácie vykonané od 10. mája do 1.júna 2002 Geotechom Bratislava

 

 

 

            Štandartná odchýľka uhlová

      Štandartná odchýľka dĺžková

Typ pristroja

Výr.č.

Udávaná výrobcom

Výsledok kalibrácie

Udávaná výrobcom

Výsledok kalibrácie

 

 

 

           Hz                    V

 

 

TC605

405780

1.5 mGon

 0.79 mGon   0.29 mGon

3mm + 3ppm

0.24mm

TC605

403965

1.5 mGon

 0.57 mGon   0.40 mGon

3mm + 3ppm

0.53mm

TCR703

644000

1.0 mGon

 0.34 mGon   0.27 mGon

2mm + 2ppm

0.62mm

TC805L

502126

1.0 mGon

 0.64 mGon   0.28 mGon

2mm + 2ppm

0.24mm

TC1100

417424

1.0 mGon

 0.47 mGon   0.31 mGon

2mm + 2ppm

0.53mm

TC805

411763

1.0 mGon

 0.59 mGon   0.91 mGon

2mm + 2ppm

0.34mm

TC307

687283

2.0 mGon

 0.38 mGon   0.27 mGon

2mm + 2ppm

0.49mm

TC600

406444

1.5 mGon

 0.19 mGon   0.31 mGon

3mm + 3ppm

0.49mm

TC600

123456

1.5 mGon

 0.38 mGon   0.27 mGon

2mm + 2ppm

0.26mm

TCR305

649320

1.5 mGon

 0.58 mGon   0.26 mGon

2mm + 2ppm

0.38mm

 

 

 

 

 

 

 

 

Preklad, úprava a foto: Ing. Ivan Lovíšek, Geotech Bratislava

Lektoroval: doc. Ing. Alojz Kopáčik, PhD., Katedra geodézie SvF STU v Bratislave - pozri obr. dole: