Topografía Automatizada

(PARTE I)Ing. Julio Alejandro MARCELO AMES

¿QUÉ ES LA TOPOGRAFÍA AUTOMATIZADA?

Es la automatización de la mayoría de las funciones operativas de los instrumentos topográficos a nivel de terreno como las de oficina. La automatización de la topografía mejora substancialmente la precisión del trabajo, y sobre todo el tiempo de ejecución en terreno con sus tareas de oficina.

Sin embargo, la automatización no puede reemplazar los criterios técnicos tomados en terreno. Además el procesamiento con el software requiere de la observación del profesional que participó en las mediciones.

En definitiva estas nuevas tecnologías requieren una adecuada formación.

¿Cómo se estructura?

DIFERENCIA DE LA TOPOGRAFIA

CONVENCIONAL Y TOPOGRAFIA

AUTOMATIZADA

Topografía Convencional Topografía Automatizada

Medición angular a través de un limbo graduado de cristal.

Lectura angular mediante un microscopio de lectura.

Medida de distancias con mira a través de hilos reticulares y cálculo por fórmula.

Cálculo por fórmula de distancia horizontal, distancia inclinada y diferencia de altura en gabinete.

En un día se miden aprox. 500 puntos y trascripción a la libreta de campo.

Medición angular a través de un codificador incremental.

Lectura angular en pantalla de cristal liquido (LCD).

Medida de distancias electrónicamente con prismas y rayos infrarrojos; mostrado en pantalla.

Lee directamente y muestran en la pantalla distancia horizontal, distancia inclinada y diferencia de altura.

En un día se pueden medir mas de 1500 puntos y almacenarlos en la memoria o libreta.

Topografía Convencional Topografía Automatizada

Máxima medición de distancias: 400 m.

Baja precisión en la medida de distancias.

Máxima medición de distancias: + 10 Km.

Alta precisión en la medida de distancias.

¿Que Beneficios Reporta La Topografía Automatizada ?

- Reducción de Tiempos- Reducción de Equipos- Reducción de costo Operativo- Reducción de esfuerzo Humano

MENOR COSTO

Diagrama de ResumenTOMA DE DATOS

ALMACENAMIENTO

INGRESO DE DATOS

PROCESAMIENTO

PROCESO DE ANALISIS PROCESO DE TRAZADO

SALIDA DE DATOS

GRAFICA

EXPORTACION

ESTACION TOTAL

LIBRETA ELECTRONICA

COMPUTADORA

PLOTTER (Planos)

Diskettes,CD,Zip,etc

ESTACION TOTALESTACION TOTAL

RESEÑA HISTORICA

Aprox. Año 1920

Se fabrican losPrimeros limbos de cristal transparente

Teodolito alcanza Su máximo diseño.Precisión alcanzadahasta fracciones de segundo (Med. Ang.)(Aparece Método de Triangulación)

Año 1948

Aparece el primerDistanciómetroElectrónico(Geodímetro)

Mejora la precisión en la medición de distancias(Precisión: 5mm + 1 ppm)(Aparece la trilateración)

Empleo deTeodolito ydistanciómetro

Información redundante(Empleo del método de Mínimos Cuadrados)

Inicios 1985Se acopla el distanciómetro al teodolito.

Aparece la Estación Total Modular.

Inicios 1990Se acopla el distanciómetroal teodolito.

Aparece la Estación TotalIntegrada..

LA ESTACION TOTAL

“Es el instrumento que resulta de la integración en un soloequipo del sistema electrónico de medida de ángulos y el sistema electro-óptico para la medida de distancias, conun microprocesador para el cálculo automático de datos topográficos”. Es un sistema integrado porque todo trabaja en bloque.

Este Sistema consta de:

- Teodolito electrónico - Distanciómetro- Colectora (Libreta Electrónica de Campo)- Programas y Funciones Especiales

Es aquel instrumento constituido por un teodolito electrónico unido solidariamente a un distanciómetro de tal forma que puede medir ángulos y distancias simultáneamente, estos a su vez llevan en su interior una libreta electrónica y un microprocesador, el cual permite registrar los datos del campo, obviando la libreta tradicional, así como compensar y procesar los datos obtenidos para registrarlo en un archivo de su memoria.

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Teodolit_nikon_520.jpg

Actualmente, todas las estaciones totales electrónicas cuentan con un distanciómetro óptico electrónico (EDM) y un medidor electrónico de ángulos, de tal manera que se pueden leer electrónicamente los códigos de barras de las escalas de los círculos horizontal y vertical, desplegándose en forma digital los valores de los ángulos y distancias. La distancia horizontal, la diferencia de alturas y las coordenadas se calculan automáticamente.

Todas las mediciones e información adicional se pueden grabar.

Las estaciones totales se emplean cuando es necesario determinar la posición y altura de un punto, o simplemente la posición del mismo.

Una de las grandes ventajas de levantamientos con estación total es que la toma y registro de datos es automático, eliminando los errores de lectura, anotación, transcripción y cálculo; ya que con estas estaciones la toma de datos es automática (en forma digital) y los cálculos de coordenadas se realizan por medio de programas de computación incorporados a dichas estaciones.

Generalmente estos datos son archivados en formato ASCII para poder ser leídos por diferentes programas de topografía, diseño geométrico y diseño y edición gráfica.

La estación total nos permite obtener trabajos de alta precisión y un gran ahorro de tiempo, no obstante es preciso aceptar que la presencia de este equipo no cambia en absoluto los principios de la topografía.

FUNCIONAMIENTO

Vista como un teodolito, una estación total se compone de las mismas partes y funciones.

El estacionamiento y verticalización son idénticos, aunque para la estación total se cuenta con niveles electrónicos que facilitan la tarea. Los tres ejes y sus errores asociados también están presentes: el de verticalidad, que con la doble compensación ve reducida su influencia sobre las lecturas horizontales, y los de colimación e inclinación del eje secundario, con el mismo comportamiento que en un teodolito clásico, salvo que el primero puede ser corregido por software, mientras que en el segundo la corrección debe realizarse por métodos mecánicos.

El instrumento realiza la medición de ángulos a partir de marcas realizadas en discos transparentes. Las lecturas de distancia se realizan mediante una onda electromagnética portadora con distintas frecuencias que rebota en un prisma ubicado en el punto a medir y regresa, tomando el instrumento el desfase entre las ondas. Algunas estaciones totales presentan la capacidad de medir "a sólido", lo que significa que no es necesario un prisma reflectante.

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Tachymeter_vooraanzicht.jpg

Este instrumento permite la obtención de coordenadas de puntos respecto a un sistema local o arbitrario, como también a sistemas definidos y materializados. Para la obtención de estas coordenadas el instrumento realiza una serie de lecturas y cálculos sobre ellas y demás datos suministrados por el operador. Las lecturas que se obtienen con este instrumento son las de ángulos verticales, horizontales y distancias. Otra particularidad de este instrumento es la posibilidad de incorporarle datos como coordenadas de puntos, códigos, correcciones de presión y temperatura, etc.

La precisión de las medidas es del orden de la diezmilésima de gonio en ángulos y de milímetros en distancias, pudiendo realizar medidas en puntos situados entre 2 y 5 kilómetros según el aparato y la cantidad de prismas usada.

PARTES DE UNA ESTACION TOTAL

PARTES DE LA PANTALLA Y TECLADO

DISTANCIOMETRO

Es el instrumento que realiza la medición de distancias, pudiendo ser: electromagnético,cuando utilizan microondas, o electroópticos,cuando utilizan luz láser o infrarrojo. Los distan-ciómetros de luz visible ( láser ), utilizan como portadora láser gaseoso de He-Ne, los de luz infrarroja utilizan como fuente portadora diodo láser de arseniuro de galio.

Las estaciones que trabajan con luz infrarroja requiere necesariamente tener un prisma (espejo) en la cual la señal rebote. El alcance máximo depende del equipo ( 1 a 6 km) y del número de prismas que se este utilizando.

En caso de tener estaciones que trabajen con luz láser, no necesitan prisma para leer distancias hasta 80 m.

A mayor cantidad de prismas mayor distancia se puede observar.

L Infrarrojo

Distancia(m) Características Distancia (m) Características

Luz láser

1200

3500

4500

Con miniprisma

Con un prisma GPR1 Con 1 prisma GPR1

Con 3 prismas

80

5000

7500

Sin prisma

Con 3 prismas

PRISMA

Es un elemento externo de medición, que se coloca en forma perpendicular a la visual.

“ Es la resultante de truncar el vértice de un cubo, y esta formado por una pirámide trirectangular de lados isósceles y base equi-látera. Son de vidrio macizo, y su fundamentose basa en que el rayo luminoso incidente quellega a la base equilátera es devuelto paraleloa la entrada tras una triple reflexión”.

A mas prismas mas distancia se puede medir.

ALGUNOS TIPOS DE PRISMAS

MARCA CANTIDAD DE PRISMAS DISTANCIA (m)

TOPCON

LEICA

GEODIMETER

01 Prisma

03 Prismas

01 Prisma

01 Prisma

03 Prismas

03 Prismas

900

3500

2500

5000

2500

1200

Para la medición de distancias de alta precisión es indispensable que el prisma este colocado sobre una base nivelante.

Base Nivelante con Prisma y Porta-prisma

CORRECCIONES

Constante del Prisma:

Según la ubicación del prisma sobre el porta prismaes necesario introducir algunas constantes.

La constante es 30 mm, cuando el prisma esta según la posición que muestra la figura

La constante es 0 mm, cuando el prismaesta según la posición que muestra la figura

PORTA PRISMA CON PRISMA PORTA PRISMA CON PRISMA

ESTACION TOTAL TOPCON ESTACION TOTAL TOPCON

ESTACION TOTAL GEODIMETER ESTACION TOTAL GEODIMETER

ESTACION TOTAL LEICA ESTACION TOTAL LEICA

ESTACION TOTAL PENTAX ESTACION TOTAL PENTAX

COLECTORA (LIBRETA ELECTRONICA DE CAMPO)

Es el componente de la estación total donde se almacenan los datos tomados en campo.

En estas colectoras además de almacenar datos de campo, almacenan los programas de topografía que permiten procesar los datos tomados en campo.

Existen dos tipos de colectoras :- Colectoras Externas- Colectoras Internas

COLECTORA EXTERNA

Son aquellas que se encuentran conectados conla estación mediante un cable, y tiene la forma deuna calculadora.

Las estaciones con este tipo de colectoras tienelas siguientes ventajas:

•Permite almacenar gran cantidad de puntos.•Permite ampliar la memoria.•Para transferir datos a la computadora no es nece- sario llevar la estación a donde se encuentra esta, sino solo la colectora.

Este tipo de colectoras presenta las siguientes desventajas:

Es necesario aprender a usarla en forma independiente de la estación.

COLECTORA INTERNA

Es aquella colectora que se encuentra en la estación.

Existen dos tipos:

• Las que se encuentran fusionadas con la estación.

• Las que se pueden sacar de la estación.

COLECTORA INTERNA QUE SE ENCUENTRA FUSIONADA CON LA ESTACION

COLECTORA INTERNA QUE SE ENCUENTRA FUSIONADA CON LA ESTACION

Este tipo de colectora tiene las siguientes ventajas:

Se aprende a utilizar junto con la estación.

Desventajas:

•Generalmente no se puede ampliar la memoria tiene una capacidad limitada de memoria, por tanto limitada capacidad para la toma de datos de punto.•Para transferir los datos a la computadora es necesario la presencia de la estación.

LAS QUE SE PUEDE SACAR DE LA ESTACION

Son aquellas colectoras que se sacan de la estación.

Ventajas:

Todas las anteriores.

Desventajas:

Precio mas elevado que las anteriores.

CLASIFICACION DE LAS ESTACIONES TOTALES

Entre 1” Y 10” en medición de ángulos.

Desde ( 2mm + 2ppm) hasta ( 3mm + 10 ppm) en distancias.

A. POR SU PRECISION:

- Interna - Externa - Tarjeta

- 5000, 10000, hasta 15000 puntos.

B. POR EL TIPO DE MEMORIA:

C. POR CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO:

De 1.5, 5, hasta 10 Km, dependiendo del modelo, del numero de prismas y las condiciones atmosféricas.

D. POR SU ALCANCE:

- Mecánicas - Servodirecionales - Estaciones de “Un solo Hombre”

E. POR SU MECANISMO:

ESTACION TOTAL MECANICA

ESTACION TOTAL SERVO DIRECCIONAL

ESTACION DE UN SOLO HOMBRE

Tornillo de fijación vertical (600M)

Tornillo micrométrico de ajuste del ángulo vertical de dos velocidades (600M)

Tornillo micrométrico de ajuste del ángulo horizontal de dos velocidades (600M)

Tornillo de fijación horizontal (600M)

Miras

Tapa Lateral

Unidad central(Batería, tracklight o seguidor)

Servomando de movimiento vertical (600S)

Servomando de movimiento horizontal (600S)

Teclado

(Alfanumérico)

PARTES PRINCIPALES DE LA ESTACION TOTAL

PREPARACION PARA UN TRABAJO DE TOPOGRAFIA

1) CENTRADO Y NIVELADO DEL INSTRUMENTO

1.1. Ajuste del instrumento y del trípode

El ajuste de las patas del trípode a la altura adecuada para la observación se obtiene cuando se ajusta el instrumento en el trípode.•En este momento, ajuste el trípode y coloque los calzos metálicos firmemente en el suelo para que la cabeza del trípode quede lo más nivelada posible y el cabezal del trípode coincida con la estación en el suelo.

•Si la cabeza del trípode queda desnivelada cuando se fijan los calzos metálicos en el suelo, corrija el nivel extendiendo o retrayendo las patas del trípode.•Ajuste y encienda el instrumento.

2) Plomada láser.

2.1. Active la función de la plomada láser. El método de activación y desconexión

de la emisión del láser varía en función del software de aplicación utilizado. Para información sobre el método exacto de activación y desconexión de la emisión del láser, consulte las instrucciones en los manuales de los programas de software respectivos.

El brillo del láser se ajusta en 10 pasos.

2.2. Haga coincidir la posición con el trípode para que la marca del láser coincida con la marca en el suelo.

• Gire el instrumento 90° y confirme que el nivel del nivel electrónico esté en el centro en cualquier posición.

• Corrija la burbuja con el tornillo de nivelado cuando ésta aparezca desviada del centro.

• Puede resultar difícil ver el punto de la plomada láser cuando se trabaja bajo una luz solar intensa, resultando difícil realizar la comprobación oportuna. En este caso, utilice el pie o el maletín de transporte para hacer sombra sobre la posición del láser.

• La plomada láser viene ajustada de fabrica a ±0,8 mm a una altura del instrumento de 1.5 m. • No mire directamente a la fuente del rayo láser.

3) Nivelado El trípode se ajusta de la siguiente manera extendiendo o contrayendo las patas para que la burbuja del nivel circular quede centrada:

•Acorte la pata del lado de la burbuja o extienda la pata opuesta para que la burbuja se sitúe en el centro del nivel circular.

•Las tres patas se extienden o se contraen hasta que la burbuja quede centrada.Durante este proceso no se monta el pie en el punto de la pata del trípode y no cambia la posición de los puntos del trípode.

4) Ajuste del ocular El ajuste del ocular se realiza antes de visar el objetivo.•Desmonte la tapa de la lente del telescopio.•Dirija el telescopio hacia un objeto claro y gire a fondo la rueda del ocular en sentido anti-horario.•Mire por el ocular y gire la rueda en el sentido de las agujas del reloj hasta que aparezca el retículo a su nitidez máxima.

Cuando se mire por el ocular, evite mirar muy intensamente para evitar el paralaje y la fatiga ocular.

5) Visado del objetivo o marca de puntería1.Autoenfoque

El mecanismo de autoenfoque es muy preciso y no funcionará bajo cualquier condición. Existe una ligera posibilidad de fallo del enfoque debido a problemas de brillo, contraste o a la forma y tamaño del objetivo. En tales casos, pulse el botón de autoenfoque AF y enfoque el punto objetivo con la tecla de enfoque electrónico o la rueda de enfoque.

Ejemplos de objetivos difíciles de enfocar

5) Nivel electrónico.•Alinee el nivel electrónico en paralelo con una línea que una cualquiera de los dos tornillos de nivelado y ajuste después los dos tornillos para centrar la burbuja en el nivel electrónico.

•Gire los dos tornillos de nivelado en sentido opuesto entre sí y centre la burbuja del lado del nivel electrónico.•Centre la burbuja del nivel electrónico con el otro tornillo de nivelado.

•Gire el instrumento 180° y confirme la posición de la burbuja del nivel electrónico. En este momento no es necesario ajustarlo si la burbuja del nivel electrónico se encuentra cerca del centro.

•Cuando se revise el nivel electrónico en exterior y en un trípode, evite la luz solar directa utilizando un parasol. Espere hasta que el instrumento y el trípode estén a la misma temperatura que la temperatura exterior.

•Cuando se ve el instrumento en la posición de “Círculo izquierdo”, su movimiento y su inclinación son iguales en la pantalla del nivel electrónico. Recuerde que el movimiento de la burbuja será el contrario si se ve en la posición de “Círculo derecho”.

•Compruebe el nivel electrónico en un entorno homogéneo sin vibraciones ni cambios rápidos de temperatura.

6) Nivel circular