Retele de Sprijin Utilizate la Ridicarile Topografice

REȚELE DE SPRIJIN UTILIZATE LA RIDICĂRILE TOPOGRAFICE

Modul de alcătuire al rețelelor de sprijin (bază topografică) pentru ridicări specifice în topografie, depinde de mărimea suprafeței teritoriului de ridicat, de existența și de natură construcțiilor de pe teritoriu, precum și de scară și precizia planului topografic solicitat (că produs al ridicării).

Rețeaua de sprijin planimetrică

Pe suprafețe mai mări de 25 km2 rețeaua de sprijin planimetrică se dezvoltă în trei trepte:

Rețea principală, realizată prin metodele triangulației, trilaterației sau poligonometriei de precizie (rețea poligonometrica principală);

Rețea de îndesire (secundară), realizată prin poligonometrie de precizie (rețea poligonometrica secundară), putând fi utilizate și intersecții compensate riguros;

Rețea de ridicare, care se realizează prin drumuiri planimetrice.

Pe suprafețe cuprinse între 2,5 km2 și 25 km2 rețeaua de sprijin planimetrică se alcătuiește din:

Rețea principală, care se determină sub formă de rețea poligonometrica;

Rețea de ridicare, care se determină prin drumuiri planimetrice.

Pe suprafețe mai mici de 2,5 km2, rețeaua de sprijin planimetrică este reprezentată de:

Rețeaua de ridicare, dezvoltată sub formă de drumuiri și poligoane, iar rețeaua de sprijin altimetrică este alcătuită sub formă de:

Drumuiri și poligoane de nivelment trigonometric său de nivelment geometric de ordinul V.

Rețeaua de sprijin altimetrică este alcătuită din:

Rețea principală, determinată prin nivelment geometric de ordinele III și IV;

Rețea de ridicare, realizată prin nivelment trigonometric sau nivelment geometric de ordinul V;

Tipuri de rețele de sprijin geodezice specifice lucrărilor de topografie:

Rețele poligonometrice;

Rețele de trilaterație;

Rețele de triangulație;

Rețele realizate cu tehnologia GPS.

Rețele poligonometrice

Poligonometria se utilizează că îndesire a rețelelor principale (ca trasee izolate între punctele de ordin superior) și că rețele de sprijin independente, care înlocuiesc triangulația (sub formă poligoanelor închise, care acoperă toată suprafața).

Rețelele poligonometrice reprezintă o conexiune de drumuiri poligonometrice care au unul sau mai multe puncte comune și se împart în:

Rețele principale – care se sprijină pe punctele de triangulație;

Rețele secundare – care se sprijină pe puncte poligonometrice principale.

La executarea relelelor poligonometrice principale trebuie să se respecte o serie de condiții:

Abaterea maximă a punctelor de la linia dreaptă care unește punctele nodale pe care se sprijină traseul nu trebuie să depășească 1/3 din lungimea lui;

Lungimile medii ale laturilor drumuirilor poligonometrice să fie de 400-500m;

Unghiurile de frângere ale laturilor să fie cuprinse între 150g – 250g;

Lungimile maxime ale drumuirilor poligonometrice să nu depășească 3-4 km în zone construite și 4-8 km în zone neconstruite;

În cazul rețelelor poligonometrice secundare vor fi înlocuite următoarele condiții:

Traseele drumuirilor se vor sprijini pe puncte din rețeaua geodezică de stat sau din rețeaua poligonometrica principală;

Lungimile medii ale laturilor drumuirilor poligonometrice să fie de 150-200 m;

Unghiurile de frângere ale laturilor să fie cuprinse între 125g – 275g;

Lungimile maxime ale drumuirilor poligonometrice să nu depășească 1,5-3 km în zone construite și 2-4 km în zone neconstruite.

În cazul rețelelor poligonometrice principale, unghiurile se măsoară cu teodolite optice de precizie, neinchiderile unghiulare în poligoane nu vor depăși neinchiderea maximă admisă.

În cazul rețelelor poligonometrice secundare, la măsurarea direcțiilor orizontale, se utilizează metodă seriilor (se vor efectua trei serii), iar închiderea în turul de orizont trebuie să se încadreze în abaterea maximă admisă.

Laturile se măsoară cu dispozitive electrooptice mici, urmărindu-se asigurarea unei precizii relative de cel puțin 1/10000.

Aceste rețele reprezintă bază topografică sau bază de sprijin pentru ridicări la scări mari, pentru trasări și pentru supravegherea unor obiective de mari dimensiuni.

1.2. Rețelele de trilaterație

Rețele utilizate pentru realizarea de construcții speciale: acceleratoare de particule sau construcții înalte, rețelele de trilaterație sau microlateratie sunt rețele la care se efectuează numai măsurători de distanțe, acestea reprezentând, de regulă, laturile de triunghiuri, a căror laturi ale rețelei sunt între 10 și 100 m. Astfel de rețele se dovedesc foarte raționale la determinarea deplasărilor orizontale ale punctelor de pe suprafața terenurilor predispuse la alunecare sau ale unor puncte dispuse pe suprafețe de beton armat, care fac obiectul urmăririi deplasărilor.

1.3. Rețele de triangulație

Necesare pentru completarea rețelei de puncte, că și pentru stabilirea de puncte noi, se folosește triangulația topografică, deoarece în numeroase zone rețeaua de sprijin nu este suficientă pentru legarea măsurătorilor de detaliu de punctele geodezice. Rețeaua de triangulație se dezvoltă în două trepte (care acoperă tot teritoriul localității, cu lungimi între 3 și 7 km) și rețea secundară (care îndesește pe cea principală, la care lungimile laturilor sunt între 1 și 3 km).

Triangulația locală poate fi privită ca o triangulație geodezică de întindere redusă (lături de lungime 3 km).

În funcție de obstacolele care trebuie să fie evitate, de formă reliefului, și în funcție de relieful terenului se aleg diferite tipuri de triangulație, se aleg tipuri de rețele de triangulație locală, care pot fi:

Poligon cu punct central;

Lanț de poligoane cu punct central;

Patrulater cu diagonale observate;

Lanț de patrulatere;

Lanț de triunghiuri.

1.4. Rețele realizate cu tehnologia G.P.S.

Avantajele acestei tehnologii sunt reprezentate de faptul că:

Se pot concepe rețele bine adaptate la cerințele de trasare, a căror configurație nu trebuie să respecte criteriile clasice de proiectare;

Punctele nu trebuie să aibă vizibilitate, astfel că semnalele geodezice devin inutile;

Precizie instrumental-milimetrica plus o eroare variabilă de la 1 la 2 ppm din distanța între puncte;

Productivitate mărită, rezultând costuri scăzute;

Măsurători în orice condiții de vreme (ceață, ploaie, timp noros, zi/noapte);

Măsurători tridimensionale.

5. RIDICĂRI TOPOGRAFICE

5.1. Principii ale organizării lucrărilor topografice

Definiție: ansamblul lucrărilor efectuate pe teren și la birou în vederea obținerii unui plan topografic poartă denumirea de ridicare topografică. Orice ridicare topografică trebuie executată pe baza unei rețele geodezice de sprijin, în care se încadrează în final.

Definiție: o rețea geodezică este formată din mulțimea punctelor situate pe suprafața pe care se desfășoară o lucrare (ridicare topografică în acest caz) a căror poziție este cunoscută într-un sistem unitar de referință.

În țara noastră, ridicările topografice trebuie efectuate în sistemul rețelei de sprijin geodezice de stat, creată separată pentru planimetrie și pentru altimetrie. Uneori, în cazul ridicărilor topografice locale, măsurătorile se bazează pe rețele de sprijin locale, care ulterior se integrează în rețeaua geodezică de stat.

Observație: rețelele de puncte pentru care se cunoaște poziția orizontală, într-un sistem bidimensional ce coordonate (coordonatele rectangulare plane X, Y- de exemplu) poartă denumirea de rețele planimetrice. Rețelele de puncte definite numai printr-o singură coordonată (altitudinea sau cota H, definită în general ca înălțimea deasupra mării) sunt cunoscute sub denumirea de rețele altimetrice.

5.1.1. Rețele de sprijin planimetrice

În funcție de natură elementelor măsurate, rețelele planimetrice se pot clasifica astfel:

Pentru ridicările planimetrice, bază geodezică este alcătuită din punctele rețelei de triangulație geodezică de stat, puncte care sunt situate în vârfurile unor triunghiuri care acoperă întreaga suprafață a țării.În acest tip de rețele se efectuează numai măsurători de direcții unghiulare orizontale.

Rețeaua de triangulație este organizată pe ordine de mărime după cum urmează:

Rețeaua de triangulație de ordinul I, triunghiurile având laturile de la 20 la 60 km;

Unui punct al acestei rețele (punct central) i se determină, prin măsurători astronomice, coordonatele geografice și un azimut A (unghiul dintre direcția Nord geografic și o latură aretelei ce pleacă din acel punct).Se mai măsoară toate unghiurile orizontale din triunghiurile ce formează rețeaua și se determină coordonatele tuturor punctelor rețelei, coordonate geografice pe elipsoidul de referință. Ulterior, aceste coordonate sunt transformate în coordonate plane X, Y în planul de proiecție adoptat.

Rețeaua de triangulație de ordinul II, având ca scop reducerea distanței de 20-60 km, dintre punctele rețelei de ordinul I, rețeaua de ordinul II având laturile de cca. 10-20 km.;

Îndesirea se realizează prin puncte ale rețelei de ordinul III, cu laturile triunghiurilor de 7-15 km și prin puncte de ordinul IV, cu laturile de 4-8 km.

Determinarea coordonatelor rectangulare ale punctelor de ordinul II, III și IV se face direct în planul de proiecție adoptat, pornind de la coordonatele cunoscute ale punctelor de ordinul I și ținând seamă de curbură Pământului la prelucrarea măsurătorilor.

Îndesirea rețelei de triangulație de ordin superior (formată din puncte de ordinul I, ÎI, III și IV) se face prin puncte de ordin inferior (puncte de ordinul V), care sunt situate la distanțe de 1-2 km, câte un punct la 50-100 ha;

La determinarea poziției punctelor rețelelor geodezice, în afară de măsurători de unghiuri orizontale, se pot măsura numai distanțe (laturi ale acelorași triunghiuri), rețelele numindu-se în acest caz rețele de trilaterație;

Combinarea măsurătorilor de direcții unghiulare orizontale și distanțe (triangulatie-trilateratie) permite o mai bună adaptare la condițiile existențe pe teren.

Tuturor punctelor care formează rețelele planimetrice amintite mai sus li se transmit coordonate într-un sistem de coordonate bidimensional (sistem de coordonate rectangulate plane), prin diverse metode de măsurare și calcul. Pentru reprezentarea în plan a suprafeței terestre se utilizează diverse sisteme de proiecție cartografice, prin intermediul cărora se face corespondența între suprafața terestră și planul orizontal în care se reprezintă această.

Observație:

În România, începând cu anul 1971, toate lucrările geodezice, topografice, fotogrametrice și cartografice se execută în „sistem de proiecție stereografică 1970”, proiecție pe plan unic secant.

Polul proiecției, denumit și centrul proiecției, este situat la latitudinea de 46 * Nord și longitudinea de 25 * Est, existând un cerc de deformație nulă cu rază de 201718 m. Sistemul de axe de coordonate rectangulare plane are că origine imaginea plană a polului proiecției, axă Ox având sensul pozitiv spre nord iar axă Oy având sensul pozitiv spre est.

Din considerente practice, pentru a nu lucra cu valori negative ale coordonatelor, s-a adoptat o translație a sistemelor de axe cu 500000 m spre vest și spre sud, astfel încât, pe teritoriul României, să se lucreze numai cu valori pozitive ale coordonatelor.

Trecerea de la coordonatele plane la coordonatele geodezice pe elipsoidul de referință și invers se realizează prin intermediul unor calcule destul de laborioase, cu ajutorul unor coeficienți constanți.

Pentru lucrările inginerești, de amplasare a unor obiective industriale, civile, hidrotehnice sau de altă natură, pot fi realizate rețele geodezice locale, care pot avea precizii mai mări decât rețelele geodezice de stat, în care- eventual- se încadrează ulterior.

5.1.2 Rețele de sprijin altimetrice

Baza altimetrică a ridicărilor topografice pentru toate scările este constituită din așa numitele rețele de nivelment care se dezvoltă de-a lungul principalelor căi de comunicație său pe văile principalelor ape curgătoare.

Rețelele de nivelment se pot clasifica astfel:

Rețele de nivelment general al țării (rețeaua de nivelment geometric de stat). Acestea cuprind rețelele de nivelment geometric geodezic de ordinul I, II, III și IV;

Observație:

Cu ajutorul rețelelor de ordinul I și II se stabilește un sistem unic de altitudini (cote) pentru întreg teritoriul țării.

Rețelele de ordinul III și IV îndesesc pe cele de ordinul I și ÎI și servesc pentru satisfacerea bazei altimetrice a ridicărilor topografice și pentru rezolvarea diverselor probleme inginerești.

Rețele altimetrice de îndesire. Acestea constituie bază altimetrică directă pentru ridicările topografice. Ele îndesesc rețelele nominalizate mai sus, la punctul a.;

Rețele altimetrice locale. Acestea se execută în cazul ridicărilor topografice la scări mari (1: 1000. 1: 500) și pentru diverse scopuri inginerești;

Observație:
În funcție de mărimea suprafeței de ridicat și de precizia necesară, rețele locale se construiesc sub formă de drumuiri său poligoane de nivelment.

Pentru cazuri speciale (rezolvarea unor probleme inginerești, urmărirea comportării construcțiilor și terenurilor, etc.) se realizează rețele de nivelment de înaltă precizie.

Tuturor punctelor care formează rețelele de nivelment amintite mai sus li se transmit altitudini (cote) prin nivelment geometric său trigonometric (în zonele cu teren accidentat), față de o suprafață zero de referință.

Observație:

În România, sistemul de referință utilizat pentru rețeaua de nivelment de stat este denumit „sistem Marea Neagră zero 1975”. Punctul zero fundamental a fost considerat reperul fundamental de tip I din Capela Militară din Constanța, altitudinea lui fiind determinată prin lucrări de nivelment geometric repetat față de nivelul mediu al mării.

Studiile ulterioare au condus la ideea creării unui nou amplasament pentru punctul zero fundamental, într-o zonă „stabilă” din punct de vedere geologic. Acesta se situează la cca. 53 km de Constanța, între localitățile Tariverde și Cogealac.

5.1.3 Marcarea și semnalizarea punctelor topografice

Definiție:

Marcarea este operațiunea de materializare la nivelul solului a punctelor topografice, iar semnalizarea este operațiunea prin intermediul căreia se crează posibilitatea observării de la distanța a punctelor topografice.

În funcție de structură terenului și importanța punctului, marcarea se poate face prin:

Țăruși de lemn- care pot avea secțiunea pătrată sau circulară și se utilizează pentru punctele de drumuire și de detaliu în exteriorul localităților (extravilan). Punctul matematic, pentru care se determină coordonatele, se materializează printr-un cui care se bate la partea superioară a țărușului;

Țăruși metalalici și cuie topografice- care se folosesc la materializarea punctelor din interiorul localităților (intravilan), punctul matematic fiind materializat printr-o adâncitură practicată la aprtea superioară a țărușului metalic.

Borne de beton- utilizate pentru marcări permanente, atât în extravilan cât și în intravilan, și sunt în formă de trunchi de piramidă, fiind confecționate din beton sau beton armat. Punctul matematic este reprezentat de bulonul metalic de la partea superioară a bornei care este încastrat în beton la turnare.

Borne cu tijă metalica- utilizate pentru marcări permanente, atât în extraviln cât și în intravilan, și sunt formate dintr-o tija metalică specială, iar partea superioară, în formă de trunchi de piramidă, este confecționată din plastic dur sau beton.

5.1.3.2 Semnalizarea punctelor de planimetrie

În funcție de importantă punctului, se pot întâlni:

Semnale portabile;

Semnale permanente;

Din categoria semnalelor portabile face parte jalonul, confecționat din lemn (sau din metal) care poate avea secțiunea circulară, triunghiulară, hexagonală sau octogonală, iar la partea inferioară este prevăzut cu un sabot metalic. Pentru a putea fi văzut ușor de la distanța este vopsit alternativ în roșu și alb.

Jalonul este utilizat pentru semnalizarea la distanța de 200-300 m, verticalizarea lui realizându-se vizual (din ochi), cu ajutorul unui fir cu plumb sau cu o nivelă sferică atașată pe jalon, iar pentru instalarea deasupra punctului topografic se poate utiliza un trepied.

Observație:

Din categoria semnalelor portabile mai poate face parte și miră topografică, divizată centimetric.

Din categoria semnalelor permanente, cele mai reprezentative sunt:

Baliza topografica- care este confecționată dintr-o manelă sau riglă de lemn, cu lungime de 3-7 m, care se întroduce într-o cutie sau țeavă îngropată în pământ, în poziție verticală. Pentru a fi vizat de la distanță mare, semnalul are la partea superioară patru scânduri prinse perpendicular, două câte două, care formează fluturele. Întreg semnalul este vopsit, alternativ în culorile negru și alb sau roșu și alb.

Piramidă topografică (la sol sau cu poduri)- poate fi cu trei sau patru picioare, popul fiind centrat deasupra bornei care marchează punctul topografic, iar picioarele piramidei trebuie astfel dispuse încât să nu împiedice efectuarea observațiilor spre punctele ce trebuie vizate cu instrumentul așezat în stație deasupra bornei (Figura 5.8, 5.9).

Observație:

În ridicările topografice în intravilan se pot folosi semnale speciale, instalate pe clădiri și –de asemenea- semnale instalate în arbori.

5.1.3.3 Marcarea punctelor de altimetrie

Se realizează prin repere de nivelment care diferă în funcție de poziția și importanța punctului, putând astfel deosebi:

Repere încastrate în elementele de rezistență ale construcțiilor, numite și mărci de perete- utilizate în interiorul localităților.

Aceste tipuri de repere se regăsesc sub diverse forme și dimensiuni, elementul de bază este însă punctul matematic (un element metalic semisferic) pe care se instalează mira de nivelment.

Repere de nivelment fixate în sol, realizate dintr-o țeavă cu diametrul mai mare de 60 mm încastrate într-un bloc de beton, iar la partea superioară se sudează o marcă cu cap semisferic;

Repere provizorii, utilizate la materializarea provizorie sau temporară, fiind reprezentate de țăruși de lemn sau metalici;

Observație:

Punctele de legătură care se materializează doar pe durata măsurătorilor se marchează cu broaște de nivelment.

3.4 Semnele convenționale topografice

În general, pe orice hartă sau plan topografic se reprezintă o serie de detalii topografice (obiecte din teren naturale sau artificiale), care pot fi împărțite în grupe de detalii situate pe suprafața terestră (suprafața topografică):

– Relieful;

– Hidrografia;

– Elemente de vegetație;

– Așezări omenești (localități);

– Căile de comunicație (drumuri, căi ferate, poduri, viaducte, etc.);

– Obiective economice, industriale, culturale, de patrimoniu, etc.;

– Detaliile politico-administrative (limite de localități, de teritorii administrative, de județe, de țări, etc.);

– Alte detalii.

Elementele de conținut ale hărților și planurilor topografice pot fi grupate în elemente de altimetrie (reprezentarea reliefului) și elemente de planimetrie (reprezentarea în plan orizontal a tuturor obiectelor situate pe suprafața topografică, denumite detalii topografice).

Reprezentarea elementelor de conținut se face prin semne convenționale.

Definiție:

Semnele convenționale topografice sunt reprezentări (semne) grafice caracteristice pentru toate detaliile topografice (planimetrice și altimetrice) care se regăsesc pe suprafața topografică, respectiv care se reprezintă pe hărți și planuri topografice. Ele trebuie să se caracterizeze printr-un grad ridicat de generalizare al detaliului pe care îl reprzinta, să fie explicite și ușor de desenat.

De regulă, semnele convenționale topografice au un caracter unitar, sunt aprobate de forurile de specialitate și standardizare și se constituie în așa numitele Atlase de semne convenționale. Acestea sunt realizate pe grupuri de scări apropiate și în ele se găsesc toate explicațiile pentru identificarea diverselor semne care se regăsesc pe hărți și planuri topografice, respectiv pentru întocmirea, respectiv realizarea grafică a acestora.În funcție de categoriile de detalii topografice pe care le reprezintă și modul de dimensioanare a lor, semnele convenționale se pot împărți în două categorii:

Semne convenționale pentru reprezentarea planimetriei:

Semne convenționale de contur, utilizate la reprezentarea detaliilor topografice ale căror dimensiuni permit reprezentarea la scară hărții sau planului. Aceste semne au dimensiuni variabile la scară hărții și deci pot oferi informații atât despre poziția cât și despre dimensiunea elementelor reprezentate pe hărți și planuri (un lac, un munte conturat de curbe de nivel, o pădure, o localitate, o grădină, o vie, etc., reprezentate în general prin propriul contur);

Semne convenționale de scară, folosite la reprezentarea detaliilor topografice ale căror dimensiuni nu permit reducerea (exprimarea) lor la scară adoptată a hărții sau a planului topografic. Aceste semne dau informații doar despre poziția elementelor în teren și au aceeași dimensiune pe întreaga hartă (ex. O moară de vânt, o cabană, o fântână, un stâlp, un punct geodezic, etc.). Numărul detaliilor reprezentate prin semne convenționale de scară și dimensiunile acestora depind de scară hărții: cu cât scară hărții este mai mică cu atât numărul detaliilor reprezentate prin aceste semne convenționale va fi mai mare, iar dimensiunile semnelor vor fi mai mici;

Semne convenționale explicative sunt constituite de totalitatea notațiilor care se fac pe hărți și planuri topografice, pentru a da o caracteristică mai deplină detaliilor topografice care se reprezintă prin semne convenționale de contur și de scară. Ele însoțesc de regulă semnele convenționale din categoriile prezentate mai sus.

Exemplu:

Semnul convențional în formă de arbore, care se întroduce în interiorul conturului unei păduri, pentru indicarea esenței predominante; semnele sub formă de cifre și litere care insotsc semnele convenționale propriu-zise și indică diferite caracteristici cantitative sau calitative ale acestora (ex. Fracția care indică înălțimea și diametrul arborilor într-o pădure, cuvântul sulf lângă un semn de izvor, cifre care indică valorile cotelor punctelor caracteristice ale reliefului, etc.).

Semne convenționale pentru reprezentare altimetriei (reliefului):

Relieful este constituit din totalitatea neregularităților suprafeței topografice, fiind o combinație de semne concave și convexe.

În reprezentarea reliefului, deosebit de dificil de figurat pe hărți, intervin și metode speciale (metodă planului cotat, metodă curbelor de nivel, metodă tentelor hipsometrice, metodă hașurilor, metodă punctelor dimensionale, metodă umbrelor cu tente, metodă hărților în relief).

În Topografie, cele mai utilizate moduri de reprezentare a reliefului sunt:

Metodă planului cotat- constă în înscrierea cotelor corespunzătoare în dreptul punctelor raportate pe plan. Planul cotat stă la baza realizării planului care are relieful reprezentat prin curbe de nivel;

Metoda curbelor de nivel- cea mai sugestivă modalitate de reprezentare a reliefului.

Definiție:

Curba de nivel este locul geometric al punctelor de aceeași cotă.

Curba de nivel este linia care unește punctele de pe hartă (plan) care au aceesi cotă.

Curbele de nivel se obțin prin secționarea unei forme de relief din teren cu niște planuri orizontale paralele și echidistanțe, numite suprafețe de nivel. Elementele obținute în modul arătat de mai sus, proiectate pe o suprafață orizontală și reduse la scara permit reprezentarea reliefului prin curbe de nivel pe hărți și planuri.

Definiție:

Distanța măsurată pe verticală între două suprafețe de nivel succesive se numește echidistanța curbelor de nivel și se notează cu E.

În funcție echidistanta și de modul de reprezentare pe plan sau hartă, putem întâlni:

Curbe de nivel normale- care se trasează din echidistanță în echidistanță, cu linie subțire continuă;

Curbe de nivel principale- care se trasează la valori rotunde ale cotelor (de exemplu: din 5 în 5 echidistanțe), cu linie continuă îngroșată.De regulă pe aceste curbe se scriu valorile cotelor;

Curbe de nivel ajutatoare- se trasează la jumătate din echidistanță cu linie subțire întreruptă;

Curbe de nivel accidentale- se trasează la ¼ din echidistanță, cu linii întrerupte mai scurte decât cele ajutătoare.

Observație:

Curbele de nivel se cartografiază (desenează) pe hărți și planuri în culoarea sepia (maron deschis).

Sensul de descreștere a pantei este indicat de bergsstrichuri (indicatoare de pantă) sau de modul de scriere a valorilor pe curbele de nivel principale.

STAȚII TOTALE

3.3.1. Prezentare generală

Stațiile totale fac parte din generația nouă a instrumentelor topografice având, în principiu, funcționalitatea unui tahimetru clasic. Apariția, perfecționarea continuă, răspândirea și folosirea lor aproape în exclusivitate, că și confirmarea avantajelor de precizie, de confort în manevrare și randament, au făcut din stațiile totale simbolul, activității topografului modern. Stațiile totale (ST) sunt instrumente electronice capabile să determine în teren majoritatea elementelor topografice (unghiuri, distanțe, diferențe de nivel, suprafețe), să efectueze prin intermediul unor softuri integrate numeroase calcule topografice și să stocheze datele din teren în memorii electronice. Denumirea generică de stații totale sau inteligente s-a impus din literatura străină, prin publicațiile de specialitate editate în limbile producătorilor de instrumente (engleză, germană).

În structură unei stații totale sunt incluse aceleași axe, aceleași organe principale și aceleași mișcări ale instrumentelor clasice cunoscute, la care se adaugă partea electronică încorporată în aceeași carcasă.

Axele stației totale, ca linii imaginare, de referință, concurente într-un punct sunt (figură 3.22)

– Axa principală, VV’, care în poziție de lucru trebuie să fie verticală și perpendiculară, prin construcție, pe cercul orizontal (limb) în centrul lui, fiind materializată prin firul cu plumb sau fascicolul laser;

– Axa secundară, H-H’, în jurul căreia basculează luneta, perpendiculară pe axa principală și pe cercul vertical (eclimetru) în centrul lui, care devine orizontală în timpul măsurătorilor. Un capăt al axei secundare este marcat pe carcasa, servind astfel la determinarea înălțimii apăratului;

– Axa lunetei, LL’, perpendiculară pe axa secundară, reunește centrele optice și focarele lentilelor care compun luneta. Intersecția firului reticular orizontal (fro) cu cel vertical (frv), ca punct material, trebuie să se găsească pe această axă.

Mișcările de rotație ale lunetei în plan orizontal, în jurul axului principal și în plan vertical, în jurul axului secundar, permit vizarea spre orice semnal, indiferent de poziția lui în spațiu. Prin convenție, lunetă se consideră în poziția I când, privind prin ocular, eclimetrul se află în stânga și în poziția a II-a când este în dreapta.

Practic, mișcările în plan orizontal și vertical sunt controlate prin butoane sau pârghii de blocare și șuruburi de fină mișcare, care permit vizarea precisă a unei direcții sau punctarea unui semnal.La unele modele parghiie de blocare lipsesc, astfel încât pentru rotirea lunetei în cele două plane trebuie învinsă o ușoară rezistență.

Aspectul general al unei stații totale este asemănător cu al unui instrument optic (clasic), având puține diferențe vizibile. Structură internă este însă complexă, astfel ca pentru prezentarea generală se încearcă o grupare a diverselor organe și dispozitive componente.

3.3.2. Componenta mecanică

Ambaza, de forma triunghiulară sau rotunjită constituie partea inferioară a stației, cu rol în prinderea pe trepied și în realizarea calării (figura 3.23). Efectiv, în componența ei se disting trei șuruburi de calare, care acționate convenabil permit orizontalizarea limbului și verticalizarea axei principale, placa rigidă ce calcă pe masă trepiedului și placa flexibilă, care servește la fixarea aparatului pe trepied, prin infiletarea șurubului pompă.

Alidada, sprijinită pe ambază, are rolul de a susține cercul orizontal și construcția superioară (figura 3.22).Pe furcile alidadei se sprijină lunetă, cercul vertical și lăcașul pentru bateria de acumulatori.

Cercurile reprezintă părți esențiale ale instrumentului ce permit măsurarea direcțiilor prin citirea gradațiilor astfel (figura 3.22):

Limbul sau cercul orizontal, are rolul de a indica directia- dată de proiecția axei de viză în planul orizontal al cercului- și pe această bază deducerea unghiurilor orizontale;

Eclimetrul sau cercul vertical servește la măsurarea unghiurilor în plan vertical. După opțiunea operatorului și în funcție de originea gradațiilor se măsoară unghiul de înclinare ⱷ, cel zenital z, sau panta procentuală, p %=100*tg ⱷ prin utilizarea unor taste de selectare (figura 3.24).

Constrcutiv, ambele cercuri au diametre de 20-25 cm, fiind „ascunse” în carcasa instrumentului.

3.3.3. Componenta optică

3.3.3.1. Luneta

Structura lunetei este astfel concepută și realizată încât permite vizarea semnalelor îndepărtate, respectiv apropierea aparentă a lor sub forma unei imagini clare. Efectiv, ca părți componențe principale distingem două tuburi coaxiale montate pe axa geometrică: tubul obiectiv, ce conține sistemul de lentile obiectiv, lentilă de focusare, planul reticul și tubul ocular, ce culisează în interiorul obiectivului și are în componența sa lentile ocular (figura 3.28).

Planul reticul este format dintr-o placă transparentă, susținută de patru șuruburi Si antagoniste, pe care sunt gravate firele reticulare orizontal si vertical (figura 3.29). Intersecția acestora definește împreună cu cercul optic al obiectivului axa de vizare, ce trebuie să coincidă, cu axa optică a lunetei, definită de focarele și centrele optice ale tuturor lentilelor componente.

Formarea imaginii se poate urmări pe etape, astfel (figura 3.30):

Obiectul vizat AB, aflat între infinit și focarul dinspre obiect, este văzut prin obiectiv și dă imaginea A’B’ reală, răsturnată și mai mică, amplasată între ocular și focarul sau, F oc;

Ocularul preia această imagine, rezultând imaginea A” B” virtuală și mărită, tipică unei lunete astronomice;

O lentilă inversoare redresează imaginea, transformând-o în imagine dreaptă, specifică unei lunete terestre.

3.3.3.2. Dispozitivul de centare

Instalarea apăratului în stație în poziție de lucru presupune calarea și centrarea lui. Ultima condiție cere aducerea axului principal VV’ la verticală puncului matematic al stației, ce se realizează provizoriu cu firul cu plumb și se definitivează cu sisteme perfecționate ale stației totale.

Dispozitivul optic, comun cu al apratelor clasice, este montat la ambază, fiind format dintr-o lunetă în miniatură, un plan reticul gravat cu un reper central și o prisma deviatoare fixată în axul vertical (figura 3.33a). Razele vizuale care pătrund prin ocular sunt deviate cu un unghi drept astfel încât, dacă instrumentul este calat și reperul încadrează punctul matematic, axul principal se găsește la verticală acestuia și centrarea este asigurată.

Dispozitivul laser sau firul laser din dotarea stațiilor de ultimă generație folosește, în loc de raze vizuale, un fascicul laser sub 2 mm grosime, de intensitate reglabilă astfe încât să fie vizibil și în lumina puternică a zilei (figura 3.33b). Alimentarea dispozitivului este separată de cea a instrumentului, conferindu-i autonomie.

Avantajele firului laser sunt evidente: randament superior dat de observarea directă a fasciculului, stabilitate în cazul vântului, precizie de centrare submilimetrică, autonomie asigurată de alimentare proprie etc.Pe baza acestor performanțe, majoritatea firmelor construiesc în prezent ambaje independente cu fascicul laser încorporat, care se pot atașa și la instrumentele de tip clasic sau la stațiile totale mai vechi (figura 3.33c).

3.3.4. Componenta electronică

3.3.4.1. Microprocesorul

Poziția dominanta în cadrul structurii electronice a stației totale este deținută de microprocesor ca unitate centrală, înglobată într-un singur circuit integrat, caracterizată în principal de frecvența de lucru și realizând funcții multiple:

Rezolvarea unor operații matematice pe baza programelor încorporate în memorie, respectiv media unor mărimi măsurate succesiv, compensarea unghiurilor în tur de orizont, distanța redusă la orizont, diferența de nivel, coordonatele punctului radiat, orientarea din coordonate, intersecția înainte și înapoi, distanța între puncte radiate, suprafața, corecția de curbură s.a.;

Monitorizarea stării generale a stației totale, ce vizează calarea-inclusiv blocarea lucrului în cazul deteriorării ei-gradul de încărcare a bateriei de acumulatori, intensitatea semnalului recepționat de EDM și protejarea față de semnalele puternice, sesizarea și afișarea erorilor de funcționare a aparatului s.a. Unele stații, dotate cu senzori pentru temperatură și presiune atmosferică, le măsoară în fiecare secundă, corecțiile fiind determinate instantaneu și aplicate fiecărei măsurători;

Determinarea corecțiilor de adus citirilor la cercul vertical și orizontal, în funcție de micile abateri ale axei principale de la verticală, prin intermediul compensatoarelor electronice biaxiale sau triaxiale.

3.3.4.2. Dispozitivul EDM

În principiu, măsurarea electronică a distanțelor se realizează în cadrul stației totale cu dispozitivul EDM (Electronic Distance Measurement), folosind unde din spectrul electromagnetic.Se folosesc, de regulă, unde cu lungimi de undă mici că purtătoare de semnal și unde cu lungimi de unda mare ca semnale pe care se realizează măsurătorile. Din punct de vedere constructiv, EDM este amplasat în sau pe lunetă, undele fiind emise respectiv de-a lungul sau paralel cu axul de viză.

3.3.4.3. Memoria electronică

Colectorul de date sau memoria electronică înlocuiește carnetul de teren folosit la apăratele clasice.La început, când pentru memorare s-a folosit întroducerea manuală a unuia sau a tuturor elementelor măsurate, memoriile au fost puțin satisfăcătoare, întrucât consumau atât din timpul de teren, cât și din energia bateriei.În prezent s-au impus cele în care datele măsurate sunt afișate și transferate automat în memoria internă sau în cea a carnetului electronic.

Funcțiile memoriei unei stații totale sunt importante, vizând în principal:

– Depozitarea, în structuri ordonate, a informațiilor, respectiv a datelor achiziționate prin măsurători și a celor prelucrate pe teren;

– Locația unor programe de calcul (softuri) pentru procesarea pe loc a unor elemente topografice, a structurii meniurilor de funcții și a codurilor ce se atribuie punctelor;

– Descărcarea datelor (download) culese din teren prin trecerea lor în computer, folosind interfața și cablul corespunzător;

– Încărcarea memoriei (upload), ca operație inversă, prin tranferul din computer a unor programe sau date necesare în teren.

3.3.4.4. Panoul de afișaj și comandă

În ansamblu, această grupare de elemente constituie baza comunicării bilaterale operator-statie, hotărâtoare în modul de funcționare al ansamblului.

Tastele de comanda sunt grupate de regulă într-un panou orientat spre operator, cu forme ce variază ca mărime și complexitate, existând tendința simplificării și accesibilității comenzilor.

Tastatura conține o serie de taste, fiecare cu una sau mai multe funcții, ce servesc pentru transmiterea comenzilor de la operator către stația totală: de pornire/oprire (ON/OFF), de selectare a modului de lucru, a funcțiilor, meniurilor și submeniurilor, pentru întroducerea de valori numerice sau text și chiar de vizare- în cazul stațiilor telecomandate (figura 3.50).

Displayul (ecranul de afișare) reprezintă interfața de comuinicare între operator și stația totală pe care sunt afișate mesajele de la stație la operator referitoare la valorile măsurate (unghi orizontal, vertical, distanța), meniul folosit, modul de lucru, coordonatele punctului vizat, coduri.În plus, pot apare informații privitoare la cosntanta prismei, corecția atmosferică, starea bateriei și mesaje de autodiagnoză în cazul unor probleme în funcționare sau a unor erori apărute în comunicarea microprocesorului cu diferite componente s.a.

Ca mod de realizare, displayul a fost mai întâi conceput cu diode luminoase respectiv cu LED-uri (Light Emitting Diode), dar în prezent se realizează exclusiv cu cristale lichide sau sistem LCD (Liquid Crystal Display), caracteristică lor principală fiind numărul de linii afișate și numărul caractere/linie.În general stațiile totale au un singur ecran de afișare, dar unele modele au două display-uri, corespunzătoare poziției I și a II-a a lunetei.

3.3.4.5. Bateria de acumulatori

Energia electrică necesară funcționării stației totale este asigurată de bateria de acumulatori, făcând astfel posibile toate operațiile necesare: măsurare, funcționarea microprocesorului, comunicarea mesajelor pe display, iluminarea reticulului și a displayului, emiterea semnalelor sonore sau luminoase de avertizare etc.

Ca amplasament, bateria este amplasată pe una din furcile alidadei, într-un lăcaș special ce asigură o prindere etanșă. Acumulatorii care o compun sunt pe baza de NiCd (nichel și cadmiu), NiMH (nichel metal hibrid) sau LiI (litiu ionic), fiecare stație totală fiind prevăzută cu minimum două baterii, folosite și încărcate alternativ.

Încărcătorul trebuie corelat întotdeauna cu bateria pe care o deservește, în strictă conformitate cu cartea tehnică. Stațiile de ultimă generație au încărcătoare inteligențe, cu un microprocesor propriu, capabil să recunoască tipul de baterie și să gestioneze optim încărcarea, reducând timpul de la 12-14 ore la 70-90 minute.

3.3.5. Auxiliare și anexe

Trepiedul servește ca suport pentru așezarea instrumentului în stație la verticală punctului matematic. Condiția este obligatorie pentru efectuarea măsurătorilor din teren și este favorizată prin instalarea trepiedului într-o poziție corespunzătoare. Cele trei picioare sunt culisante și se termină la partea inferioară cu câte un sabot metalic.La partea superioară sunt articulate la o platformă sau masă, pe care se așează aparatul, având în centrul ei un lăcaș circular, prin care trece șurubul pompă sau de presiune, la care se atașează firul cu plumb (figura 3.37). Din considerente ergonomice, trepiedul se instalează cu masa aproximativ la nivelul pieptului, caz în care lunetă, în poziție aproximativ orizontală, se află la nivelul ochiului operatorului.

Nivelele sunt dispozitive care indică starea de verticalitate a axului vertical al apăratului în cadrul operației de calare indirect, prin orizontalitatea alidadei.

După aspectul constructiv, nivelele stațiilor totale pot fi:

– Sferice, formate dintr-un cilindru acoperit cu o calota sferică de sticlă, pe care este trasat, în punctul cel mai înalt, un cerc reper (figură 3.38). Interiorul este umplut incomplet cu un lichid fluid și punct de îngheț coborât (alcool, eter, sulfură de carbon), iar bula de aer remanentă este de fapt ocupată de vapori saturați, care se află în echilibru cu lichidul din care provin. Întreg ansamblul este protejat de o carcasă care este fixată de alidadă prin trei șuruburi de rectificare, dispuse în plan în vârfurile unui triunghi echilateral.

Nivelele sferice servesc la calarea aproximativă a aparatului, indicată de bula nivelei, ce rămâne în interiorul cercului reper.

– Torice, alcătuite dintr-un tub curbat din sticlă cu rază de curbură R mare, umplut incomplet ca la nivelă sferică.Pe partea superioară a torului sunt trasate gradații echidistante la 2 mm, simetric față de punctul cel mai înalt, două dintre ele, mai lungi, reprezentând reperele între care trebuie să se încadreze bulă; în această poziție directricea la nivelă este orizontală. Tubul din sticlă se află într-un montaj fix la un capăt și articulat la altul cu un șurub de reglare (figură 3.39).

– Electronice, care apar pe displayul stației ca două nivele torice aflate pe direcții perpendiculare (figura 3.40). Orizontalizarea se face pe baza unor senzori electronici, locul bulei fiind luat de un reper punctual, care trebuie de asemenea încadrat între liniile centrale.

Montajul perpendicular al celor două nivele și poziția ambelor repere între liniile de referință garantează direct calarea instrumentului.