Ćwiczenie nr 8

Określanie dokładności pomiaru kierunku poziomego według standardu ISO 17123

Cel: określenie dokładności użytkowej pomiaru kierunku poziomego badanego instrumentu geodezyjnego z jego wyposażeniem pomocniczym

Miejsce wykonania: sala IIIG.

Sprzęt: tachymetr elektroniczny Leica TC 407 (lub inny), statyw, szkicownik, tarcze celownicze

Wprowadzenie

    Systemy odczytowe teodolitów można podzielić na dwie zasadnicze grupy:

      -     jednomiejscowe systemy odczytowe,

       -     dwumiejscowe systemy odczytowe.

   W systemie jednomiejscowym obraz kręgu pobierany jest w jednym miejscu. Promień świetlny przebija szklany krąg (lub odbija się od kręgu lustrzanego) i zabiera jego obraz do urządzenia odczytowego. Jednomiejscowe systemy odczytowe występują w teodolitach o niższych parametrach dokładnościowych. W systemach dwumiejscowych promień świetlny przebija krąg (lub jest odbity) w dwóch diametralnych miejscach. Obrazy obu fragmentów kręgu są przesyłane do urządzenia odczytowego. Dwumiejscowe systemy odczytowe spotykamy w teodolitach precyzyjnych. Wartość pomierzonego kierunku jest wyśrednioną wartością z dwu diametralnych miejsc kręgu pozbawioną błędu mimośrodowego położenia kręgu i alidady. W teodolitach optycznych systemy odczytowe z uwagi na rodzaj urządzenia odczytowego możemy podzielić na:

·         mikroskop szacunkowy (wskaźnik)

·         mikroskop noniuszowy

·         mikroskop skalowy

·         mikroskop ze śrubą mikrometryczną

·         mikrometr optyczny z płytką płasko-równoległą

·         mikrometr optyczny z dwoma parami klinów optycznych   

·         mikrometr optyczny z dwiema płytkami płasko-równoległymi

Istnieje jeszcze inny podział systemów odczytowych na:

·         systemy analogowe,

·         systemy cyfrowe,

·         systemy analogowo-cyfrowe

W systemie analogowym wartość reprezentowana jest przez wielkość fizyczną np. długość. Po wyskalowanym odcinku (podzielni) reprezentującym wielkość przesuwa się wskaźnik. Z położenia wskaźnika na skali odczytujemy wartość opisywanego zjawiska. Typowym przykładem analogowego systemu odczytowego jest mikroskop skalowy

Systemy cyfrowe w teodolitach optycznych nie występują. Instrumentami posiadającymi cyfrowe systemy odczytowe są teodolity elektroniczne. Wartość mierzonego kierunku lub kąta wyświetlana jest w postaci cyfrowej na urządzeniu wyjściowym teodolitu. W nowszych optycznych teodolitach precyzyjnych występują systemy odczytowe analogowo-cyfrowe. Część wartości pomierzonej wielkości otrzymujemy bezpośrednio w postaci cyfrowej, a część odczytujemy z porównania dwu wielkości (analogowo).

System jednomiejscowy

System dwumiejscowy

Systemy odczytowe teodolitów elektronicznych

W teodolitach elektronicznych pomiar kątów lub kierunków sprowadza się do wycelowania lunety instrumentu na punkt i następnie do odczytania jej położenia z urządzenia wyświetlającego, podającego gotową wartość w zadanych jednostkach kątowych (stopnie, grady lub inne). Systemy odczytowe teodolitów elektronicznych, możemy podzielić na dwie grupy:

·         kodowe,

·         impulsowe (inkrementalne).

W pierwszej grupie urządzeń, każdemu położeniu alidady teodolitu odpowiada jeden, jednoznaczny stan napięcia w systemie odczytowym. Natomiast w drugiej grupie urządzeń pomiar polega na zliczaniu impulsów podczas obrotu alidady. Z ilości impulsów oblicza się wartość kąta

Opis procedury

Pole testowe składa się z pięciu punktów obserwowanych dla procedury pełnej lub czterech punktów obserwowanych dla procedury uproszczonej. Zgodnie z założeniami standardu ISO 17123  należy wykonać cykle pomiarowe w ilości m = 4 dla procedury pełnej lub m = 1 dla procedury uproszczonej. Każdy cykl pomiarowy składa się z trzech serii (j = 3) obserwacji odczytów koła poziomego do punktów obserwowanych. Punkty obserwowane sygnalizowane tarczami celowniczymi powinny być zlokalizowane w odległościach 100-250 m od stanowiska, równomiernie rozłożone kątowo na pełnym horyzoncie, dla procedury pełnej t = 5 punktów, dla procedury uproszczonej t = 4 punkty. Na postawie uzyskanych odczytów kierunków poziomych wykonujemy następujące obliczenia

-           odczyty średnie z I i II położenia dla poszczególnych kierunków

-           kierunki zredukowane odpowiadając odczytowi zerowemu (np. na punkt 1) 

-           odczyty średnie z trzech serii dla poszczególnych kierunków 

-           różnice   dla j = 1,2,3 i   k = 1, .......,5

-           średnią arytmetyczną     z różnic     dla każdej serii pomiarowej

-           poprawki

-           sumę kwadratów poprawek

-           liczbę stopni swobody

dla procedury pełnej v = 8, dla uproszczonej  v = 6

-           doświadczalne odchylenie standardowe s  kierunku poziomego  zaobserwowane w jednej serii pomiarowej 

-           doświadczalne odchylenie standardowe s  kierunku poziomego  zaobserwowane w jednej serii pomiarowej  (wyznaczone z czterech cykli pomiarowych przy liczbie stopni swobody v = 4 * 8 = 32

Przebieg ćwiczeń

Dla wyznaczenia użytkowej dokładności pomiaru kierunku, posłużymy się zmodyfikowaną procedura uproszczoną. Modyfikacja polega na skróceniu długości celowych do punktów obserwowanych (wymiary sali ćwiczeniowej). Pozostałe punkty procedury wykonujemy zgodnie z ISO 17123.  Na środku sali usytuowano stanowisko pomiarowe, z możliwością postawienia nóg statywu w gniazdach, dla zapewnienia stabilności instrumentu w trakcie pomiaru. Cztery punkty obserwowane sygnalizowane są tarczami obserwacyjnymi równomiernie rozmieszczonymi na ścianach sali. Wykonujemy obserwacje kątowe w trzech seriach, przesuwając po każdej serii limbus o 60°. W przypadku instrumentów elektronicznych, należy po każdej serii obrócić instrument ze spodarką o 60° i ponownie go scentrować i spoziomować. Przypominam, że seria pomiarowa składa się z pomiaru kierunków w dwóch położeniach lunety. W trakcie pomiaru wyniki obserwacji zapisujemy w dzienniku pomiarowym. W jednym położeniu lunety wykonujemy odczyt po nacelowaniu na tarczę, zapisujemy go w pozycji A. Następnie wyprowadzamy lunetę z celu i wykonujemy powtórne celowanie. Odczyt zapisujemy w pozycji B. Wartość kierunku w danym położeniu jest średnią z odczytów A i B. Kierunek naprowadzania na punkty obserwowane w I położeniu lunety jest zgodny z ruchem wskazówek zegara, w II położeniu lunety kierunek powinien być przeciwny do ruchu wskazówek zegara. Obliczenia wykonujemy zgodnie z algorytmem podanym we wprowadzeniu. Na zakończenie obliczeń wykonujemy test statystyczny który określi czy otrzymane rezultaty są zgodne z wartościami podanymi przez producenta.

d – wartość podana przez producenta

v – liczba stopni swobody

1-a – poziom ufności =0.95

Wykonujemy jedno sprawozdanie  dla całego zespołu pomiarowego.

Opracował: dr inż. Zbigniew Patrzałek

Na podstawie:

Wiesław Pawłowski - Procedury terenowe oceny dokładności instrumentów geodezyjnych według standardów ISO