Errores en las mediciones con estación total

Últimamente he visto acaloradas discusiones en LinkedIn sobre replanteos en la construcción (normalmente sujetan pernos) con imágenes de residuos a 0,000 m, y a veces, accesorios de gran apariencia para ayudar con la estabilidad del prisma.

Me gustaría compartir algunas ideas a un nivel más fundamental sobre la medición con tolerancias estrictas utilizando estaciones totales y tal vez en futuras publicaciones extienda mis recomendaciones para el replanteo de alta precisión y la calibración de estaciones totales en particular.

La medición de una estación total normalmente se compone de dos componentes:
1. La medida angular
2. La medición de la distancia

La medida angular, dividida en dos componentes, el ángulo vertical y el
el ángulo horizontal se rige por codificadores de ángulo muy fino y, por lo general, la precisión se expresa en segundos. Por ejemplo, en una situación de construcción es típico adquirir un instrumento de «5 segundos». Esto significa que la medición del ángulo ingresada en el software de un TPS moderno se resuelve en incrementos de 5 segundos. 0, 5, 10, 15 y así sucesivamente.

Esta es una simplificación de lo que realmente sucede, diferentes fabricantes tienen
diferentes enfoques, pero sigamos con esta analogía.

En términos reales, esto significa que suponiendo que la medición de la distancia sea perfecta (llegaremos a esto más adelante), se puede lograr una granularidad de 1 mm a una distancia menor o igual a 41 m. Si un responsable de topografía especificara que no debería haber más de 150 m entre los puntos de control en un sitio de trabajo, entonces se supondría que el instrumento no tiene más de 75 m aproximadamente. desde los controles, entonces la posición se puede resolver a unos 2 mm si la distancia es perfecta. Es muy probable que esta sea una tolerancia adecuada para la mayoría de los proyectos de construcción, pero paguemos el recargo para obtener un instrumento de 2 segundos para un diseño crítico y un instrumento de 1 segundo para un topógrafo autorizado.
Entonces podemos decir lo siguiente:
Instrumento de 5” = 1 mm en 41 m
Instrumento de 2” = 1 mm en 104 m
Instrumento de 1” = 1 mm en 206m

Leica Geosystems vende un instrumento TS60 con lectura angular de 0,5” para quienes necesitan aún más precisión.

En mi opinión, el componente de medición de distancia es más crítico y menos
comprendido.

Para entender esto en un sentido amplio, discutiré dos tipos de errores comúnmente
encontrados (hay muchos más, pero están fuera del alcance de este artículo). Estos son:
1. Error cero
2. Error cíclico

El error cero o error de índice es una combinación del efecto del punto cero del
instrumento esté en otro lugar que no sea sobre la marca por la cual el instrumento ha sido
centrado, junto con la posición de los reflectores que no esté centrada sobre la marca en el otro extremo de la línea que se está midiendo. La compensación será constante para un modelo determinado de reflector, por lo que generalmente se tiene en cuenta en la constante del reflector configurada en el instrumento.

Digamos que la posición cero errónea de un TPS está 5 mm detrás del centro del
rotación. Se mide un punto mirando hacia el oeste, este es 5 mm más largo de lo que debería ser, ahora el TPS gira hacia el este y se mide otro punto, este también tiene 5 mm de largo, ¡pero la distancia de unión entre los puntos medidos es incorrecta en 10 mm! Esto no depende de la distancia, por lo que un usuario podría fácilmente ser humillado por alguien con una cinta métrica.

In my career the worst TPS offender I came across had a zero error of -14mm.

Figura 1: ¡Error cero, exagerado!

Pueden producirse errores periódicos breves o errores cíclicos en los instrumentos de electroerosión que miden
utilizando el método de medición de fase. Estos son errores periódicos con longitudes de onda iguales a la longitud de la unidad de medición fina del instrumento y también pueden ocurrir en los armónicos de estas longitudes de onda. Estos errores pueden deberse a una diafonía eléctrica y/u óptica o a un error sistemático en el sistema de medición de fase.

Normalmente, los instrumentos con una longitud de onda de medición más corta tendrán un menor
error pronunciado. Los instrumentos que miden el pulso no se ven afectados por esto a propósito.

Figura 2: Onda de medición

Puede ver que el error va de +a hasta -a a lo largo de la longitud de la onda de medición.
En la práctica, esto significa que puede ocurrir un error en un cierto incremento de distancia, a 10 m puede ser un error adicional cero, pero a 10,2 m significaría un error adicional de 1 mm, y volver a cero a 10,4 m.

Poniendo todo junto

Sin tener en cuenta ningún error en la red de control y la configuración de la estación
total, digamos que nuestro usuario tiene un instrumento de 2 ”y está replanteando a una distancia de 50 m.
Los errores angulares deberían mitigarse, pero ¿qué pasa con los errores de distancia?
Un topógrafo que cuantifique y tenga en cuenta estos errores reducirá el riesgo al que están expuestos en el transcurso de sus tareas diarias.

Consideremos, por ejemplo, el caso muy típico de un ingeniero topógrafo encargado de colocar los pernos de sujeción que se vaciarán en concreto para la construcción de un edificio estructural de acero, con un espacio típico de 200 mm entre pernos y una tolerancia de construcción de 5. mm. Equipado con (Redactado)*, cualquier medición tomada estaría sujeta a un error cero de -3,5 mm y un error cíclico de ± 0,9 mm. Con el error cíclico que va de un máximo positivo a un máximo negativo en la distancia de media longitud de onda (185 mm), el error al configurar estos pernos podría ser tanto como -4,4 mm a -2,6 mm únicamente a partir de los errores de medición de distancia del Electroerosión. Esto es antes de que se acumulen errores debido a lecturas angulares, errores de configuración, errores de centrado de prismas, errores en la red de control, condiciones meteorológicas, etc. Con la probabilidad de que la configuración del instrumento sea incorrecta por el hecho de que las distancias medidas hasta los puntos de trisección o puntos de referencia conocidos sean incorrectos en -3,5 mm (± errores cíclicos), se hace evidente que lograr una precisión de posición de estos pernos de 5 mm es altamente improbable.

Sin embargo, si el topógrafo sabe que existe el error cero y ajusta el prisma
constante en esta cantidad, entonces la magnitud del error cíclico presente es lo suficientemente pequeña como para que aún se puedan alcanzar las tolerancias de construcción. Se puede argumentar que las tres o cuatro horas necesarias para realizar una calibración una vez al año representan una importante relación calidad-precio cuando se comparan con el costo de cualquier posible reelaboración para rectificar pernos mal fijados.

¿Qué calibración puedo escuchar en los comentarios? Bueno, me gustaría escribir sobre eso en una publicación separada, pero Leica Geosystems lo tiene cubierto con el paquete Gold CCP, donde el instrumento se calibrará sobre la línea de base** en el valle del Rin. antes de la entrega.

*Tengo resultados de análisis de varias marcas y modelos de estaciones totales pero no compartiré el modelo aquí.
** En mi opinión, la calibración de referencia es la mejor manera de determinar el error cero y el error cíclico.

Brendan Gilligan

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