TECNOLOGIA EDM RIFLESSO DIRETTO PER GEOMETRI ED

TECNOLOGIA EDM RIFLESSO DIRETTO PER GEOMETRI ED INGEGNERI
CIVILI
R. HÖGLUND & P. LARGE
TRIMBLE SURVEY, WESTMINSTER, COLORADO, USA
INTRODUZIONE
La più recente tecnologia che ha rivoluzionato il rilievo
DR si ottiene impiegando uno dei due metodi della
topografico è la misurazione a riflesso diretto, cioè la
tecnologia EDM (Electronic Distance Measurement,
misurazione elettro-ottica della distanza senza l'ausilio
misurazione elettronica della distanza): Time of Flight
di mire o prismi. La tecnologia Riflesso Diretto (DR)
(laser pulsato) o Phase Shift (spostamento di fase).
consente ai topografi di misurare accuratamente punti
Trimble consente ai topografi la scelta tra queste due
remoti senza prima dover individuare una mira fisica in
tecnologie, infatti il DR300+ di Trimble S6 impiega il
ogni punto. Il Riflesso Diretto apre perciò nuove
metodo Time of Flight e la tecnologia DR Standard della
possibilità di rilevare con un solo operatore, consente
serie Trimble S6 impiega il metodo Phase Shift.
maggiore produttività e migliore sicurezza personale.
Ciascun metodo di misurazione è concepito per
Quando la tecnologia a Riflesso Diretto è abbinata a
rispondere a particolari tipi di esigenze ed applicazioni.
quella robotica, le possibilità di eseguire il rilievo con un
L'obiettivo di questo documento è descrivere entrambi i
solo operatore aumentano ancora di più.
metodi e delineare i vantaggi e gli svantaggi di ognuno
di essi, consentendo agli utenti di scegliere quale di
queste due opzioni - Time of Flight o Phase Shift - è più
indicata per le rispettive esigenze.
Trimble GmbH, Am Prime Parc 11, 65479 Raunheim, Germania
© 2005, Trimble Navigation Limited. Tutti i diritti riservati. Trimble, il logo Globe & Triangle e Terramodel sono marchi di Trimble Navigation Limited, registrati nell'Ufficio marchi e
brevetti degli Stati Uniti e in altri paesi. Tutti gli altri marchi sono di proprietà dei rispettivi detentori. RPN 022543-010D-I (02/05).
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TECNOLOGIE DR: TIME OF FLIGHT
(LASER PULSATO) E PHASE SHIFT
MISURAZIONE TIME OF FLIGHT (LASER
PULSATO)
Il metodo Time of Flight (TOF) calcola con precisione
(SPOSTAMENTO DI FASE)
le informazioni temporali al fine di determinare la
La misurazione EDM senza l'ausilio di una mira può
portata misurata.
essere effettuata adottando uno di questi due metodi:
Time of Flight (laser pulsato) o Phase Shift
(spostamento di fase). Time of Flight impiega il laser
pulsato per realizzare il principio di misurazione su
cui si basa la tecnologia DR300+. Phase Shift, cioè lo
spostamento di fase, è invece il principio base della
tecnologia DR Standard.
In termini semplici, l'EDM genera numerosi impulsi di
luce laser o a infrarossi che vengono poi trasmessi alla
mira attraverso il cannocchiale. Tali impulsi sono
riflessi dalla mira e tornano allo strumento, dove il
sistema elettronico determina il tempo dell'intera
corsa di ciascun impulso luminoso. Poiché la velocità
con cui la luce attraversa lo strumento può essere
Come illustrato nella figura 1, i principi ottici di
stimata esattamente, la durata della corsa può essere
ciascun metodo sono differenti ed ognuno presenta
impiegata per calcolare la distanza tra lo strumento e
sia vantaggi che svantaggi.
la mira.
Notare che il metodo TOF, sebbene in genere abbia la
portata più lunga, rispetta anche i requisiti più severi
riguardanti la sicurezza degli occhi, perché gli
intervalli tra gli impulsi laser impediscono l'accumulo
di energia nociva.
Ciascun impulso è una misurazione diretta della
portata, così se vengono inviati migliaia di impulsi
al secondo mentre si effettua la misurazione, è
possibile ottenere un buon valore medio in tempi
relativamente rapidi. La figura 2 mostra un esempio di
distribuzione delle misurazioni per DR a laser pulsato
Trimble DR300+.
Figura 1: principi ottici per EDM a Laser pulsato
(in alto) e a Spostamento di fase (in basso)
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prisma o sparpagliato dalla superficie su cui è diretto.
La differenza di fase tra la luce trasmessa e la luce
riflessa ricevuta viene rilevata e calcola la distanza.
L'EDM standard DR nel modo Prisma funziona come
EDM a lunga portata veloce e precisa, fino a 3500 m
con un prisma singolo. Nel modo DR l'EDM standard
DR trasmette un raggio laser rosso visibile collimato
Figura 2: media degli impulsi TOF
verso il punto di mira, così viene calcolata la distanza
tra la luce trasmessa e quella ricevuta.
In genere sono eseguite 20.000 misurazioni a laser
pulsato al secondo, di queste può essere effettuata la
media in modo da ottenere un valore di misurazione
della distanza accurato.
Lo strumento misura un offset di fase costante,
nonostante le variazioni inevitabili nel segnale emesso
e ricevuto. Attraverso il confronto di fase si ottiene
solamente l'offset di fase, perché inizialmente
Le implementazioni a laser pulsato convenzionali
possono risultare meno accurate (fino a 10 mm) se
confrontate con l'EDM a spostamento di fase. Trimble
DR300+ impiega però speciali tecniche brevettate di
elaborazione del segnale, che consentono di ottenere
per DR300+ lunga portata ed elevata precisione, con o
senza un prisma. Notare inoltre che alcuni strumenti
un'ambiguità dei cicli impedisce di stimare
direttamente la distanza totale. Tale ambiguità viene
risolta utilizzando più lunghezze d'onda di
modulazione della misurazione, cosa che fornisce un
unico numero intero di cicli. Una volta ottenuto il
numero intero, la distanza dalla mira può essere
determinata molto accuratamente.
convenzionali EDM a laser pulsato richiedono che il
cannocchiale sia messo a fuoco prima di misurare
la portata, cosa che invece non è necessaria con
Trimble DR300+.
LE DUE TECNICHE A CONFRONTO
Riepilogando: il metodo TOF impiega gli impulsi
luminosi per misurare direttamente le distanze,
mentre il metodo Phase Shift impiega la luce
MISURAZIONE PHASE SHIFT (SPOSTAMENTO
DI FASE)
DR Standard è un'unità laser di misurazione della
distanza basata sul metodo del confronto di fase.
modulata per misurare uno spostamento di fase, ciò
fornisce le distanze dopo aver risolto un'ambiguità
dei cicli.
L'EDM trasmette un raggio ottico di misurazione a
Gli impulsi utilizzati per il metodo TOF possono
intensità modulata coassiale, che viene riflesso da un
essere molte volte più potenti dell'energia impiegata
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per un'EDM Phase Shift. Il metodo TOF può perciò
Le tecniche TOF e Phase Shift sono differenti anche
misurare distanze molto più lunghe (con o senza un
per la tolleranza alle interruzioni della linea di mira
prisma) rispetto alla tecnica Phase Shift.
durante la misurazione, ad esempio interruzioni come
Tradizionalmente il metodo TOF è leggermente meno
accurato del metodo Phase Shift. Con i moderni metodi
di elaborazione del segnale brevettati Trimble,
precedentemente descritti, tale differenza però è adesso
diventata irrilevante (vedere la tabella 1).
veicoli in transito che attraversano un raggio mentre i
topografi stanno misurando vicino a strade. Poiché il
metodo TOF combina gli impulsi diretti con le
tecniche Trimble di elaborazione del segnale,
generalmente tollera maggiormente le interruzioni
della linea di mira rispetto al metodo Phase Shift.
DR300+
DR Standard
Modo prisma 3 mm + 3 ppm 1 mm + 1 ppm
Modo DR
3 mm + 3 ppm 3 mm + 2 ppm
Tabella 1: confronto della precisione di entrambe
le tecniche.
Per molti fini pratici, la differenza è irrilevante e il
vantaggio della portata molto più lunga presentato
dal metodo TOD lo rende estremamente desiderabile
per molti utenti.
Durante la misurazione Phase Shift le interruzioni
possono rendere necessario resettare le ambiguità dei
cicli, tali interruzioni saranno comunque rilevate e le
osservazioni erronee escluse.
PERFORMANCE DELLA PORTATA DR
Confrontare le performance delle differenti tecnologie
EDM è semplice quando si utilizza una mira ausiliaria
come un prisma standard, perché la superficie di
La fisica della luce dice che tutti i raggi luminosi
misurazione è sempre la stessa. Quando si misura
divergono (si spargono) dall'emettitore in funzione
verso un prisma singolo impiegando il modo Lunga
della distanza. Questo è vero sia per TOF sia per EDM
portata, per le opzioni DR300+ e DR Standard le
Phase Shift, anche se l'entità e la forma dell'effetto di
portate sono fondamentalmente le stesse,
divergenza del raggio sono differenti (spargimento del
rispettivamente a 5500 m e 5000 m. Non tutte le EDM
raggio da collimazione perfetta), dando luogo ad una
Phase Shift sono in grado, come DR Standard, di
differenza nel punto luminoso di misurazione.
misurare un prisma singolo così lontano, perciò
Questi diversi effetti di divergenza presentano
quando si confrontano altre implementazioni di
rispettivamente sia vantaggi che svantaggi, i
questa tecnologia controllare tutte le specifiche.
quali sono trattati in dettaglio più avanti in
questo documento.
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GLI STANDARD GRIGIO KODAK E BIANCO
KODAK
Quando si confrontano le performance della portata
senza un prisma standard, i raffronti non sono così
semplici. Poiché nella pratica le misurazioni DR sono
eseguite su molti differenti tipi di superfici, per
effettuare un giusto confronto delle performance della
che lo colpisce. Il lato bianco, Bianco Kodak, riflette
precisamente il 90% della luce bianca che lo colpisce.
Dal momento che il Bianco Kodak è più riflettente del
Grigio Kodak, è importante confrontare le
misurazioni o con il Grigio Kodak o con il Bianco
Kodak, senza mescolare i due standard.
portata quando non si usa un prisma le misurazioni
Il rilievo topografico presenta alcune incongruenze
devono essere effettuate su una superficie standard
nel suo impiego delle superfici standard ed quindi è
appropriata, ad esempio la Kodak Neutral Test Card,
molto importante assicurarsi che qualsiasi confronto
comunemente chiamata Kodak Grey Card. Vedere
effettuato tra i vari prodotti impieghi misurazioni
la figura 4.
eseguite sulla stessa superficie. Ad esempio alcune
specifiche si riferiscono solamente a una “Kodak
Card”, senza specificare quale lato — riflettente al 18%
o al 90% — è stato utilizzato per il test.
I nomi corretti per i due lati della Kodak Gray Card
sono “Kodak Gray Card riflettente al 18%” e “Kodak
Gray Card riflettente al 90%”. L'iniziale scelta di una
mira riflettente al 18% per lo standard Kodak della
fotografia si è basata sul fatto che la maggior parte
degli ambienti e degli oggetti da fotografare
Figura 4: la superficie Kodak Neutral Test Card
(Kodak Cat. n. E1527795)
Nella fotografia professionale la superficie Kodak Gray
Card è stata riconosciuta come standard da molti
anni. Solitamente si tratta di un cartoncino di 10,16 x
12,7 cm o 20,32 x 25,4 cm di grandezza, con uno
spessore di circa 3,18 mm e che è grigio da un lato e
presentano in media circa il 18% di riflettività della
luce. Questo è anche il motivo per cui la maggior parte
degli esposimetri fotografici sono calibrati per fornire
un'esposizione accurata al 18% di riflettività. Di solito
vale la stessa cosa anche per gli ambienti e gli oggetti
da rilevare topograficamente: una riflessione del 18%
fornisce un buon valore medio.
bianco dall'altro. Il lato grigio, noto come Grigio
Nella prassi del rilevamento sul campo la misurazione
Kodak, riflette precisamente il 18% della luce bianca
DR viene effettuata su svariati oggetti quotidiani, che
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di solito non sono riflettenti al 90%. Per questo motivo
la portata che si ha verso lo standard Grigio Kodak
riflettente al 18% è l'indicatore più affidabile di quella
che si raggiungerà nell'attività pratica di ogni giorno.
La portata verso lo standard Bianco Kodak riflettente
al 90% mostra solamente la portata massima
dell'EDM verso una mira altamente riflettente molto
favorevole. La portata può essere influenzata anche
dalle condizioni di luce presenti nella mira.
Normalmente quando si misura una superficie sotto
MISURARE SUPERFICI BAGNATE E NON
RIFLETTENTI ED ANGOLI OBLIQUI
I livelli di energia più elevati del metodo TOF
forniscono anche una portata più lunga per la
misurazione di superfici bagnate. Quando si misura
verso una superficie bagnata, le prove sul campo con
il metodo TOF di solito mostrano una portata di due
o più volte superiore rispetto a quella del metodo
Phase Shift, specialmente ad angoli obliqui di
misurazione. La portata si estende ulteriormente
con l'opzione DR300+.
la luce diretta del sole la portata si riduce.
Il metodo TOF aumenta anche la probabilità di
LA PORTATA A CONFRONTO
misurare con successo superfici non riflettenti ed
La tabella 2 sottostante confronta le portate massime
pubblicate di DR Standard e DR300+ Trimble, quando
sono impiegati per misurare differenti superfici.
oblique, come ad esempio strade bagnate. In queste
situazioni il fattore fondamentale è l'abilità
dell'operatore nell'eseguire la misurazione. Inoltre la
Dalla tabella si apprende che per la portata il metodo
velocità di misura del metodo TOF aiuta a rilevare
TOF impiegato dal DR300+ presenta un risultato da
punti che si trovano in zone di traffico intenso.
quattro a otto volte migliore rispetto alla misurazione
Phase Shift. In una superficie al 90% le tecniche
impiegate in DR300+ ottengono una portata quasi 8
volte superiore rispetto al risultato di Phase Shift.
Superficie
DR300+
DR Standard
Kodak 90%
Kodak 18%
Calcestruzzo
Legno
Roccia chiara
Roccia scura
>800 m
>300 m
>400 m
>400 m
>300 m
>200 m
> 240 m
> 120 m
>100 m
>200 m
>150 m
>80 m
Tabella 2: portata DR Trimble verso varie superfici
di mira
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Il metodo TOF misura meglio anche oggetti stretti
come cavi e fili sospesi. Anche in queste situazioni
il fattore fondamentale è semplicemente l'abilità
nella misurazione.
NORME DI SICUREZZA LASER
Nonostante il metodo TOF presenti livelli di energia
più elevati, gli strumenti EDM che utilizzano questa
tecnica, come il DR300+, rispettano le più severe
norme in materia di sicurezza laser e sono classificati
in modo corrispondente. Questo perché il laser
pulsato utilizzato, sebbene abbastanza potente da
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misurare a portate di centinaia di metri, è di breve
L'uso dei laser di Classe 2 generalmente è sicuro nei
durata e perciò il raggio laser non accumula energia.
luoghi pubblici (dove sono effettuati la maggior parte
I raggi laser continui che qualche volta vengono
dei rilevamenti) e non richiede alcuna particolare
impiegati per estendere la portata degli strumenti
precauzione oltre quella di non guardare
EDM Phase Shift, possono portare ad un accumulo di
direttamente il raggio laser. I regolamenti in materia
energia che può rivelarsi pericoloso.
non prevedono per i laser di questa classe l'impiego di
Le tre classi laser che riguardano la maggior parte
degli strumenti di rilevamento sono la Classe 1, la
Classe 2 e la Classe 3R.
LASER DI CLASSE 1
I laser di Classe 1 come Trimble DR300+ sono laser
invisibili che soddisfano i più elevati standard di
cartelli di avvertimento, di segnalazioni acustiche o
l'addestramento tecnico del personale.
Trimble DR Standard nel modo DR rientra nella
Classe 2. Anche molti dispositivi laser portatili di uso
quotidiano, come gli indicatori laser tascabili di
presentazione, rientrano nella Classe 2.
sicurezza: l'esposizione diretta al raggio di misura
LASER DI CLASSE 3R
della pelle o dell'occhio nudo è improbabile che sia
La portata di una EDM Phase Shift può essere estesa
nociva. Inoltre gli strumenti laser di Classe 1 non
aumentando la potenza della fonte di luce,
risultano pericolosi se un altro strumento di
generalmente da meno di 1 mW a 5 mW. La luce laser
rilevamento è puntato nella fonte del raggio laser di
continua di maggiore potenza emessa aumenta però i
Classe 1. La norma CEI 60825-1 dichiara: “Laser che
rischi per la salute e la sicurezza che il raggio laser
sono sicuri in condizioni di funzionamento
comporta, cambiando la classificazione del laser e
sufficientemente prevedibili, tra cui l'uso di strumenti
portandola nella Classe 3R.
ottici per visione intraraggio”. Nel modo Prisma, DR
Standard utilizza anche un laser di Classe 1.
La norma internazionale CEI 60825-1 indica le
precauzioni aggiuntive necessarie per l'uso di
LASER DI CLASSE 2
apparecchiature di Classe 3R. Ecco qui di seguito un
I laser di Classe 2 emettono radiazione laser visibile,
suo estratto:
che potrebbe essere pericolosa per l'occhio nudo se si
guarda direttamente il raggio. Gli utenti devono
prestare particolare attenzione ad evitare di guardare
direttamente il raggio con strumenti ottici come
binocoli o altri apparecchi di rilievo.
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PRECAUZIONI DI SICUREZZA PER L'UTENTE CLASSE
Quando si esaminano le specifiche di un prodotto, è
3R— Prodotti laser di Classe 3R utilizzati per effettuare
importante confrontare una classe di laser
rilevamento, allineamento e livellamento. L'incarico di
comparabile (Classe 1 o 2) e comprendere bene tutte
installare, regolare e utilizzare l'apparecchio laser deve
le disposizioni e gli obblighi dell'utente per le altre
essere affidato solamente a personale qualificato ed
classi laser come 3R.
addestrato. Nell'area in cui sono utilizzati questi laser
deve essere affisso un apposito cartello di avvertimento.
Nessun strumento di rilevamento Trimble rientra
nella Classe 3R.
Occorre prestare attenzione ad evitare la riflessione
involontaria della radiazione. Per dimostrazioni, mostre
TEMPO DI MISURAZIONE NEL MODO DR
ed esposizioni devono essere utilizzati solamente
Quando si confronta la portata DR, è importante
prodotti laser di Classe 1 o Classe 2. Addestramento: un
paragonare anche i tempi di misurazione, perché il
tale sistema deve essere utilizzato solamente da
tempo occorrente per misurare influenza la
personale appositamente addestrato. L'addestramento
produttività. Ad una portata più lunga i metodi TOF
deve comprendere: familiarizzare con il funzionamento
sono generalmente molto più veloci dei metodi Phase
del sistema, impiego appropriato delle procedure di
Shift, infatti quest'ultimi in genere hanno un tempo di
controllo dei rischi, dei cartelli di avvertimento, ecc., la
misurazione che aumenta in funzione della distanza
spiegazione della necessità della protezione personale,
misurata. I tempi di misurazione per le EDM DR
le procedure per il resoconto degli incidenti e
Phase Shift sono spesso indicati sotto forma di
informazioni sugli effetti biologici del laser sugli occhi e
tempo residuo per portate brevi, più un tempo
la pelle. Devono essere prese precauzioni per evitare che
supplementare per ciascun incremento oltre
il personale guardi direttamente il raggio. Devono essere
tale portata.
prese precauzioni per assicurare che il raggio laser non
venga involontariamente diretto verso superfici
speculari. Quando il laser è acceso è necessario un
avvertimento sonoro o visivo.
Prendendo l'esempio del DR Standard (DR Phase
Shift), il tempo di misurazione nel modo Tracking è di
0,8 secondi per i primi 30 m, più un altro secondo per
ogni 10 m aggiuntivi. A 100 m
Considerate queste precauzioni, l'uso di apparecchi di
il tempo raggiunge i 7,8 secondi. Il tempo di
Classe 3R potrebbe risultare pratico in aree come
misurazione normale per il TOF DR300+ è di 3
miniere e in alcuni ambienti di costruzione, mentre
secondi. Questo varia in base alla natura della
potrebbe non essere altrettanto indicato in aree
superficie misurata. Dopo la misurazione iniziale, gli
aperte e pubbliche.
aggiornamenti sono effettuati ogni 0,4 secondi nel
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modo Tracking. Per misurazioni di maggiore
DIVERGENZA DEL RAGGIO E PRECISIONE
precisione, entrambi i metodi richiedono più tempo. Il
Il raggio di luce impiegato per la misurazione si
metodo TOF però non aumenta in funzione della
sparpaglia mentre si allontana dalla sua fonte, come
portata. Ciò è importante perché tempi di
illustrato nella figura 3.
misurazione più rapidi per ogni distanza hanno
un effetto molto positivo in termini di produttività
sul campo.
La natura della divergenza è differente per un laser
pulsato TOF e per uno strumento a spostamento di
fase continuo: quando parte dallo strumento, il raggio
La figura 5 mostra tempi di misurazione tipici in
di misurazione per il laser pulsato presenta un
funzione della portata per Trimble DR300+ e un DR
diametro leggermente maggiore rispetto al raggio per
Phase Shift. La figura rivela che il metodo a laser
il metodo a spostamento di fase. Poiché il laser
pulsato TOF è in genere quattro volte più veloce del
pulsato in genere va due - tre volte più lontano
laser pulsato alla portata massima dello strumento
dell'EDM a spostamento di fase, nelle lunghe portate il
Phase Shift. Non è possibile confrontare portate più
punto luminoso di misurazione può arrivare a circa 4
lunghe perché vanno oltre il raggio d'azione delle
cm di diametro. Questo però non significa che la
EDM DR basate sullo spostamento di fase.
precisione di misura di ciascun metodo si abbassi di 4
cm, la precisione rimane quella specificata.
Semplicemente significa che l'area presa a campione
per la misura è di tale dimensione.
Un punto luminoso di misurazione più grande o più
piccolo o di tipo "impronta" presenta sia vantaggi che
svantaggi. Un'impronta più grande a portata più
elevata è generalmente vantaggiosa perché consente
di individuare e misurare oggetti più piccoli, in
particolare linee di tensione elettrica e antenne, che
con un'impronta più piccola invece potrebbero essere
Note: Figura 5: tempo di misurazione in funzione
della portata
mancati (visto che l'impulso ad alta energia può
spandersi su una vasta area, è più probabile che
colpisca una mira stretta, misurando però sempre
molto accuratamente).
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L'impronta più piccola dell'EDM Phase Shift presenta
che consente una misurazione Faccia 1 e Faccia 2.
vantaggi quando si misurano molti spigoli stretti e
L'effetto dell'inclinazione causata dall'angolo
vertici, come durante i rilevamenti all'interno degli
obliquo può essere eliminato usando un effetto di
edifici o quando si misura attraverso i buchi della
annullamento.
serratura. Anche se con una dimensione più piccola
del raggio l'errore si riduce, occorre notare che in
TEST SUL CAMPO
queste circostanze l'errore è ancora presente. La
Per valutare le tecnologie DR i topografi hanno la
soluzione più accurata per misurare spigoli stretti è
possibilità di testare facilmente le rispettive
eliminare interamente il problema utilizzando
prestazioni e la validità delle dichiarazioni
semplici programmi applicativi di bordo, ad esempio
dei produttori.
quelli che consentono all'utente di effettuare
Per testare la portata basta semplicemente scegliere
misurazioni di angolo e distanza su due punti in un
alcuni oggetti remoti o strutture fino a 600 m di
muro adiacente e poi misurare precisamente l'angolo
distanza e vedere cosa può essere misurato
orizzontale e verticale rispetto allo spigolo o al vertice.
impiegando le differenti opzioni DR.
Vedere la figura 6. Questo metodo funziona
altrettanto bene sia per Phase Shift che per TOF DR e
consente di avere una posizione di precisione più
elevata per il punto da determinare, che può essere
ottenuto mediante misurazione diretta impiegando
un qualsiasi tipo di tecnologia DR. Dal momento che
l'EDM sia TOF sia Phase Shift presenta una divergenza
del raggio, ogni volta che si effettuerà una
misurazione diretta di uno spigolo o di un vertice si
avrà un certo errore con entrambi i metodi.
Per testare semplicemente gli effetti della divergenza
del raggio e la precisione, prendere un oggetto le cui
dimensioni reali possono essere misurate facilmente,
ad esempio una matita. Tenere la matita su un muro a
una qualsiasi portata e poi misurarla. Poi togliere la
matita e misurare il muro. Confrontare la differenza
tra le due distanze con la differenza nota che è la
larghezza della matita. Con ogni tipo di tecnologia DR
la differenza sarà vista indipendentemente dalla
dimensione del raggio. Un altro test consiste nel
La divergenza del raggio ha effetto anche quando si
provare a misurare cavi di tensione elettrica sospesi e
misura con una qualsiasi tecnologia DR su superfici
cavi del telefono a differenti portate.
ad angoli molto obliqui rispetto alla linea di mira.
Questa influenza le misurazioni effettuate con ciascun
metodo, ma può essere ridotta significativamente
utilizzando un'altra semplice applicazione di bordo,
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Testare la tolleranza alle interruzioni del raggio
oggetto a circa la stessa portata dell'oggetto
effettuando misurazioni DR su oggetti che si trovano
desiderato, oppure misurare l'oggetto che non si
nell'altro lato di una strada molto trafficata dove i
desidera. Impiegare uno di questi valori per impostare
veicoli in transito attraversano il raggio.
una portata di misurazione, ad esempio per misurare
Verificare la precisione verso punti noti e assicurarsi
di confrontare tempi di misurazione tipici a diverse
solamente distanze maggiori di 100 m o misurare
solamente oggetti tra 120 m e 130 m.
distanze: quando si misurano centinaia di punti al
Se ad esempio la linea di mira in cima a un serbatoio
giorno, i tempi di misurazione influenzano
d'acqua sopraelevato è attraversata da alcune linee di
significativamente la produttività.
tensione elettrica che non si vuole misurare, prima
Testare anche le applicazioni supportate che si
trovano a bordo dello strumento, come quelle
descritte più avanti.
misurare le linee di tensione elettrica. Se queste sono
lontane 45 m, impostare l'applicazione in maniera
che misuri solamente distanze maggiori di 50 m, così
sarà misurata solo la parte superiore del serbatoio
APPLICAZIONI DR
Come sono importanti le capacità di misurazione
d'acqua sopraelevato.
dell'EDM, così lo sono anche le funzionalità del
CONTEGGIO ALLA ROVESCIA DELLA
DEVIAZIONE STANDARD
software per il lavoro in campagna. E' questo software
Per la misurazione può essere impostata una
infatti che consente ai topografi di utilizzare al meglio
deviazione standard desiderata, ad esempio 0,010 m o
la tecnologia DR.
0,001 m. Il software poi misura fino al raggiungimento
Gli strumenti Trimble S6 supportano numerose utili
applicazioni, che variano in base all'unità di controllo
scelta. Alcune sono descritte più avanti.
della precisione desiderata. Se questa non viene
raggiunta entro un numero massimo prestabilito di
misurazioni, la deviazione standard ottenuta viene
presentata all'utente offrendogli la possibilità di
PORTATA DI MISURAZIONE O SOGLIA
scegliere se accettare o no la misurazione.
A volte i topografi che hanno la necessità di impiegare
DR per misurare un oggetto distante hanno però il
problema della presenza di un altro oggetto così
vicino alla linea di mira che potrebbe venire misurato
al posto dell'oggetto desiderato. La soluzione è
procedere in uno dei seguenti modi: misurare un
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MISURAZIONE ACCURATA DI SPIGOLI
determinato molto accuratamente e non è
Tutti i tipi di DR, TOF e Phase Shift, presentano un
assolutamente influenzato dall'effetto spigolo. Questa
certo errore quando si misurano spigoli e vertici, a
applicazione consente le due misurazioni del muro (1
causa dell'effetto divergenza del raggio il quale
e 2) e di misurare in sequenza l'angolo rispetto allo
allontanandosi dalla sua fonte si sparpaglia. Quando il
spigolo reale, dal quale viene determinata
raggio è puntato direttamente su uno spigolo, un po'
automaticamente la posizione accurata dello spigolo
dell'energia di misurazione viene riflessa dalle pareti
vero (4). Vedere la figura 7.
prima che il raggio raggiunga lo spigolo.
L'effetto di misurazione spigolo è mostrato nella
figura 6, dove il fronte del raggio per DR Phase Shift va
più vicino allo spigolo di quello di DR TOF. (la fonte è
situata a una certa distanza). Entrambi i metodi
presentano però un certo errore di portata.
Figura 7: misurazione di piano verticale e angolo
Un'altra applicazione disponibile in Trimble S6 è un
metodo che comporta l'intersezione di quattro punti
(due linee che si intersecano).
MISURAZIONE DI OGGETTO CIRCOLARE
Tale applicazione è illustrata nella figura 8 che in
Figura 6: effetto di misurazione spigoli DR
questo esempio è un palo della luce circolare del quale
deve essere determinata la posizione del centro.
Per via di questo errore, la maniera più accurata per
misurare uno spigolo è di gran lunga combinando
misurazioni di angolo e distanza. Un'applicazione è
per effettuare due misurazioni DR su uno dei muri,
Chiaramente esso non può essere misurato
direttamente, ma ciò si può facilmente risolvere
impiegando tecniche DR e il software di supporto,
senza dover portare una mira in cima al palo.
cosa che stabilisce un piano verticale noto. L'angolo
dello spigolo effettivo da misurare può essere
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Prima si effettua una misurazione DR del centro del
Trimble, ad esempio il programma Terramodel®.
palo come visto dall'ubicazione dello strumento; con il
Vedere la figura 9.
DR300+ si può misurare da un'ubicazione lontana al
massimo 800 m, mentre con il DR Standard lontana al
massimo 70 m, a seconda del tipo di superficie. Da tale
linea di mira si misura poi l'angolo rispetto al bordo
del palo come visto dall'ubicazione dello strumento.
Da tale angolo viene calcolato automaticamente il
raggio del palo, dal quale viene poi determinata
automaticamente la posizione del baricentro.
Figura 9: visualizzazione della superficie scandita
CONCLUSIONI
La misurazione Riflesso Diretto (DR) offre significativi
vantaggi in termini di produttività e sicurezza. Adesso
è possibile misurare con facilità anche punti e aree
inaccessibili. Zone rischiose, come dirupi, dighe,
pareti di rocce, pareti di miniere e aree in cui
transitano veicoli, possono essere misurate senza
dover inviare un operatore nella zona di pericolo.
Figura 8: misurazione di punto eccentrico
SCANSIONE DELLA SUPERFICIE
Impiegando questa tecnologia i rilevamenti delle
facciate degli edifici possono essere eseguiti molto
Superfici come pareti di miniere, pareti di dirupi e
rapidamente e con una squadra di rilevamento
accumuli di materiale di scorta possono essere
costituita da un solo operatore, cosa che riduce
misurate impiegando il modo di scansione, il quale
considerevolmente i costi. La possibilità di eseguire
effettua misurazioni automatiche ad un intervallo
questo tipo di misurazione non a contatto, quando si
definito dall'utente entro una finestra temporale
è impegnati in rilevamenti stradali e ferroviari riduce
predeterminata. Per costruire e visualizzare una tale
anche l'intralcio al traffico ed aumenta la sicurezza.
superficie può essere utilizzato software per ufficio
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I due approcci per la realizzazione di questa
Grazie alle capacità del laser pulsato di DR300+ e alle
tecnologia - i metodi TOF e Phase Shift - sono stati
funzionalità di DR Standard, con la serie S6 Trimble
illustrati riportando anche i vantaggi e gli svantaggi di
offre ai geometri la gamma più completa, da nessun
ciascuno. Sono state inoltre descritte le tipiche
altro resa disponibile, di soluzioni di misurazione
applicazioni che sono ad essi di supporto.
della distanza senza riflettore. Comprendendo le
differenza tra la tecnologia Time of Flight usata in
Il metodo Time of Flight, o a laser pulsato, come
utilizzato in DR300+ offre elevata precisione nel modo
DR (±3 mm +3 ppm) e generalmente raggiunge una
portata di sei volte superiore a quella di DR Phase
DR300+ e la tecnologia Phase Shift impiegata in DR
Standard, i geometri possono effettuare una scelta
informata riguardo all'opzione più adatta per la loro
particolare gamma di applicazioni ed esigenze.
Shift, senza compromessi in termini di precisione o di
tempo di misura. Il DR300+ è pertanto consigliato per
APPENDICE TECNICA
applicazioni per esterni dove la misurazione a riflesso
Per maggiori informazioni consultare quanto segue:
diretto di vasta portata, nell'intervallo di 150 m–800
m, è necessaria per ridurre al minimo le impostazioni
dello strumento ed aumentare la produttività.
La tecnica Phase Shift (spostamento di fase)
impiegata nella tecnologia Trimble DR Standard offre
la massima precisione nel modo Prisma ±(1 mm + 1
ppm) e nel modo DR- (3 mm + 2 ppm). DR Standard è
• Scheda tecnica della stazione totale Trimble S6
• Scheda tecnica della stazione totale Trimble 5600
• Scheda tecnica della stazione totale Trimble 3600
• Scheda tecnica della stazione totale Trimble 3300
• Riferimento: CEI60825-1 / 2 Sicurezza degli
apparecchi laser
particolarmente utile per applicazioni riguardanti
rilevamento sotterraneo, scavo di gallerie e
monitoraggio estremamente accurato. E' anche ideale
per i geometri che trascorrono la maggior parte del
loro tempo eseguendo rilevamenti di interni e che
quindi non necessitano la funzionalità a più lunga
portata di DR300+. Queste sono le applicazioni per le
quali si consiglia l'opzione DR Standard.
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