Leica AP20 AutoPole: повышение производительности в работе с тахеометром

Добрый день, уважаемые посетители сайта НГК! В этой статье речь пойдет о новом уникальном устройстве, способном сильно облегчить решение ежедневных задач геодезистов. 

1. РЕЗЮМЕ

Автоматизированные тахеометры являются распространенным инструментом для геодезии и строительства, поскольку их постоянно улучшающиеся возможности и программное обеспечение поддерживают точный и быстрый сбор геопространственных данных. Однако аналогичные усовершенствования в области геодезических и строительных вешек, которые являются неотъемлемой частью этого процесса, в последние десятилетия отсутствовали.

Инновация Leica Geosystems решает эту проблему за счет установки надежных датчиков на геодезическую веху. Результат — интеллектуальное решение, которое позволяет проводить измерения с помощью вехи с произвольным наклоном, автоматически обнаруживать и регистрировать изменения высоты вехи в полевом программном обеспечении, а также наводить и фиксировать тахеометр только на заданную цель. 

В данной статье представлен  Leica AP20 AutoPole, описаны три функции, позволяющие повысить производительность, а также рассмотрены варианты улучшения общего рабочего процесса.

2. ВВЕДЕНИЕ

Точная геопространственная информация необходима для управления земельными ресурсами, развития и обслуживания инфраструктуры, строительства зданий и т. д. В то время как количество сложных проектов, требующих пространственных данных, растет, нехватка квалифицированных кадров для их сбора подчеркивает необходимость автоматизации
всех процессов. Поэтому методы быстрого и простого сбора данных, которые легко интегрируются в рабочие процессы измерения, имеют решающее значение. Тахеометры помогают решать эти проблемы благодаря автоматизированным функциям, которые стали возможными благодаря постоянному совершенствованию возможностей датчиков
и программного обеспечения. Однако геодезическая вехи не достигла аналогичных успехов в области автоматизации, в результате чего важная часть автоматизированного рабочего процесса остается ручной. 

Некоторые из проблем, связанных с нехваткой времени, безопасностью и обеспечением качества при измерениях с помощью тахеометров, включают:

• Снижение производительности из-за ручного выравнивания вехи и ограниченной доступности в тех случаях, когда веха не может быть установлена в вертикальном положении.
• Возможность ошибок при ручном вводе высоты вехи
• Отвлечение внимания операторов при работе с вехой, которые не могут полностью сосредоточиться на задаче измерения. Это создает потенциальные риски для безопасности.
• Замедление работы из-за помех при съемке на призму на оживленных объектах с несколькими бригадами и несколькими отражателями на объекте

Рисунок 1: Leica AP20 AutoPole — это уникальное повышающее производительность
интеллектуальное решение для съемки и выноса в натуру с помощью автоматизированных тахеометров Leica Geosystems.

Для преодоления описанных проблем компания Leica Geosystems разработала Leica AP20 AutoPole. Эта инновация дополняет автоматизированные тахеометры Leica Geosystems и расширяет возможности съемочных работ и работ по выносу в натуру. 

Первая в своем роде разработка системы компенсации наклона на основе IMU для интеллектуальной антенны GS18 T компании Leica Geosystems стала основным фактором, приведшим к созданию AP20. GS18 T преодолела ограничения по вертикальной установке ГНСС ровера на вехе, и предоставила проверенную технологию, подходящую для интеграции в тахеометрию.
AP20 был разработан как комплексное решение, которое объединяет эту возможность с другими концепциями автоматического обнаружения изменения высоты вехи и исключения ручного наведения.

Несколько технологий в AP20 решают основные проблемы, делая возможным:

Измерения с произвольно наклоненной вехой. Ускоряя работу и улучшая доступ к точкам.  Автоматическое обнаружение и регистрация изменения высоты вехи в полевом программном обеспечении.

Исключение ручного поиска, сделав возможным для тахеометра поиск и фиксацию только нужной цели. 

AP20 работает как с программным обеспечением Leica Captivate, так и с Leica iCON field, легко интегрируясь в общий рабочий процесс измерений и  позволяя тахеометру и геодезической вехе стать взаимосвязанным решением, которое повышает гибкость и производительность.

Применение в промышленности

При выполнении следующих геодезических измерений Leica AP20 AutoPole обеспечивает большую гибкость, безопасность и производительность:

• Топографическая съемка в районах с природными и городскими препятствиями
• Вынос в натуру на оживленных строительных площадках с несколькими бригадами
• Съемка дорог в районах с интенсивным движением
• Измерение коммуникаций и инфраструктуры, доступ к которым затруднен или опасен
• Точная исполнительная съемка

3. КОМПЕНСАЦИЯ НАКЛОНА

Проблемы пользователей при ручной установке вехи при измерении каждой точки вызывает ряд проблем для операторов, начиная от потери производительности и заканчивая проблемами безопасности и недоверием из-за отсутствия возможности отслеживания качества ручного выставления вехи  по уровню. При использовании обычных геодезических вех инженер-геодезист и инженер-проектировщик должны уделять особое внимание точному выставлению по уровню перед каждым измерением, что требует затрат времени и концентрации внимания.

При топографических съемках, в ходе которых за день снимают сотни точек, значительное количество времени уходит на установку вехи по уровню. В случае механических, электрических и сантехнических работ (MEP) инженеры-разметчики могут испытывать разочарование и замедление работы при работе со сложными проектными данными.

Кроме того, необходимость выставления вехи в вертикальном положении ограничивает доступ к некоторым точкам, таким как колодцы, заблокированные припаркованными автомобилями, точки за деревьями, блокирующими линию видимости к тахеометру, или точки в траншеях. Эти ограничения часто приводят к трудоемким обходным решениям, требующим дополнительных аксессуаров, таких как рулетки для ручного смещения точек или перемещение тахеометра в новое место установки.

Контроль качества также является проблемой при ручном выравнивании вехи. Даже самые высококачественные и точные тахеометры не могут предотвратить ошибки координат, вызванные ошибками при установке вехи. Как и другие инструменты, аналоговые уровни не являются безошибочными и достигают своей заявленной точности только при правильной и регулярной юстировке. Кроме того, инженер-геодезист, который занимается постобработкой записанных данных в офисе, не может знать, насколько хорошо была установлена веха для каждого отдельного измерения в полевых условиях.

3.1 Компенсация наклона на основе IMU

Функция компенсации наклона вехи AP20 позволяет операторам игнорировать аналоговый круглый уровень для съемки и выноса точек с произвольно установленной вехой. Это повышает производительность в полевых условиях и позволяет проводить скрытые измерения вблизи, которые ранее были затруднительны для съемки. Вся цепочка измерений основана на надежных данных датчиков, а не на ограничениях ручного выравнивания вехи. Технология IMU используется в AP20 для определения положения вехи  в пространстве. Подобно Leica GS18 T, IMU, основанный на микроэлектронно-механических системах (MEMS) промышленного класса, включает в себя трехосный акселерометр и трехосный гироскоп для точного измерения ускорения и угловой скорости. Эти наблюдения, вместе с непрерывными положениями целей от тахеометра, передаются в настраиваемую инерциальную навигационную систему (INS), интегрированную в AP20. Алгоритм INS математически поворачивает и интегрирует измерения IMU в систему координат тахеометра и определяет положение вехи и связанный с ним показатель качества определения координат.

 

Рисунок 2: Забудьте о круглом уровне и повысьте производительность, измеряя
точки с помощью произвольно установленной вехи

 
  

Рисунок 3: Выносите точки в натуру с наибольшей точностью в с перевернутой вехой используя небольшую высоту отражателя.  

Инициализация AP20

Для измерения с компенсацией наклона AP20 необходимо инициализировать произвольным движением вехи в течение нескольких секунд. Наиболее эффективный способ сделать это вот так: 

• Совершайте достаточно большие движения в разных направлениях, чтобы получить данные об ускорении от IMU.
• Двигайтесь с умеренной скоростью, чтобы тахеометр мог продолжать отслеживать призму.
• Продолжайте движение еще несколько секунд, чтобы инициализация была более надежной.

3.2 Точность

Отдельные измерительные задачи требуют качества, надежности и прослеживаемости. Топографы и строительные геодезисты должны знать на месте, подходит ли текущее качество точки для решения их задачи. Кроме того, офисные приложения требуют возможности отслеживать степень точности собранных данных для обеспечения контроля качества и постобработки. Помимо потери производительности, ручной процесс выравнивания вехи с использованием аналогового круглого уровня, сильно ограничивает эти желаемые возможности. AP20 заполняет этот пробел, обеспечивая бесперебойный и цифровой поток данных благодаря надежному использованию датчиков. Благодаря удобному управлению вехой с наклоном до 15°, AutoPole обычно обеспечивает такой же или более высокий уровень производительности, чем при попытке точного выставления по уровню. В отличие от ручного нивелирования, величина наклона и эквивалентное качество точки сохраняются вместе с данными для каждой точки. Наивысшая точность, обычно достижимая только при статическом варианте установки вехи (бипод или трипод), теперь также может быть достигнута в режиме обратного наклона, просто удерживая призму ближе к нужной съемочной точке.   

 
Рисунок 4: Среднеквадратичная погрешность положения наконечника вехи при использовании различных конфигураций. Каждые график основан на данных из более чем 200 точечных измерений на призму, полученных 4 различными операторами вехи для получения среднего уровня точности выставления вехи с использованием 1'' тахеометра на расстоянии 100 м.

3.3 Преимущества компенсации наклона

Благодаря компенсации наклона в режиме реального времени операторы экономят время на каждой измеряемой точке. Ранее недоступные точки, например, за или под препятствиями, теперь можно измерить напрямую, без расчета смещения или дополнительной настройки тахеометра, которая отнимает много времени. Оператор может сосредоточиться на окружающей обстановке и фактических задачах съёмки, вместо того чтобы отвлекаться на аналоговый уровень. Это обеспечивает больше комфорта и безопасности, особенно на строительных площадках или вблизи дорог. Исследования и тесты операторов показали, что производительность увеличивается до 50% за счет увеличения эффективного времени измерения с помощью AP20. Для типичной геодезической работы с различными задачами измерения и разбивки, AP20 экономит более 2 часов в день. Кроме того, геодезисты швейцарской компании Käppeli Digital AG сообщили о 50-процентном увеличении скорости выполнения геодезических задач при тестировании на проекте по прокладке трубопровода и строительству дороги. Задачи по выносу в натуру можно ускорить еще больше, перемещая наконечник вехи непосредственно в желаемое место проектирования в соответствии с указаниями полевого программного обеспечения Leica Captivate, вместо повторения шагов по перемещению призмы, выравниванию шеста и проверке указанных значений. Эксплуатационные преимущества компенсации наклона AP20 взаимосвязаны и приводят к повышению производительности, точности и безопасности для инженеров-геодезистов и строительных геодезистов при выполнении задач на объекте и в целом в рабочем процессе.
   

 
  Рисунок 5: Ускоряем работу с помощью компенсации наклона и одновременно повышаем безопасность оператора в сложных условиях на объекте.

 
4. Высота вехи

Проблемы с предоставлением правильных данных о высоте

Инженеры-геодезисты должны предоставлять данные с правильными высотами. Хотя удлиняемая веха помогает преодолеть препятствия на линии видимости, процесс повторного изменения высоты включает в себя много шагов и может привести к ошибкам.

Например:

• Необходимо считывать данные с напечатанной шкалы высоты на вехе, что оставляет возможность неправильного считывания новой высоты и неправильного ввода в полевое программное обеспечение.

• Значения высоты вехи должны быть переданы оператору тахеометра при работе бригадой из двух человек, что оставляет возможность недопонимания между коллегами и неправильного ввода данных. 

• Высоты джолжны быть введены в полевое программное обеспечение, что может быть
полностью забыто из-за отвлекающих факторов на месте. 

Следствием этого является высокая вероятность появления неправильных высот в полученных данных. Кроме того, при измерении с помощью штатива с компенсацией наклона общие 3D-координаты будут рассчитаны неверно. Обновление данных с учетом правильных высот целей возможно, если можно вспомнить правильные высоты.
Однако отслеживание фактической высоты цели и обновление всех затронутых измерений требует значительных усилий при постобработке или возвращения на место для повторных измерений.

 4.1 Магнитное обнаружение защелки и обновление данных

Функция PoleHeight в AP20 устраняет усилия и риски, связанные с этими ручными операциями. Физическое удлинение или укорочение автоматически обнаруживается шестом и передается в
полевое программное обеспечение подключенной тахеометра или полевого контроллера.
В полевом программном обеспечении поле ввода высоты цели обновляется соответствующим образом. Таким образом, кроме удлинения шеста до желаемой высоты, от оператора не требуется никаких дополнительных действий.

Эта технология состоит из нескольких частей. Начиная с поддерживаемых рефлекторных штативов Leica AP, рукоятка на нижней трубе имеет встроенный магнит внутри штифта, который защелкивается в отдельных положениях защелки верхней удлиняемой трубы. Эта верхняя труба с другой стороны содержит пассивные электронные компоненты. Датчики Холла за каждой фиксирующей позицией обнаруживают близкое магнитное поле, исходящее от магнита на ручке, и поэтому могут определить, какая позиция в данный момент зафиксирована.

Размеры вехи и порядок расположения датчиков Холла за фиксирующими замками известны, и, как следствие, каждое обнаруженное положение может быть соотнесено со значением высоты, если шест зафиксирован в положении фиксирующего замка. Для передачи считываемой высоты от шеста к подключенному AP20 используется технология ближней бесконтактной связи (NFC), которая пересылает обновление подключенному полевому программному обеспечению на тахеометр или полевой контроллер. Основанная на индуктивной связи, технология NFC обеспечивает обмен данными и позволяет вехе получать энергию от подключенного AP20. Это означает, что сама веха не требует внутреннего источника питания.

Когда устанавливается промежуточное положение между двумя фиксаторами, ни один из датчиков Холла не реагирует на магнитное поле, и на этом основании веха показывает неверное значение высоты. Затем полевое программное обеспечение информирует пользователя о необходимости вручную ввести промежуточную высоту.

4.2 Преимущества автоматического считывания высоты

Функция PoleHeight обеспечивает надежность и экономию времени, давая операторам мачты возможность гибко изменять высоту при необходимости, обеспечивая ввод правильных значений в программное обеспечение при использовании положений фиксации или предоставляя напоминания, когда требуется ручной ввод.
Это значительно снижает риск неправильной высоты цели и, следовательно, позволяет избежать последующей корректировки или повторного считывания данных. В то же время, использование комбинации PoleHeight с функцией компенсации наклона снижает необходимость в промежуточных ручных измерениях высоты, поскольку штангу можно наклонить в сторону свободной линии видимости к тахеометру.

Рисунок 6: Схематическое изображение компонентов, необходимых для определения текущей высоты вехи.

  Рисунок 7: Автоматическое изменения высоты и незамедлительное обновление в полевом
программном обеспечении исключает риск ввода неправильной высоты отражателя.

 
5. TARGETID

Проблемы с идентификацией целей на оживленных объектах Сжатые сроки оказывают значительное давление на специалистов по геодезии и строительству, которые должны выполнять задачи правильно и в срок. Это становится еще более сложной задачей на оживленных строительных площадках, где разные бригады работают в одной и той же зоне, используя собственное геодезическое оборудование, такое как тахеометры и рефлекторные шесты, для выполнения своих индивидуальных задач. При сбора данных и разметки это может привести к помехам при начальном поиске цели, а затем к прерываниям линии видимости.
Повторяющиеся шаги поиска, нахождения и проверки занимают время, и чем больше целей, тем дольше это может занять. В частности, при работе одного человека удаленно от  полевого контроллера на столбе оператору может быть сложно проверить, на какую цель в данный момент нацелена тахеометр.
Все это приводит к отвлечению от рабочего процесса, разочарованию и увеличению времени простоя, когда невозможно выполнять геодезические задачи. Производительность страдает, и запланированные этапы строительства могут быть подвержены риску задержки.

5.1 Идентификация цели на основе PowerSearch

Функция TargetID AP20 позволяет автоматически искать и идентифицировать цели, продлевая время работы и производительность на столбе. Интегрированная в существующие методы поиска, во время процесса поиска посторонние цели игнорируются, поэтому тахеометр останавливается только на столбе, оборудованном AP20. Предотвращается фиксация на посторонней цели, сокращается количество ручных проверок целей, и работа может начаться немедленно.
Для обеспечения этой функции AP20 включает в себя кольцо из 10 светодиодов,
которые передают оптический сигнал с определенным идентификатором (ID), закодированным в его частоте импульсов. Этот сигнал может быть прочитан приемником PowerSearch (PS). Поэтому для использования функции TargetID обязательно необходимо иметь тахеометр с функцией PS. Излучаемая частота устанавливается с помощью соответствующего номера ID в полевом программном обеспечении и позволяет использовать 16 различных ID. После установления соединения Bluetooth тахеометр или полевой контроллер автоматически синхронизирует выбранный номер ID с подключенным AP20, а затем выполняется поиск этого идентификатора и соответствующей ему цели.

  

Рисунок 8: Схематическое изображение входящих сигналов на приемнике PowerSearch, которые используются для идентификации и фиксации цели. 

Как только пользователь запускает поиск цели с помощью полевого программного обеспечения, автоматически выполняются следующие действия:

• Тахеометр запускает AP20 для включения передачи идентификатора цели.
• Тахеометр начинает горизонтальное движение поиска.
• Приемник PS тахеометра отслеживает входящие отражения от цели
• и частоту идентификатора цели от AP20.
• Только в случае обнаружения правильного идентификатора цели горизонтальный поиск прекращается, и телескоп выравнивается по направлению Hz пикового сигнала идентификатора цели.
• Автоматическое распознавание цели (ATR) выполняет вертикальный поиск и наводится на оптический центр прикрепленной цели.
• После успешного завершения поиска AP20 автоматически отключает передачу идентификатора цели.

Беспроводная связь через Bluetooth позволяет изменить желаемый идентификационный номер, установив его в тахеометре или полевом программном обеспечении полевого контроллера. AP20 синхронизируется автоматически. Это соединение также информирует AP20 о начале и окончании процедуры поиска тахеометра. Передача идентификатора активна только в том случае, если выполняется поиск.

  Рисунок 9: AP20 позволяет продолжать работу без перерывов даже на загруженных объектах с несколькими отражателями.

 

5.2 Преимущества TargetID

Когда на объекте присутствует несколько бригад, оснащенных AP20, отдельные операторы могут согласовать свои идентификаторы перед началом работы. В этом случае до 16 операторов AP20 могут работать на одном объекте без помех при поиске целей.
Даже если два оператора установят одинаковый идентификатор, вероятность помех низкая, поскольку передача идентификатора не является постоянной активной, а только во время поиска отдельной тахеометрической станции. Дополнительным преимуществом является экономия заряда батареи. Благодаря отделению источника сигнала идентификатора от измеряемой (оптической) цели, морфология обеспечивает совместимость с любым существующим отражателем Leica Geosystems, который подходит к вехе.

Таким образом, функция TargetID работает независимо от того, прикреплена ли круглая призма или призма 360°, а точность измерения на точный центр цели остается на высоком уровне  тахеометра. Функция TargetID также обеспечивает расширенный и более надежный диапазон  поиска в условиях высокой влажности и дождя по сравнению с обычным PS. Благодаря дополнительной информации об идентификаторе цели больше не требуется строгий анализ уровня сигнала для фильтрации посторонних отражений. Кроме того, поскольку AP20 передает идентификатор цели только в одном направлении к тахеометру, он менее подвержен влиянию дождя в оптическом канале. TargetID гарантирует, что AP20 вписывается в существующие рабочие процессы и настройки приборов, устраняя простои и позволяя одновременно продолжать работу без перерывов.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совместимость

AP20 совместим с автоматизированными тахеометрами, включая Viva TS16 (Компенсация наклона требует функции отслеживания и может использоваться с TS16 A/G/P/I. TargetID требует функции PowerSearch и поэтому может использоваться с TS16 P/I, Nova TS60/MS60 и роботами iCON iCR70/80/80s). Для поддержки новых функций AP20 этим приборам требуется только обновление прошивки до версии 7.00 (или выше) программного обеспечения Leica Captivate или Leica iCON field.

Резюме

AP20 AutoPole объединяет в себе новейшие сенсорные технологии для эффективной автоматизации привычных процессов в работе с тахеометрами Leica Geosystems.

 
При совместном использовании всех трех функций AP20 операторы могут:

• Быстрее измерять точки без необходимости установки вехи по уровню.
• Измерять ранее недоступные точки и увеличить количество прямых измерений точек без расчета смещений или дополнительных настроек тахеометра.
• Безопасно выполнять измерения на строительных площадках, вдоль дорог и в других условиях с потенциальными опасностями благодаря гибким вариантам измерения (высота и наклон), сохраняя при этом фокус на выполнении измерений, а не на выравнивании или регистрации изменений высоты.
• Выполнять измерения в сложных погодных условиях, сохраняя связь с тахеометром и выполняя работу в срок несмотря на неблагоприятные погодные условия.

Ценность

Максимально эффективно используйте ваш тахеометр вместе с AP20. Тестирование показало, что AP20 повышает производительность за счет экономии времени во всех рабочих процессах и приложениях. Более быстрое выполнение задач с высокой точностью данных означает меньше переделок и постобработки, что приводит к значительной экономии затрат.
   

 

   Рисунок 10: Улучшенный доступ к труднодоступным местам и оптимизированная работа одним человеком обеспечивают повышение безопасности и экономию средств.
     

Понравилась эта статья? Читайте другие наши статье в блоге. 

Остались вопросы? Наши контакты здесь.