AVTOMATSKI ELEKTRONSKI TAHIMETRI ALI KAM VODI RAZVOJ TPS

SISTEMOV

AUTOMATIC TOTAL STATIONS OR WHERE THE DEVELOPMENT OF TPS

SYSTEMS GOES

Marko Mataija Valh, Ale Marjeti, Duan Kogoj

UDK:

Klasifikacija prispevka po COBISS-u:

IZVLEEK

Avtomatski elektronski tahimetri predstavljajo trenutno najvijo razvojno stopnjo klasinih geodetskih

instrumentov. Vgrajena sodobna tehnologija bistveno poenostavi delo operaterja za instrumentom, v nekaterih

primerih pa je izvedba meritev mogoa tudi brez njegove prisotnosti, saj je delovanje tahimetra popolnoma

avtomatizirano. lanek opisuje pojem tahimetra in njegov razvoj. Predstavljeni so motivi in tehnine osnove za

razvoj vijih stopenj avtomatizacije elektronskih tahimetrov ter splone znailnosti avtomatskih sistemov

sodobnih elektronskih tahimetrov.

KLJUNE BESEDE: tahimeter, avtomatsko prepoznavanje tare, avtomatsko viziranje tare, avtomatsko

sledenje tare, avtomatsko iskanje tare

ABSTRACT

Automatic total stations are the most developed classical surveying instruments at the moment. Automatic total

stations significantly reduce the work of an operator. In some cases measurements can be carried out without the

presence of an operator, because the total station is completely automated. Paper describes the tachymeter and its

development. The motives and technical bases for the development of higher degrees of automation of total

stations and general characteristics of automatic systems of total stations are described.

KEY WORDS: total station, automatic target recognition, automatic tracking, auto pointing, automatic target

searching

1. UVOD

Razvoj instrumentalnih merskih tehnik in avtomatizacija izmere vije stopnje temelji na tradicionalnih principih

terestrine izmere razen fotogrametrinih metod, kjer se izmera objektov na terenu v veliki meri izvede v

pisarni. Idejo o ''strojih za merjenje'', ki bi se premikali po terenu in merili, je pred slabimi sedemdesetimi leti

predstavil Pfitzer, vendar uresniitev zaradi praktinih razlogov takrat ni bila mogoa. e ''stroj za merjenje''

dvignemo v zrak, govorimo o metodah in razvoju aerofotogrametrije. Razne merske platforme s kompleksnim

merskim instrumentarijem, ki se premikajo po povrju, vodi ali zraku t.i. inercialni merski sistemi pa so

uporabneji za doloitev poloaja in viine zelo oddaljenih tok ter pri izmerah, kjer se enak merski postopek

periodino ponavlja (npr. geometrini nivelman), ne pa za neposredno polarno detajlno izmero. Za nadaljnji

razvoj geodetskih metod izmere je izrednega pomena razvoj satelitske geodezije, ki omogoa doloanje poloaja

tok na Zemlji s pomojo umetnih satelitov. e tretja generacija v razvoju instrumentalne tehnike za satelitska

opazovanja v geodetske namene, imenovana GPS (Global Positioning System), je omogoala centimetrsko

natannost doloitve poloaja tok. Te nove revolucionarne geodetske merske tehnike so nadomeale in e

vedno v kombinaciji z avtomatiziranim nainom merjenja in obdelave podatkov nadomeajo klasine

terestrine metode izmere, ki so v veliki meri odvisne od pogojev na terenu in medsebojnega dogledanja tok. S

taknim razvojem se na eni strani zouje podroje delovanja klasine izmere, na drugi strani pa je za uspeno

konkuriranje novim metodam potrebno usmeriti razvoj terestrine izmere v avtomatizacijo merskih postopkov.

Razvoj elektronskih tahimetrov tei k izboljavam, ki omogoajo eliminacijo vseh vrst instrumentalnih

pogrekov, pogrekov operaterja in avtomatizacijo merskih postopkov. Velik napredek v razvoju elektronskih

tahimetrov predstavlja vgradnja servomotorjev, ki samodejno vrtijo zgornji sestav in daljnogled instrumenta

motorizirani elektronski tahimeter. Servomotorji1 so podlaga za razvoj novih tehnologij, ki bodo popolnoma

avtomatizirale delovanje tahimetrov. e motorizirani elektronski tahimeter opremimo e z ustrezno programsko

in strojno opremo, potrebno za realizacijo teh novih tehnologij, ki ima v najbolj sofisticiranih instrumentih e

lastnosti umetne inteligence, pridemo do zadnje razvojne stopnje tahimetrov avtomatiziranih ali robotiziranih

elektronskih tahimetrov oziroma avtomatskih elektronskih tahimetrov (Kavanagh, 2007).

2. POPOLNA AVTOMATIZACIJA ELEKTRONSKIH TAHIMETROV

Popolna avtomatizacija elektronskih tahimetrov je potekala v dveh korakih oziroma dveh razvojnih stopnjah.

Prvi korak je bil razvoj tehnologije oziroma sistema za avtomatsko prepoznavanje tare (APT). APT je sistem,

ki nadomesti rono fino viziranje tare, ko se le-ta obiajno e nahaja v vidnem polju daljnogleda tahimetra

oziroma v vidnem polju sistema APT. Brez ustrezne podpore pa e ne omogoa popolne avtomatizacije merjenja

in e vedno zahteva prisotnost operaterja. V primeru, da tara ni v vidnem polju sistema APT, sistem APT ni

zmoen poiskati tare. Potrebno je:

posredovanje operaterja, ki grobo navizira tahimeter na ciljno toko,

posredovanje mikroprocesorja, ki daljnogled usmeri v pravo smer na osnovi priblinega

poloaja, pridobljenega iz predhodno opravljenih nielnih opazovanj2 ali priblinih koordinat

opazovanih tok (npr. periodina opazovanja premikov in deformacij, kjer se toke premikajo

relativno malo),

posredovanje sistema za avtomatsko iskanje tare.

1 mehanizem, ki opravlja delo, potrebno za krmiljenje ali regulacijo 2 opazovanja do ciljnih tok, samo v I. girusu in v eni ponovitvi, ki zagotovijo podatke o priblini smeri

proti tokam

Znotraj tehnologije APT obstajata dva sistema: avtomatsko viziranje tare (AVT) in avtomatsko sledenje tare

(AST). AVT predstavlja glavnino sistema APT, saj je za njegovo realizacijo potrebna veina programske in vsa

strojna oprema, ki jo uporablja sistem AST. AST je samo programska nadgradnja sistema AVT, ki omogoa

sledenje in dinamino merjenje do hitro ali poasi se premikajoe tare, ko je ta e identificirana s sistemom

AVT. Ponudniki, ki danes nastopajo na triu geodetskih instrumentov v motorizirane elektronske tahimetre

vgrajujejo AVT kot osnovni sistem avtomatskih elektronskih tahimetrov, AST pa je dodatni modul, ki ga

vgradijo ob doplailu.

Drugi, zadnji korak v avtomatizaciji elektronskih tahimetrov je dopolnitev oziroma nadgradnja sistema APT s

tehnologijo avtomatskega iskanja tare (AIT), ki je sposobna vizurno os tahimetra grobo navizirati proti tari, ki

se nahaja na ''poljubni'' lokaciji v okolici instrumenta. Vgrajeni modul ne zahteva ve prisotnosti operaterja in

popolnoma avtomatizira mehanske operacije tahimetra. Avtomatskemu elektronskemu tahimetru z vgrajeno

tehnologijo AIT posredujemo osnovne operacije in pregledujemo rezultate opazovanj s posebno kontrolno enoto

na tari, ki je z instrumentom povezana s telemetrino povezavo3. Tahimetru z vgrajenima tehnologijama APT in

AIT tako uporabnik preko kontrolne enote posreduje, katero toko naj izmeri, ta pa s taro signalizirano toko s

sproitvijo ustreznega ukaza najde hitro in zanesljivo ter izmero s pomojo krmiljenja mikroprocesorja

avtomatino izvede.

3. TEHNINE OSNOVE ZA RAZVOJ AVTOMATSKIH ELEKTRONSKIH TAHIMETROV

3.1 Motorizacija tahimetra

Osnova za razvoj avtomatskih elektronskih tahimetrov je motorizacija rotacij delov tahimetra okrog glavnih osi.

S tem namenom so v tahimetre zaeli vgrajevati dva servomotorja, ki vrtita zgornji del instrumenta okrog

horizontalne in vertikalne osi. Ker mora hitrost rotacij za uinkovito delovanje sistema znaati od 50 gon/s do 60

gon/s, je bilo potrebno reiti vrsto mehanskih problemov, predvsem v zgradbi osi, zaradi delovanja vejih sil.

Poleg tega je natannost pozicioniranja limbov odvisna od koraka servomotorja. Za natanne tahimetre mora

taken najmanji korak pri radiju limba 60 mm znaati manj kot 0.05 m, da bi dosegli zanesljivost

pozicioniranja 0.1 m, kar odgovarja kotni vrednosti 0.1 mgon. Dananji tahimetri so to zanesljivost doloitve

poloaja e krepko presegli (Beni, 1990).

3.2 Daljnogled elektronskega tahimetra

Tehnologije za avtomatizacijo elektronskih tahimetrov zahtevajo drugano konstrukcijo daljnogleda instrumenta.

Osnovo predstavlja koaksialni optini sistem4, ki usmeri valovanje elektrooptinega razdaljemera skozi optiko

daljnogleda. Kot velika pomanjkljivost konstrukcije starejih daljnogledov se je izkazalo dejstvo, da so imeli

zelo ozko vidno polje. Sistemu APT, ki je v veliki meri odvisen od velikosti vidnega polja daljnogleda, bi se tako

znatno zmanjalo vidno polje. Obenem mora novi daljnogled omogoati tudi zelo natanen mehanski premik le

3 povezava za poiljanje podatkov o izmerjenih vrednostih na daljavo 4 elektronski razdaljemer tahimetra uporablja optiko daljnogleda teodolita

s pomojo servomotorja za avtomatsko ostrenje slike, ki je potrebno za natanno avtomatsko fino viziranje

nekaterih tahimetrov. Moderni daljnogledi imajo tipino zorno polje irine 1 30'.

Daljnogledi modernih (avtomatskih) elektronskih tahimetrov imajo v notranjosti telesu daljnogleda vgrajen

poseben optini sistem. Ta omogoa sprejem odbitega merskega arka sistema AVT koaksialno z vizirno osjo

daljnogleda in prenos slike na senzor za obdelavo prejetega merskega signala, obenem pa e vedno omogoajo

klasino (vizualno) viziranje. Lahko pa imajo vgrajen e sistem za osvetlitev ciljne toke in modul za

samousmeritev nosilca prizme (Tracklight ali Guide Light).

3.3 Daljinsko vodenje elektronskega tahimetra

Avtomatskemu elektronskemu tahimetru z vgrajeno tehnologijo APT in AIT elimo posredovati njegove

osnovne naloge oziroma operacije s ciljne toke, kjer se fizino nahajamo, oziroma instrument daljinsko

upravljati. Potrebujemo torej dodatno strojno opremo, ki takno komunikacijo omogoa konkretno dva nova

modula v naem merskem sistemu: premino kontrolno enoto (npr. ob signalni tari) in opremo za realizacijo

telemetrine povezave med kontrolno enoto ob tari in elektronskim tahimetrom (npr. radijska ali optina

povezava). Vse ukaze nato uporabnik posreduje mikroprocesorju v instrumentu preko kontrolne enote, ki se ne

nahaja ve samo na instrumentu ampak tudi ob signalni tari. Kontrolna enota ob tari je z mikroprocesorjem v

instrumentu povezana preko telemetrine povezave. Zaslona kontrolnih enot v instrumentu in ob tari delujeta

obiajno sinhronizirano. Ker zaslon na kontrolni enoti ob tari prikazuje podatke v realnem asu, je daljinsko

vodenje uporabno tudi pri standardnih elektronskih tahimetrih, ki jih upravljajo operaterji. Inenirju oziroma

vodji terenske izmere omogoa vpogled v opazovanja, eprav se fizino ne nahaja ob tahimetru, kar je vasih

zelo praktino. Olajano je tudi zakolievanje tok, saj ima operater, ki premika tare pri roki vse podatke, ki so

bili prej vidni samo na instrumentu, potreba po neprestani komunikaciji med operaterjem in nosilcem tare tako

ni ve potrebna.

4. AVTOMATSKO PREPOZNAVANJE TARE

Osnovna komponenta sistema APT je AVT, ki ga je mogoe realizirati z razlinimi konstrukcijami. V preteklosti

sta bili uporabljeni predvsem reitvi AVT z detekcijo maksimalne intenzitete povratnega signala in AVT z

izenaitvijo jakosti signala simetrino razporejenih fotodiod (Beni, 1990). Danes za prepoznavanje tare

avtomatiziranih elektronskih tahimetrov veina proizvajalcev uporablja kamere ali tipala oziroma senzorje CCD

(Charge Coupled Device) in CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Razlog je oitna prednost, ki

jo predstavlja digitalna obdelava slike prejetega merskega valovanja sistema APT.

4.1 AVT z detekcijo maksimalne intenzitete povratnega signala

Instrument skua najti smer, pri kateri je jakost odbitega elektromagnetnega valovanja elektrooptinega

razdaljemera najveja. Mikroprocesor s pomojo servomotorjev premika instrument okrog vertikalne in

horizontalne osi elektronskega tahimetra. V prvi fazi skua mikroprocesor analogno grobemu viziranju

operaterja s spiralasto obliko pravokotne ali okrogle oblike poti, ki jo opisuje, najti priblini poloaj tare. Zane

v neki toki A trenutna smer tahimetra (slika 1) ter ob konstantnem merjenju jakosti odbitega signala rie

spiralo krone ali kvadratne oblike, vse dokler odbitega signala dejansko ne zazna (toka B) groba vizura proti

tari. V tem trenutku je vizurna os od iskane smeri proti tari oddaljena maksimalno za velikost radija

svetlobnega arka elektrooptinega razdaljemera na doloeni razdalji. Merski signal elektrooptinega

razdaljemera namre ni premorten, ampak ima doloeno divergenco (Beni, 1990).

Slika 1: Grobo in fino viziranje z detekcijo maksimalne intenzitete povratnega signala

V drugi fazi, ki je analogna finemu optinemu viziranju operaterja, premika mikroprocesor vizurno os

daljnogleda za majhne vrednosti izmenino v horizontalni in vertikalni smeri, vse dokler ne registrira

maksimalne jakosti povratnega signala po vertikali in horizontali, kar pomeni, da je tara fino navizirana (toka

C). Nato se izvede registracija opazovanj, mikroprocesor pa nadaljuje z zastavljeno nalogo. e v prvi fazi iskanja

na omejenem obmoju instrument ne zazna odbitega merskega valovanja elektrooptinega razdaljemera, bo

mikroprocesor raunalniku posredoval podatke o napaki in nadaljeval opazovanja, kot mu je doloeno (Beni,

1990).

4.2 AVT z izenaitvijo jakosti signala simetrino razporejenih fotodiod

Ciljna toka se signalizira z monim svetlobnim signalom, v najenostavnejem primeru z ivosrebrno arnico.

Za okularjem elektronskega tahimetra je vgrajen modul s tirimi fotodiodami, razporejenimi simetrino v tiri

kvadrante. Vse fotodiode se nahajajo na skupni silicijski ploici in tvorijo detektor za detekcijo svetlobnega

signala. Oko operaterja je tako zamenjal sistem diod s samo tirimi receptorji. Modulirani svetlobni snop cilja, ki

ima znano frekvenco, pade na detektor za detekcijo svetlobnega signala, vsaka fotodioda pa izmeri jakost

prejetega svetlobnega signala. Mikroprocesor obdela signale in e je izmerjena jakost na enih fotodiodah veja

kot na drugih, servomotorjema posreduje predvidene popravke smeri, ki jih izrauna. Postopek se ponavlja

dokler obstaja razlika v jakosti signala na posameznih diodah takrat je svetlobna toka v nielni toki

detektorja oziroma v srediu nitnega kria. Natannost taknega avtomatskega viziranja je majhna, saj tako

enostaven detektor s samo tirimi receptorji ne more nadomestiti oesa operaterja, ki ima v srednjem delu na

povrini 0.1 mm priblino 2500 receptorjev. Prednost sistema je enostavna in poceni zgradba modula in v

nekaterih primerih (npr. doloitev poti hitrih ciljev), ko ne potrebujemo velike natannosti, poda sistem

popolnoma zadovoljive rezultate (Beni, 1990).

4.3 AVT z uporabo senzorjev CCD ali CMOS

Izrazito novost v razvoju avtomatskega viziranja so prinesle kamere oziroma tipala CCD in CMOS. Razdaljemer

tahimetra polje skozi optiko sistema APT ali koaksialno skozi daljnogled laserski merski arek proti tari

oziroma v smeri vizurne osi daljnogleda. Odbiti laserski arek sprejme kamera CCD ali CMOS, ki ima prav tako

koaksialno ali loeno optiko z daljnogledom. Kamera CCD ali CMOS je v funkciji prejemnika od tare odbitega

laserskega arka in procesorja slike arka. e je signal odbitega laserskega arka preibak oziroma do odboja le-

tega ne pride, se izvede postopek, podoben sistemu viziranja z detekcijo maksimalne intenzitete povratnega

signala. Med merskim sistemom tahimetra in merskim sistemom tipala kamere CCD ali CMOS je neobhodna

vzpostavitev funkcijske zveze. Ta funkcijska zveza, kot stalni referenni odnos, se imenuje kalibracija sistema.

Podatki o izmerjeni jakosti odbitega laserskega arka in odstopanja slike laserskega arka od sredia

koordinatnega sistema tipala CCD ali CMOS, ki predstavlja trenutno vizurno os, se posredujejo

mikroprocesorju, ki jih s pomojo kalibracijskih parametrov prerauna v kotne vrednosti, servomotorji pa nato

zavrtijo tahimeter okoli horizontalne in vertikalne osi za te vrednosti (Leica, Whitesheet).

Slika 2: Slika odbitega signala in doloitev toke maksimalne radiometrine vrednosti

Po tem postopku je vizurna os tahimetra fizino usmerjena skoraj v sredie tare, odstopanja so reda velikosti

nekaj sekund, kotne vrednosti na horizontalnem in vertikalnem limbu se lahko registrirajo. e doseena

natannost merjenja kotov ni zadovoljiva, tahimeter na osnovi natanno izmerjene razdalje do toke s sistemom

za avtomatsko ostrenje izostri sliko v daljnogledu ter ponovno odda laserski arek. Majhna odstopanja, ki se

pojavijo med novo sliko prejetega arka na tipalu CCD ali CMOS in koordinatnem izhodiu tipala tare, se nato

upotevajo raunsko ter naknadno pritejejo k registriranim vrednostim kotov. Raziskave so pokazale, da je za

viziranje tare s sistemom AVT potrebna samo tretjina do polovica asa, ki bi ga za isti postopek potreboval

izkueni operater (Kavanagh, 2007).

5. AVTOMATSKO SLEDENJE TARI

Nadgradnja tehnologije AVT je v instrument vgrajena tehnologija za avtomatsko sledenje tari (AST). Z njo

lahko avtomatski elektronski tahimeter sledi tari, ki jo je predhodno identificiral s sistemom AVT. AST

omogoa reevanje nekaterih specifinih geodetskih nalog, kjer so potrebne kontinuirane meritve do

premikajoih objektov oziroma ciljnih tok z namenom doloitve poti, ki jo opie ciljna toka dinamine

meritve. e pomembneje pa je, da AST predstavlja naslednjo razvojno stopnjo v avtomatizaciji polarne izmere.

e je operater pri noenju tare pazljiv in ob premikanju tare ohranja dogledanje tare in tahimetra, obenem pa

ima ob sebi kontrolno enoto za daljinsko vodenje instrumenta, lahko teoretino izmero e opravlja sam Stop

and Go metoda izmere.

Osnova za uinkovito sledenje tari je hitro in zanesljivo delovanje sistema AVT (npr. obdelava slike odbitega

merskega arka na kameri CCD ali CMOS). Frekvenca obdelave merskega signala AVT je omejena s

procesorskimi zmogljivostmi senzorjev sistema AVT v tahimetru in zmonostmi algoritmov, ki krmilijo proces

AST. Posledino sta omejeni oddaljenost in predvsem hitrost gibanja ciljnih tok.

Pri AST se pojavi nov niz problemov, ki so vezani na izgubo tare iz vidnega polja sistema APT zaradi moteih

objektov in prahu ter nepozornosti operaterja, ki premika taro z ene ciljne toke na drugo. e operater pri

noenju tare eli, da ga tahimeter sledi s pomojo sistema AST, mora paziti, da s taro ne izvaja nenadnih,

nepredvidljivih ali prehitrih gibov, reflektor tare pa mora biti ves as usmerjen proti tahimetru.

Za kraje prekinitve dogledanja med tahimetrom in taro oziroma prekinitve merskega signala sistema AST se

uporabljajo posebni raunski algoritmi, ki na osnovi predhodne hitrosti in smeri tare skuajo ekstrapolirati in

predvideti, kako se bo tara premikala med prekinitvijo signala. Od kompleksnosti in kompaktnosti teh

numerinih filtrov je nato odvisno, koliko asa bo sistem AST sposoben brez dogledanja tare in tahimetra

ekstrapolirati pot tare (Leica, Whitesheet).

6. AVTOMATSKO ISKANJE TARE

Realizacija ideje AIT, ki se nakljuno in nezvezno premika oziroma pojavlja v okolici instrumenta, je zadnji

veliki korak v avtomatizaciji elektronskega tahimetra. S sistemom AIT elimo dopolniti sistem AST ter tako

dokonno zmanjati tevilo osebja na terenu konkretno prisotnost operaterja. Teoretino in tudi praktino

lahko s tako avtomatiziranim instrumentom terensko izmero opravlja en sam lovek, zato se je uveljavil angleki

izraz One Man Station.

Celovita reitev tehnolokih problemov in sinhronizacija sistemov APT in AIT zahteva uporabo najsodobneje

tehnologije in znanj z razlinih podroij. Pred konkretnim tehninim razvojem sistema AIT in vgradnjo sistema

v elektronski tahimeter pa si morajo konstruktorji odgovoriti na nekatera osnovna vpraanja, ki bodo odloilno

vplivala na razvoj sistema oziroma njegove tehnine in programske reitve.

Teoretino je maksimalno mono iskalno obmoje tare krogla s srediem v preseiu osi X in Y instrumenta.

To iskalno obmoje lahko po preudarnem razmiljanju bistveno omejimo. Strme vizure navzgor (zenitna razdalja

< 45) nastopajo samo v posebnih merskih nalogah, npr. pri doloevanju viine stolpov, spuanju viinskih tok

ipd. Brez reflektorja za strme vizure ali zenitnega okularja so takne merske toke pogosto neizmerljive. Pri

strmih vizurah navzdol (zenitna razdalja > 135) je podnoje instrumenta fizina ovira. e groba analiza

porazdelitev tok tahimetrinih merjenj pri detajlnem snemanju in zakolievanju pokae, da se ve kot 90 % tok

nahaja med zenitnima razdaljama 100 in 80.

Primer:

AIT bi eleli realizirati brez dodatne strojne opreme v avtomatskem elektronskem tahimetru z vgrajenim

sistemom AVT, ki ima vidno polje iroko radialno eno stopinjo torej samo z dodatnimi programskimi

reitvami. V procesu avtomatskega iskanja toke se omejimo na obmoje med zenitnima razdaljama 80

in 100. Iskanje toke bo v najslabem primeru potekalo na horizontalnem obmoju med horizontalnima

smerema 0 in 360.

Tako omejeno iskalno obmoje avtomatskega iskanja tare bi zahtevalo ogromno tevilo meritev. Korak

premikanja servomotorjev bo velik najve 1, ker je vidno polje sistema AVT iroko 1 radialno. Za

preiskavo celotnega obmoja med horizontalnima smerema 0 in 360 v irini razlike zenitnih razdalj

kotov 100 in 80 bo potrebno izvesti 7360 zagonov sistema AVT (360/1)(20/1)=7360. e vsak

zagon sistema AVT traja priblino 10 s, bo postopek iskanja dolg maksimalno 73600 s oziroma 20 ur.

Slika 3: Tehnologija pasivnih tar (Trimble) in tehnologija aktivnih tar (Topcon)

Zaradi velikega tevila meritev, ki bi jih moral izvesti sistem AVT, da bi brez pomoi nael taro, se je pojavilo

vpraanje, kako instrumentu omejiti iskalno obmoje. Signalizirano taro bo instrument grobo naviziral hitreje,

e bo priblino vedel, kje se nahaja. Zato je veina proizvajalcev avtomatiziranih elektronskih tahimetrov zaela

razvijati tehnologije za lociranje tare oziroma grobo viziranje proti tari. Nekateri uporabljajo t. i. tehnologijo

aktivnih tar, kjer so tare sposobne usmeriti elektronski tahimeter v pravo smer imajo aktivno vlogo v

merskem postopku. Drugi proizvajalci pa vztrajajo pri obiajnih tarah, kjer se vse operacije izvedejo v

instrumentu, tara pa opravlja samo svojo tradicionalno vlogo t. i. tehnologija pasivnih tar.

Ne glede na to, ali so tare aktivne ali pasivne, je za poveanje iskalnega obmoja tahimetra potrebna dodatna,

ne samo programska, ampak tudi strojna oprema avtomatskega elektronskega tahimetra, ki pa se glede na

tehnologijo tar seveda razlikuje. Skupek dodatne strojne in programske opreme za realizacijo avtomatskega

iskanja tare lahko poimenujemo modul oziroma enota AIT.

Ena izmed osnovnih sestavin veine modulov AIT je oddajnik elektromagnetnega valovanja, ki preko posebne

optike emitira snop arkov. Oddajnik se lahko nahaja na tari (aktivne tare) ali v tahimetru (pasivne tare). V

primeru, ko se oddajnik nahaja v tahimetru, je lahko osnova za snop arkov kar svetilo elektrooptinega

razdaljemera. Snop arkov se iz oddajnika iri v obliki stoca ali piramide, ki ima vrh v oddajniku. Osnovna

ploskev stoca ali piramide predstavlja iskalno obmoje. Velikost iskalnega obmoja je lahko razlina, odvisna

je predvsem od zmonosti senzorjev sistema AIT, ki zaznajo od tare odbiti signal in sposobnosti algoritmov, ki

na osnovi odbitega signala priblino pozicionirajo vizurno os tahimetra (Spectra Precision).

6.1 Tehnologija AIT z aktivnimi tarami

Aktivna tara ima poleg reflektorja in kontrolne enote za daljinsko upravljanje s tahimetrom e poseben

oddajnik, ki ob sproitvi sistema AIT emitira doloeno elektromagnetno valovanje. Nekateri proizvajalci

uporabljajo snope laserskih arkov, drugi sinusno modulirano infrardee elektromagnetno valovanje. Operater

usmeri oddajnik elektromagnetnega valovanja s pomojo optine usmerjevalne naprave na tari proti

avtomatskemu elektronskemu tahimetru, ki ob sproitvi sistema AIT zane rotirati okrog glavnih osi z namenom

doloitve pribline smeri proti tari. Ko posebni senzor v tahimetru zazna iz aktivne tare oddano

elektromagnetno valovanje, mikroprocesor ustavi rotiranje tahimetra. Nato instrument preklopi na sistem APT,

saj se v tem trenutku tara e nahaja v vidnem polju sistema APT.

Aktivne tare mono zmanjujejo verjetnost, da bo modul AIT zaznal kaken motei odbiti signal signal, ki se

ne odbije od tare, ampak od drugih reflektirajoih predmetov v okolici. V primeru, da na terenu uporabljamo

ve tar, obstaja tudi monost, da avtomatski elektronski tahimeter izbere in navizira napano taro (Greenwood,

2001).

6.2 Tehnologija AIT s pasivnimi tarami

Pasivna tara je lahko vsaka obiajna tara, ki se uporablja pri klasini terestrini izmeri z elektronskim

tahimetrom oziroma tara, ki omogoa AVT. Ker pa je sistem AIT obiajno nadgradnja sistema AST, se

velikokrat uporabljajo tare s 360 reflektorjem, ki omogoajo enostavneje avtomatsko sledenje tari.

Pri tehnologiji AIT s pasivnimi tarami ob sproitvi ukaza za iskanje tare avtomatski elektronski tahimeter

preko posebne optike v sistemu AIT zane emitirati snop laserskih arkov, obenem pa servomotorji rotirajo

zgornji sestav instrumenta okoli vertikalne osi. Ko senzor sistema AIT v tahimetru sprejme odbiti svetlobni

signal, mikroprocesor ustavi rotiranje tahimetra okoli vertikalne osi in zane daljnogled poasi rotirati e okrog

horizontalne osi. Ko doloi priblino horizontalno in vertikalno smer vizurne osi proti ciljni toki, preklopi na

sistem APT. Iskalno obmoje snopa laserskih arkov mora imet irok vertikalni kot, horizontalni kot pa je lahko

precej ozek, saj bo svetlobni signal, emitiran iz tahimetra, ki se vrti okoli vertikalne osi, v vsakem primeru zadel

taro in se odbil nazaj.

Modul AIT mora biti sposoben, da signal, odbit od tare, razloiti od moteih odbitih signalov. Pogosti motei

faktor je umetna svetloba ter odbita in neposredno vpadla sonna svetloba. Naslednja teava pri prepoznavanju

signala je pojav ogromne dinamike med signalom, odbitim od tare in signalom, odbitim od reflektirajoih

objektov, kot so ipe in zrcala ali velike osvetljene bele ploskve. Tako je lahko ''pravi'' signal, ki doloa mersko

toko, veliko ibkeji od navedenih moteih signalov in se seteje s umom. Razvijalci te tehnologije so zato

razvili posebne algoritme, ki primerjajo odbiti signal z referennim signalom, idealno odbitim od tare.

Slika 4: AIT firme Leica - izloitev moteih signalov sistema AIT

e so odstopanja prevelika, tahimeter nadaljuje proces avtomatskega iskanja tare ter skua najti ''pravi'' odboj.

Velika pomanjkljivost tehnologije AIT s pasivnimi tarami je tudi zelo oteena istoasna uporaba veih tar, saj

je edina trivialna reitev fizino zakrivanje reflektorjev tar, ki trenutno niso v funkciji signalizacije ciljne toke

(Leica, Whitesheet).

7. PREGLED TEHNOLOGIJ APT, AST IN AIT NEKATERIH POMEMBNEJIH PROIZVAJALCEV

Proizvajalci avtomatskih elektronskih tahimetrov razvijajo tehnologije APT in AIT samostojno in v veliki meri v

tajnosti. Javno dostopni so samo osnovni principi delovanja sistemov vijih stopenj avtomatizacije ter osnovne

tehnine lastnosti, podrobneje informacije pa so zelo skope. e bolj zanimivo je, da na podroju avtomatiziranih

elektronskih tahimetrov niti proizvajalci niti strokovnjaki ne uporabljajo enotne terminologije. Lainim

uporabnikom oziroma kupcem je tako praktino onemogoeno, da bi na primer pred nakupom avtomatskega

tahimetra enostavno izvedli primerjavo avtomatskih elektronskih tahimetrov posameznih proizvajalcev. V

preglednici 1 so na kratko predstavljene glavne tehnine specifikacije tehnologij vijih stopenj avtomatizacije

pomembnejih proizvajalcev oziroma njihovih najsodobnejih elektronskih tahimetrov.

Preglednica 1: Izbrani sodobni elektronski tahimetri in njihove znailnosti.

Leica TPS1201+

Sokkia SRX1

Trimble S8

Topcon GPT9001A

Natannost Hz in V kotov po standardu ISO 17123-3

1'' 1'' 1'' 1''

Najveja hitrost rotiranja 45/s 45/s 115/s 85/s Vidno polje daljnogleda 1 30' 1 30' 1 30' 1 30' Poimenovanje sistema AVT ATR (Automatic

Target Recognition) Autopointing Autolock / Finelock Auto Lock

Princip delovanja sistema AVT Digitalna obdelava oddanega merskega signala, ki se preslika na CMOS tipalo s koaksialno optiko z daljnogledom.

Oddani merski signal se preslika na tipalo CCD, ki ima koaksialno optiko z daljnogledom.

Tara RMT (Remote Measured Target) emitira merski signal, ki ga sprejema senzor v inst. ter popravlja smer, dokler vizurna os ni poravnana s smerjo proti tari.

-

Merski signal sistema AVT Infrardei laserski arek

Infrardei impulzni laserski arek (830 nm)

Sinusno modulirano infrardee EMV

-

Doseg sistema AVT 1.5 m 1000 m (standardna tara GPR1) 1.5 m 600 m (360 reflektor GRZ4)

2 m 1000 m (standardna tara APO1) 2 m 600 m (360 reflektor APT1)

0.2 m 500m /700 m (Passive prisms) 0.2 m 800m (Trimble Multi Track Target)

-

Natannost viziranja sistema AVT

1 mm za kraje razdalje 1'' za veje razdalje

2 mm za razdalje do 100 m (4'') 3'' za razdalje, veje od 100 m

2 mm pri 200 m (2'') -

asovni interval viziranja s sistemom AVT

1.5 s (tara se nahaja v vidnem polju daljnogleda)

4 s 8 s (tara se nahaja v vidnem polju daljnogleda)

2 s 10 s -

Poimenovanje sistema AST Lock Autotracking Robotic Automatic Tracking

Doseg sistema AST 5 m 800 m (standardna tara GPR1) 5 m 500 m (360 reflektor GRZ4)

5 m 800 m (standardna tara APO1) 5 m 500 m (360 reflektor APT1)

0.2 m 500 m / 700 m (Passive prisms) 0.2 m 800 m (Trimble MultiTrack Target)

-

Najveja hitrost sledenja sistema AST

5 m/s pri 20 m 25 m/s pri 100 m

14/s 5 m/s pri 20 m 25 m/s pri 100 m

- 15/s

Poimenovanje sistema AIT Power Search On Denmand Control Unit

GeoLock Quick Lock / Remote Control RC3

Vrsta tare pasivna aktivna emitira snop laserskih arkov

aktivna z vgrajenim navigacijskimGPS sprejemnikom GPS

aktivna emitira infrardei laserski signal

Vrsta telemetrine povezave med taro in kontrolno enoto za daljinsko vodenje oz. tahimetrom

ni potrebna Bluetooth povezava Bluetooth povezava (tara kontrolna enota)

Infrardei laserski arek (tara tahimeter) Bluetooth povezava (tara kontrolna enota)

Vrsta telemetrine povezave med tahimetrom in kontrolno enoto za daljinsko vodenje

radijska povezava Bluetooth povezava Bluetooth povezava radijska povezava

as iskanja tare sistema AIT maksimalno 10 s 15 s 30 s (postopek lokalizacije) 3 s (ko je sistem e lokaliziran)

priblino 10 s

Doseg sistema AIT 1.5 m 300 m Standard mode: 2 m 100 m Far Mode: 2 m 250 m

omejen z dosegom sistema Autolock

5 m 400 m

8. ZAKLJUEK

Vije stopnje avtomatizacije elektronskih tahimetrov so dobrodoel dodatek oziroma nadgradnja obiajnih

elektronskih tahimetrov. Z njimi se mono poenostavi in optimizira veliko predvsem rutinskih merskih opravil.

Relevantno mnenje o uporabnosti sistema elektronskega tahimetra je mogoe pridobiti le in predvsem na osnovi

praktinih izkuenj. Te prej ali slej zelo podrobno spoznamo, e imamo na voljo ustrezen instrument ali celo niz

instrumentov, ki jih uporabimo pri vsakdanjem delu. Je pa nenavadno in celo naivno, e slepo verjamemo

proizvajalcem in instrument enostavno kupimo. brez skrbnega pregleda ponudb razlinih proizvajalcev in

primerjalnih testov.

Tehnologija avtomatskega viziranja tare v kombinaciji s specializirano programsko opremo je idealna za

vzpostavitev popolnoma robotiziranih meritev za potrebe opazovanja premikov in deformacij ali izmer

geodetskih mre, kjer je potrebno veliko tevilo meritev do istih ciljnih tok. Obenem pa je zelo uporabna tudi

pri detajlni izmeri, saj mono razbremeni operaterja. Avtomatsko sledenje tari je v osnovi namenjeno reevanju

specifinih geodetskih nalog, kjer nas zanima doloitev poloaja preminih tok. Za realizacijo t. i. One Man

Station instrumenta, ki omogoa samostojno detajlno polarno izmero izmero, ki jo izvaja ena oseba, pa ima

tahimeter z vgrajenima sistemoma za avtomatsko viziranje in sledenje tari preve tehninih pomanjkljivosti. Z

vgradnjo sistema za avtomatsko iskanje tare postane elja po samostojni izmeri ene osebe realnost. Vendar e

vedno obstajajo nekatere pomanjkljivosti: aktivne tare, ki jih uporablja veina proizvajalcev, so namre okorne,

pri delu s pasivnimi tarami pa je potrebna dodatna pozornost, saj so relativno nezanesljive.

Ideja o One Man Station instrumentu je v teoriji mamljiva, vendar je praktina realizacija detajlne izmere ene

osebe vpraljiva. Tudi e je elektronski tahimeter popolnoma avtomatiziran in ne potrebujemo operaterja na

mestu instrumenta, mu mora oseba, ki izvaja izmero, posredovati njegove osnovne naloge z daljinsko vodeno

kontrolno enoto. e predpostavimo, da mora ista oseba obenem e kvalitetno drati taro na togem grezilu in

voditi terenski zapisnik oziroma skico izmere, dobimo obutek, da je dela za eno osebo enostavno preve.

Nereljiv problem za vse sisteme vijih stopenj avtomatizacije je izmera ciljnih tok, ki jih s taro lahko samo

priblino signaliziramo (npr. vogal stavbe, na katerega taro prislonimo sredie tare ne predstavlja ciljne

toke, ali tara, ki se nahaja za grmovjem in je samo delno vidna). Naloge, ki za operaterja ne predstavljajo

nobenih teav, so za avtomatske tahimetre zaenkrat nereljiv problem.

Avtomatski elektronski tahimetri torej (e) ne omogoajo optimalnega samostojnega dela ene osebe na terenu,

kar pa ne pomeni, da vije stopnje avtomatizacije niso uporabne. Nasprotno omogoajo reevanje nekaterih

specifinih nalog, ki z obiajnimi elektronskimi tahimetri niso bile izvedljive, predvsem pa poveajo

produktivnost dela, kar je vsekakor dovolj dober razlog za njihovo uporabo.

Prispelo v objavo: 24. julij 2008

Literatura in viri:

Beni, D. (1990). Geodetski instrumenti. Zagreb:, kolska knjiga.

Chaves, M. (1999). Geodimeter The First Name in EDM. Professional Surveyor. 19, 2.

http://www.profsurv.com/archive.php?issue=29&article=394 (01. 03. 2008)

oli, K. (1974). Razvoj i znaaj automatizacije mjerenja. V N. Franula, Zbornik radova Komisije za

automatizacijo (str. 25-51). Zagreb: Savez geodetskih inenjera i geometara Hrvatske.

Development of Robotic surveying Solutions. Spectra Precision.

http://publications.ksu.edu.sa/Conferences/Business%20Briefing%20World%20Urban%20Economic%20Develo

pment%20in%202000/SPECTRA.PDF

GPT-9000A/GTS-900A Robotic Total Stations System, Topcon Europe Positioning B.V.

http://www.toconeurope.com/Leaflet%20GPT9000A-A4-euro-final.pdf

Greenwood, J. A. (2001). Experiences With an Active Target Total Station for Precise Angle Measurement.

Professional Surveyor. 21, 1.

http://www.profsurv.com/archive.php?issue=49&article=685 (01. 03. 2008)

Kavanagh, B. F. (2007). Surveying with construction applications. Sixth edition. Ohio, Pearson Education.

Leica TPS1200+ A Telescope with New Opto-Mechanical Design. Heerbrugg, Leica Geosystems AG,

Whitesheet.

www.leica-geosystems.com/common/shared/downloads/inc/downloader.asp?id=7585 (12. 01. 2008)

SRX specifications. Ver. 1. 2006. Kanagawa, Sokkia CO.

http://210.158.195.181/english/PDF/A243e.pdf (22. 02. 2008)

Trimble S8 Total Station. 2007. Dayton, Trimble, Datasheet.

http://trl.trimble.com/docushare/dsweb/Get/Document-390412/022543-410_TrimbleS8_ DS_0907_lr.pdf (12.

01. 2008)

Marko Mataija Valh, univ. dipl. in. geod.

E-pota: nmataija@hotmail.com

asist. Ale Marjeti, univ. dipl. in. geod.

FGG Oddelek za geodezijo, Jamova 2, SI-1000 Ljubljana

E-pota: ales.marjetic@fgg.uni-lj.si, tel.: (01) 4768 500

izr. prof. dr. Duan Kogoj, univ. dipl. in. geod.

FGG Oddelek za geodezijo, Jamova 2, SI-1000 Ljubljana

E-pota: dusan.kogoj@fgg.uni-lj.si, tel.: (01) 4768 500