Czym geodeci wykonują pomiar i jak działają te urządzenia? Część 1

W tym artykule przedstawię Państwu kilka najczęściej wykorzystywanych instrumentów geodezyjnych, a także przybliżę Wam pokrótce:

jak one działają;
jak wyglądają ekrany, z których sczytujemy dane;
ogólne parametry;
średni koszt tych urządzeń.

Czym geodeta wykonuje pomiar?

Rozwój technologii w dziedzinie sprzętów geodezyjnych jest widoczny z roku na rok. Producenci prześcigają się we wprowadzaniu kolejnych funkcji ułatwiających pomiar, ale co najważniejsze, sprzęty te są coraz bardziej dokładne i przyjazne w obsłudze.

Dokładność i ceny urządzeń mogą się znacząco różnić dla danych sprzętów. Ważne jest to, do jakiego rodzaju prac geodeta będzie wykorzystywał swój sprzęt i czy będzie on spełniał dokładności określone w rozporządzeniach geodezyjnych.

Najważniejsze sprzęty pomiarowe wykorzystywane w geodezji:

Odbiornik GNSS,zwany potocznie GPS-em;
Tachimetr;
Niwelator;
Taśma pomiarowa.

Wyróżnić można również taki sprzęt jak teodolit, który swoje miejsce już częściej znajdzie w okolicznych muzeach, niż podczas pomiarów geodezyjnych. Natomiast sprzęt, który ostatnimi czasy nabiera coraz większego znaczenia to niewątpliwie dron.

Odbiornik GNSS

Sprzęt bez którego nie może funkcjonować żadna firma geodezyjna. Na stałe do głównego asortymentu firm geodezyjnych wszedł kilkanaście lat temu. Wcześniej, ze względu na zbyt niską dokładność, wysoką cenę, ale i brak dostosowania systemów do pomiarów geodezyjnych nie był postrzegany jako niezbędne urządzenie.

Odbiornik GNSS to przenośne urządzenie (zdjęcie 1) służące do odbierania sygnałów z satelitów. Najpopularniejszym w Polsce systemem odbierającym sygnał z satelitów jest system ASG-EUPOS. Jest to utworzona w 2008r. ogólnopolska sieć stacji referencyjnych rozmieszonych na terenie całej Polski i jest zarządzana przez Główny Urząd Geodezji i Kartografii. Obecnie system ten obejmuje 130 stacji, a rozmieszczenie tych stacji można zobaczyć TUTAJ.

Czym geodeci wykonują pomiar — **Zdjęcie 1** Odbiornik GNSS.

Sygnał odbierany jest z satelitów z systemu GNSS (Global Navigation Satellite Systems), który obejmuje zasięgiem całą kulę ziemską. Celem tego systemu jest określenie pozycji użytkownika w czasie rzeczywistym w określonym układzie X,Y oraz określonej wysokości Z. Do systemu GNSS zalicza się:

GPS ( Global Positioning System) – amerykański system, który jako pierwszy udostępnił dane z satelity za darmo i dla każdego użytkownika;
GLONASS (Globalnaja nawigacionnaja sputnikowaja sistiema) – rosyjski system. Podobnie jak GPS zaczął powstawać w latach 70. Początkowo do celów wojskowych i tylko dla swoich potrzeb;
GALILEO – europejski system. Zaczął powstawać w latach 80, ale pełną gotowość do działania osiągnął dopiero pod koniec 2016r. Przyjmuje się, że jest on najbardziej dokładnym system GNSS;
BeiDou (co w języku mandaryńskim oznacza gwiazdozbiór Wielkiej Niedźwiedzicy) – chiński system. Od około 2 lat osiągnął pełną gotowość, czyli odbieranie sygnału na całej kuli ziemskiej.

Sygnał z satelitów ściągany jest przez 24 godziny 7 dni w tygodniu do stacji bazowych. Po włączeniu odbiornika GNSS łączy się on z najbliższą stacją bazową i otrzymuje obliczone położenie, a także wysokość danego punktu w czasie rzeczywistym. Dane wyświetlane są na ekranie kontrolera (może to być nawet zwykły smartfon, który ma dostęp do internetu i wgrane oprogramowanie geodezyjne do wykonywania pomiarów).

Przykładowy wygląd ekranu kontrolera możecie zobaczyć na zdjęciu obok, gdzie:

FIXED – oznacza, że sygnał jest prawidłowy i można wykonać pomiar. FLOUT oznaczałby brak poprawnego sygnału i pomiar byłby obarczony dużym błędem;

Wiek1 – oznacza, że otrzymany sygnał jest sprzed 1 sekundy, co świadczy o ciągle spływających poprawkach do instrumentu. Im większy wiek tym błąd by narastał;

Hrms i Vrms – błąd pomiaru wysokościowego i sytuacyjnego (tutaj widać na poziomie 11mm);

Satelita i liczba 30 (z tylu satelitów korzysta urządzenie) oraz liczba 32 (tyle satelitów „widzi”, jednak nie korzysta z 2 w tym przypadku. Najprawdopodobniej nie korzysta z nich, gdyż z powodu zakłóceń te satelity generowałyby zbyt duże błędy;

Zielona tyczka i Gotowe – w tym przypadku oznacza, że jest włączona funkcja pomiaru IMU (zdjęcie 3, gdzie jest wyjaśniona ta funkcja).

Na środku ekranu są też inne funkcje, które wykorzystuje się do wykonywania pomiarów, ale są one rzadziej używane. Na dole znajdują się jeszcze współrzędne N i E (czyli X, Y) w układzie 2000 i wysokość H w układzie EVRF2007.

Wysokość anteny – czyli na jakiej wysokości znajduje się spód mocowania naszego odbiornika GNSS.

Jeżeli chodzi o parametry fizyczne odbiornika GNSS to jak widać na zdjęciu 1 jest to urządzenie o niewielkich rozmiarach (100mm x 61.5mm) i małej wadze (555g). Oczywiście są też urządzenia kilkukrotnie większe i cięższe. Urządzenia GNSS są przystosowane zarówno do pracy przy -20^oC, jak i +60^oC. Są też pyłoszczelne oraz wodoszczelne – norma IP65.

Cena nowego urządzenia GNSS z reguły waha się między 15-60 tysięcy złotych. Dodatkowymi niezbędnymi wydatkami jest zakup tyczki oraz kontrolera.

Podsumowując, im więcej satelitów wykorzystywanych jest do pomiaru tym mniejszy jest jego margines błędu. Błąd może być większy podczas pomiarów wysokich budynków, w mocno zadrzewionych miejscach, lub w miejscach o słabiej docierającym sygnale telefonii komórkowej. Finalnie pomiar należy skontrolować, czy mimo wyświetlanych dopuszczalnych poprawek do wykonywania pomiarów jest on właściwy. Kontrolę można zrobić w prosty sposób poprzez pomiar innego elementu, którego współrzędne zostały określone już wcześniej lub poprzez pomiar punktu osnowy geodezyjnej i porównaniu tych współrzędnych. Z pomiaru GPS-em otrzymujemy raport, który przedstawia wszystkie dane dotyczące mierzonego punktu. Wygląd tego raportu możecie zobaczyć w jednym z moich poprzednich artykułów Co zawiera operat geodezyjny?

Zdjęcie 3 – Pomiar z wykorzystaniem IMU, czyli pomiar z wychyleniem tyczki. W urządzeniu wbudowany jest żyroskop, który przelicza wychylenie oraz długość tyczki, czyli od spodu mocowania odbiornika do punktu na końcu grotu. Funkcja przydatna podczas pomiaru narożników budynków, drzew czy punktów trudno dostępnych, które znajdują się np. pod samochodem. Im większe wychylenie tym błąd jest większy.