5. sectiunea geodezie inginereasca

Upload: levi-straus

Post on 03-Jun-2018

275 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    1/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    SECIUNEA

    GEODEZIE INGINEREASC

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    2/164

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    3/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    403

    SOME ASPECTS REGARDING THE USE OF GPSTECHNOLOGY OF CHEAPER RECEIVERS IN THE CASE

    OF DESIGN AND EARLY STUDIES FOR VARIOUSARCHITECTURAL PROJECTS

    Gabriel Bdescu, Ovidiu tefan, Rodica Bdescu,Department Geodesy of Mines,The North University of Baia Mare

    [email protected];[email protected];[email protected];

    Caius Didulescu, Gheorghe Badea, Ana Cornelia BadeaDepartment Geodesy

    Tehnical University of Civil Engineering Bucureti , [email protected];[email protected]

    Abst ract: This paper presents an alternative method ofmeasuring the area for an early design phase. In an earlydesign phase, topo-geodetic information, crucial technicalinformation to the design decision are considered, thatmay be collected by measurements before starting thedesign.Today, GPS technology has various tools that can be

    used in collecting preliminary data for design. However,accurate GPS devices are extremely expensive and arenot appropriate to be used. This paper proposes low-costdevices (not very high precision GPS) which provideaccurate enough information to be used in an early designphase. To improve the accuracy of information, differentialequations are used to reduce the signal error altered bythe atmosphere and errors which arise when the signalpasses through it.GPS information contains the following information:latitude, longitude, altitude and time, which allows creation

    of 2D and 3D maps with land forms. The architect caninstantly use the results and the information provided bythe GPS data for many purposes, such as site gathering,early design planning and drafting on various layers.

    Keywords: GPS, architectural projects, PDA, DGPS, RTK.

    1. INTRODUCTIONToday, more and more architects wish to prepare the

    design material for the project based on the shape of the terrain

    mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]
  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    4/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    404

    which can have a property title or can be listed in the land registry.They can transfer this map of the terrain into a digital data map inorder to work during the waiting time for the execution ofmeasurements of the area of interest. The classic measurements orthe ones made with total stations are quite expensive and a lot ofwork hours are required, cases in which they waste a great deal oftheir time waiting for measurements.

    Meanwhile, the architects should take part in the fieldprocedures in recognizing the area which is of interest or make asite visit and should collect certain details which are necessary inwhat concerns the said site. They use some basic measuringtechniques, like the measuring tape, step measurement, etc., in

    order to check the correctness of the sites size in relation to theproperty act. After that, the architects start to create the preliminarydesign, to create a concept, a layout and the base plan, but theaccuracy of this preliminary plan is very weak.

    The original documents have a scale that is too small,from 1:2000 to 1:5000. A lot of information on this 2D map does notcontain at all certain useful information, like the existence of otherbuildings, trees, springs, road traffic etc. If the project is located on a3D map, which is tilted, information like the outline of the terrain is,

    also, crucial for the accuracy of the design. This procedure used byRomanian architects in order to timely prepare the terrain map forlayout cannot offer a solution that meets all the required demands.1.1. Technological alternatives used to solve the problem.

    During the search for a new method to solve theinsufficient amount of information, interest moves towards thedirection of solving the issue using the Global Positioning System(GPS) technology. This modern technology allows us to identify theposition we are interested depending on the visibility of satellite

    signals. Nowadays, many shipping companies use GPS in order toguide and control vehicles, like trucks, ships, planes, and evenautomobiles, for a destination due to its usage potential.

    Any public person who owns a GPS receiver has freeaccess to this exact information which is transmitted through globalnavigation systems, but also through complementary systems. TheGlobal Positioning System (GPS) offers potentially usefultechnologies for users and can coordinate information such as:latitude, longitude, altitude, GPS and time. The inexact Cartesian

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    5/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    405

    coordinates are now reduced to 15 m RMS (Root-Mean Square)down from 100 m in horizontal determination and 156 m in verticaldetermination. If we have an efficient instrument or if a differentialGPS equation is used, we can reduce the amount of inexactness toapproximately 2.5 m RMS (Bdescu G., 2005).1.2. The low price device, easy to use and carry in the field ontowhich the designed objective is mounted

    Basically, highly accurate devices which use GPStechnology are extremely expensive. Hand-carried GPS mountedwith units and devices which can be used to collect informationregarding the coordinates, 2D and 3D processing and graphicdisplay, like the limit, perimeter and the existence of relief forms and3D coordinates etc.

    During the work that went into this paper, our purpose ismade obvious by the title and the potential of a PDA (PersonalDigital Assistant) is taken into consideration, with a high-speedprocessor, a color display and a GPS receiver. By adding computersoftware for the processing of all the necessary information, asimple PDA, accessible to most architects, can be changed with adevice that measures the area of interest.

    2. THE DGPS SYSTEM USED FOR MEASUREMENTSThe DGPS system requires two parts of the GPS unit

    receiver: a static receiver (reference) and a dynamic receiver (fieldreceiver). The static receiver is used to track different data for eachepoch. The data shall then be transmitted to receivers that collect

    the data from the field.

    Figure 1. DGPS Basic system

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    6/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    406

    The following elements of the system are suggestedbelow:

    2.1. Control receiver for the GPS receiver station or referencereceiver is the static part used for receiving signal from theNAVSTAR-GPS, GLONASS satellites.

    It is a known fact that the signals are unstable due tophysical elements (called GPS errors), these being: ionosphere,troposphere and the multipath error.

    The control station will record the data variation for eachepoch and then it will send it to another part of the system in order tocorrect the coordinates which are determined by the rover stations.

    These control stations are available across Romania and can beused in government activities, land registries, real-estate publicity(OCPI), for coastal marine transportation, river, ground and aerialtransportation, by sending verified data, through radio receiversused by GPS devices. In the near future, it is envisioned that radiosource frequencies will be open to the public, and then everyonewithin the frequency range can use the system without also usingthe control station. In this experiment, one can create his ownpersonal control station using a laptop and can send the kinematicscorrection data of the GPS receivers through the wireless network. Ifthe signal is blocked, or if located outside the interval, we cancorrect the data received using a asynchronous system.2.2. The kinematics GPS receiver or mobile receiver is a mobiledevice running in the area that interests us in order to collect data.

    One can use more than one mobile receiver to save thetime necessary to collection information in the survey area.

    Data can be divided into two groups according to theircharacteristics:

    A single point, such as for example the position of a tree,

    ground altitude recording and display of a point value; Group of points: characteristic features of buildings, roads,

    ponds, the recording of an area and display as an object. Theraw data will be recorded and may be edited for update.

    Raw data must be recalculated using the corrected datafrom the control station via a wireless network (Synchronous) RealTime Kinematics type, or correction data obtained later(asynchronous).

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    7/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    407

    The information may be used immediately on PDA unitsor sent regularly to the computer in standard application data of theCAD (dwg, dxf, ... txt). This information is then read to be used in thenext phase of design in order to achieve the goal set.

    3. THE SYSTEM DESIGN PROGRAMMING.3.1. The concept of the proposed system:

    As a DGPS or RTK system it requires two parts of thefunctions, namely as a server and client. We believe that the designis thus made as a request that contains both easy to use features inany type of computer. Both receive messages from the same GPSsatellites (National Marine Electronics Association - NMEA message

    or ROMPOS), and then translate the coordinate values (X, Y, Z) atthe same epoch, the program will capture the data and send themforward. (Figura 1.)

    Figure 2.System Devices Diagram ( TODSPOL T., WALAIPORN N.)

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    8/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    408

    In real-time the module receiver will collect thenecessary data and must again check the variation of data at thereference receiver, in order to calculate the precision value and thento display the accurate map in 2D or 3D of the terrain that will besubject to architects' necessary measurements. In the asynchronousmode, the receiver collects data from the study field and the pointswhich are recorded. Data can be displayed in a 2D or 3D mapfeaturing the shape of the terrain, but the results are not accuratebecause the raw data are not yet corrected.

    After that, the receiver from the area that we care aboutcan obtain the corrected data from the reference receiver and all thedata are recalculated.

    Figure 3. Data flow diagram used( TODSPOL T., WALAIPORN N.)

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    9/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    409

    These final data are much more accurate. (Figure 2)reference receiver has the following functions:

    - assembly of points and calculation of the datavariation,- conversion of data units,- data process , display and storage,- sends corrected data to the field of the receivervia a wireless device,- synchronous data from the field receiver,

    The mobile receiver has the following functions:- gathering points or a group of data,- data conversion units,

    - data processing, displaying, editing, updating andstorage,- receiving corrected and recalculated data(DGPS),- viewing results in 2D or 3D mode.

    3.2 Applications of the functions of the system presented.Application functions are shown in Figure 3.

    Figure 4. Functions Diagram ( TODSPOL T., WALAIPORN N.)

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    10/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    410

    There are three parts to this application.1. File: a group of functions that contains the device command

    and the file system, such as setting devices, satellite status, settingunits, creating a new project, opening an old project, the calculationof import and export data recalculated, DGPS equations , etc.

    2. Edit: a group of functions that contains the editing commandof the data collected, such as adding data, editing data and deletingdata. The data collected can be a group of data (land forms,buildings, pond, limits, etc.) or individual data (position of trees,posts, fences, etc.)

    3. View: a group of functions that contains the display results

    command in 2D mode.

    CONCLUSIONS:This paper presents an alternative method of measuring

    the area of interest for an early design stage necessary to architects.Today, GPS technology has various tools that can be

    used in collecting preliminary data for the design. However, accurateGPS devices are extremely expensive and not appropriate to befrequently used in measurements needed by architects to design,

    because other devices which are cheaper can be used and with thesame fast determination of the elements necessary for the intendedpurpose. This paper proposes low-cost devices (not very highprecision GPS) which provide accurate enough information to beused in an early design phase. To improve the accuracy ofinformation, differential equations are used to reduce the signal erroraltered by the atmosphere and the errors arising when the signal ispassing through it.

    GPS information contains the following: latitude,

    longitude, altitude and time, which allows for the creation of 2D and3D maps with land forms. The architect can instantly use the GPSresults and information data for many purposes, such as therecognition of land in the area of interest, the previous planning ofthe design and the drawing on various layers.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    11/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    411

    REFERENCE

    1. Bdescu G. Unele contributii la utilizarea tehnologiei GPS n ridicrilecadastrale .Teza de doctorat 2005.2. Dragomir P., T.Rus, P.Dumitru, Integrarea Reelei Naionale de Staii GPSPermanente n Reeaua European EUPOS, conferin Tehnologii Modernepentru Mileniul III, Oradea, 20053. G. Bdescu, O. tefan, N. Bncila-Afrim, N. P. Hreniuc, E. Keller, TheEfficient Use of the GIS Technology in Creating Strategies for RegionalDevelopment and Environment Protection,Advances in Enviromenmental andGeological Science and Engineering, Proceeding of the 2nd InternationalConference on Environmental and Geological Science and Engineering,Transilvania University of Braov, Romania September 24-26, ISSN 1790-2769,ISBN 978-950-474-119-9, pag. 253-256,www.wseas.org,2009.

    4. G. Bdescu, O. tefan, R. Bdescu, Gh. Badea, A.C. Badea, C. Didulescu,Air-borne photogrammetric system used in topographic and cadastral works inRomania, Recent Advances in Remote Sensing, Proceedings of the 5thWSEAS International Conference on Remote Sensing, Genova, Italy, ISSN1790-2769, ISBN 978-960-474-129-8, pag. 22-27,www.wseas.org,2009.5. E. Keller, G. Bdescu, L. Kollar - Improvement of decision by using GIS andhydraulic modeling for sewerage system. The case study of a square from BaiaMare city, Advances in Enviromenmental and Geological Science andEngineering, Proceeding of the 2nd International Conference on Environmentaland Geological Science and Engineering, Transilvania University of Braov,Romania September 24-26, 2009, ISSN 1790-2769, ISBN 978-950-474-119-9,

    pag. 261-268,www.wseas.org,2009.6. European Position Determination System, Technical Standards, Revised 2ndEdition, 24 April 2008, Resolution of the International EUPOS SteeringCommittee, 13th Conference, Bucharest, Romania, 2324 April 20087. ROMPOS - Sistemul Romnesc de Determinare a Poziiei, Broura editatde ANCPI, septembrie 20088. Rus Tiberiu. Aplicatii ale utilizrii observatiilor GPS n mod cinematic .Simpozionul National : Cadastru . Tehnologii moderne de determinare,nregistrare si evident Bucuresti 14-15 noiembrie 2002.9. Rus Tiberiu , Neuner J. GPS Activities at BUCU Permanent Station StatusReport . 2003 - 4th EPN Local Analysis Centres Workshop, September 18-19,

    Graz, Austria.10. Satirapod, C., Rizos, C. and Wang, J. (2001): GPS single point positioningwith SA off: How accurate can we get?, Survey Review, 36(282), 255-262.11. Paul R. Wolf, Charles D.Ghilani: Elementary to GeomaticSurveying: An

    introduction. 10TH ed. Prentice Hall, 200212. Rizos, C. and Satirapod, C. (2001): Differential GPS: How good is it now?,

    Measure & Map, 15, 28-30.13. Rizos, C. and Satirapod, C. (2001): GPS with SA off: How good is it?,

    Measure & Map, 12, 19-21.

    http://www.wseas.org/http://www.wseas.org/http://www.wseas.org/http://www.wseas.org/http://www.wseas.org/http://www.wseas.org/http://www.wseas.org/http://www.wseas.org/http://www.wseas.org/http://www.wseas.org/http://www.wseas.org/http://www.wseas.org/
  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    12/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    412

    14. Rizos, C., Satirapod, C., Chen, H. and Han, S. (1999): GPS with multiplereference stations: surveying scenarios in metropolitan areas, 6th South EastAsian Surveyors Congress, Fremantle, Australia, 1-6 November, 37-49.

    15. Satirapod, C., Wang, J. and Rizos, C. (2001): A new stochastic modellingprocedure for precise static GPS positioning, Zeitschrift furVermessungswessen, 126(6), 365-373.16. T.A. Musa, J. Wang, C. Rizos, C. Satirapod: Stochastic Modelling forNetwork-Based GPS Positioning. Presented at SatNav 2003 The 6thInternational Symposium on Satellite Navigation Technology Including MobilePositioning & Location Serivces.,Melbourne, Australia 2225 July 200317. T.J.M. Kennie, G. Petrie: Engineering Surveying Technology. John Wiley &Sons, 1989 The Complete Vehicle Management System: March 7, 2000. [OnLine] http://www.cs-electronics.co.uk/ .18. Wang, J., Satirapod, C., and Rizos, C. (2002): Stochastic assessment of

    GPS carrier phase measurements for precise static relative positioning, Journalof Geodesy, 76(2), 95-104.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    13/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    413

    METROLOGY OF LARGE PARTICLE ACCELERATORS;INTEGRATION OF UNCONVENTIONAL TECHNIQUES

    Conf. dr. ing. Marcel Costel Brian, Facultatea de Geodezie,Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti

    Abstract : The difficulties due to the enormous size ofscientific equipments, the numerous constraints related tovery high precision, temporal and spatial issues, work in ahostile environment (radioactive elements), requires theuse of unconventional instrumentation andmultidisciplinary methods, the topography, geodesy,photogrammetry, optics, mechanics and geophysics that

    occurs.Presenting specific problems in the construction andoperation of two iconic landmarks in this area, CERN - theEuropean Organization for Nuclear Research and theESRF - European Synchrotron Radiation Facility, are thekey elements in addressing and achieving other industrialor scientific future goals.

    Keywords: accelerator, metrology, sensor, HLS,alignment Bracket

    1. INTRODUCERERealizarea marilor acceleratoare de particule are ca

    scop producerea i studiul fasciculelor de particule elementare denalt energie. Lungimea de und a radiaiilor produse, permitestudiul materiei la scar subatomic, demers dificil din punct devedere tiinific, dar extreme de necesar att pentru nelegereastructurii universului ct i pentru evoluia n domeniul industrial,medicin, electronic etc.

    Scopul prezentului articol l constituie evideniereametodelor i instrumentelor topogeodezice si fotogrametrice, uneletotal neconvenionale, n contextul numeroaselor constrngeriimpuse de construirea i exploatarea acceleratoarelor de particule,unele specifice acestui domeniu, altele aplicabile i altor obiectivede mari dimensiuni.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    14/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    414

    2. METROLOGIA ECHIPAMENTELOR, METROLOGIAEXPERIMENTELOR, CARACTERISTICI GENERALE

    Evoluia ctre dimensiuni din ce n ce mai mari (deexemplu CERN-SPS Super Proton Synchrotron 7 km, CLICCompact Linear Collider 15 km, LHC Large Hadron Collider 29 kmdiametru) conduc la reconsiderarea din ce n ce mai riguroas adou aspecte teoretice i metodologice a geometriei unui obiect.- Definirea acestuia intr-un sistem local care poate sau nu fi

    cartezian- Rezultatele obinute n urma msurtorilor effectuate trebuie s

    permit decelarea erorilor absolute (privind Intreg ansamblul) de

    erorile relative (locale), cu efectele acestora care se propag dinaproape n aproape i definirea toleranelor aferente- Punerea in oper n mod curent a ctorva mii, pn la zeci de mii

    de elemente impune un planning bine pus la punct alinstrumentaniei i metodelor folosite.

    - Caracteristicile structurale (n general structuri complexe, nstraturi concentrice)

    - Precizii submilimetrice (1m 0.5 mm)- Montajul i poziionarea n spaii confine (galerii subterane)- Constrngerile legate de lucrul ntr-un mediu ostil (prezena

    elementelor radioactive).

    3. MSURAREA DEFORMAIILOR I DEPLASRILOR N SPAIICONFINEPROIECTUL LHC-CMS

    Realizarea acestui proiect face posibil desfurarea adou experimente tiinifice de mari dimensiuni CMS-CompactMuon Solenoidlungime de 21 m, diametru 14m, 15.000 t fiecare.

    Figura 1. Experimentul CMS

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    15/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    415

    Pentru aceste echipamente, poziionarea detectoarelorde particule trebuie s fie extreme de precis, asigurnd o stabilitatesuficient. Dar la asemenea dimensiuni, a ne imagina c structurilesunt hiperrigide ar fi total nerealist. Structurile portante sufer nmod inevitabil deformaii datorate factorilor de mediu, ceea ceimpune o urmrire continu a poziiei detectoarelor.

    n plus, plecnd de la metrologia extern, executat ndiverse stadii ale montajului sau instalaiei, trebuie conceput ometrologie intern care s permit cunoaterea geometrieidetectoarelor n timpul funcionrii.

    Sunt necesare msurtori 3D, cu o incertitudine maximde 0.1 mm, n galerii cu seciuni de civa cm2i lungimi de la 3 m la

    20 m. Schema general conduce la asocierea diverse lor procedeede marcare a punctelor, utilizarea senzorilor de poziie, a unorcomponent optice sau mecanice special concepute n acest scop.

    n CMS sunt urmrite peste 1.000 de puncte. Fiecareeste materializat printr-o surs punctual de lumin, i triangulat cuajutorul camerelor CCD montate rigid pe un support din fibr decarbon. 8 perechi de camere sunt repartizate pe o nlime de 3.5 m.

    Figura 2. Poziia suportului i a componentelor72 de supori sunt dispui dup 6 seciuni transversale

    de cte 12, distanate la 3 m. Poziionarea spaial a fiecrui suportn sistemul de referin folosit, este realizat cu ajutorul a douprisme montate rigid la cele dou extremiti.

    Scopul l reprezint scindarea unui fascicol laser in 3,dup direcii spaiale cunoscute (prin calibrare) n raport cu cea afasciculului incident. Fiecare prism este echivalentul unui echer cuprism dubl. Fasciculele emergente ilumineaz fiecare un senzor

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    16/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    416

    de poziie XY, a crui poziie este bine definit n grila metrologic.Variaiile de poziie nregistrate pe cele dou axe de ctre senzorsunt n fapt variaii unghiulare corespunztoare deplasrilorsuportului.

    Cei 6 parametri (3 translaii si 3 rotaii) de poziie aiacestuia sunt determinai n mod continuu printr-o retrointerseciespaial a fiecrei prisme a senzorilor, fiind astfel nregistrate pentrucalcul 12 date.

    Configuraia este n aa fel conceput nct fiecare punctinspectat este triangulat prin intermediul cuplului de camere cel maiapropiat (1 m) si observat de una din cele dou camere dispuse nseciunea adiacent cea mai apropiat (3 m). Sunt disponibile astfel

    6 date pentru calculul fiecrui punct, fiabilitatea sistemului generaleste asigurat prin introducerea n calcule a tuturor datelor de lacalibrarea mecanic (distane cunoscute ntre mrcile de vizare,calibrarea suporilor, etc.), camerele CCD avnd proprii parametriide calibrare electronic i geometric.

    4. TRANSFERUL UNUI SISTEM DE REFERIN XYZ NTR-UNMEDIU OSTILPROIECTUL ESRF

    ESRF (Grenoble) reprezint un proiect demarat n 1990ca urmare a cooperrii a 12 state europene. Principiul funcionriisincrotronului se bazeaz pe faptul c atunci cnd electronii suntadui forat la o vitez apropiat de cea a luminii, pe o traiectoriecircular, sufer pierderi de energie, emind radiaii X pe directiitangete la curb.

    Figura 3. Funcionarea schematic a sincrotronului

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    17/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    417

    Pentru a nelege necesitatea demersului, s vedemcomponentele obiectivului:4.1. Inelul de stocare: un tunel circular cu o circumferin deaproximativ 1 km, nlime de 2.3 m i lime de 4.5 m. Pereii debeton de 1 m grosime asigur o izolare perfect mpotriva radiaiilor.Din aceleai considerente porile de acces sunt din plumb i nu pot fievident utilizate dect pe perioada opririi funcionrii (shutdown).

    n interiorul tunelului sunt dispuse 96 de grinzi metalicecare susin camerele vidate, n care circul particulele elementare,precum si componente electromagnetice, dipoli, cuadrupoli isextupoli n numr de 544. Acetia au ca scop controlul traiectorieiparticulelor conform principiului cruia un ion ncrcat electrostatic

    este deviat de la traiectorie n prezena unui cmp electromagnetic.n fapt, inelul de stocare reprezint o succesiune de64

    seciuni drepte si 64 seciuni curbe, descompuse n secvene carese repet de 32 de ori, fiecare secvena reprezentnd o celul.

    Figura 4. Celulele

    O celul standard este constituit din 6 elementeprincipale fiecare avnd un rol specific. n ordinea treceriifasciculului se deosebesc:a) Insertion deviceun dispozitiv ondulatorsurs de radiaii X, de

    fapt o serie de mici electromagnei ncrcai alternativ pozitiv,respectiv negativ, care imprim fascicolului o traiectoriesinusoidal. Astfel, la fiecare vrf al sinusoidei este emis unfascicul tangenial la aliniament.

    b) G10 grind pe care sunt monai, n prelungirea iD,electromagneii care dirijeaz fasciculul pe o traiectorie rectilinie.

    c) Dipol electromagnet prevzut cu o curbur care asigurfasciculului o traiectorie curbilinie

    d) G20seciune dreapt ce permite emisia fasciculului pe direcialiniilor de lumin, dup tranziia prin front end (camera vidat),ce face legtura ntre inelul de stocare i cabina optic

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    18/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    418

    e) Un alt dipolcu acelai rol ca primulf) G30acelai tip, caracteristici i funcii ca G10

    Aadar, elementul absolut necesar funcionriisincrotronului o reprezint alinierea traiectoriei fascicolului. Acestlucru trebuie s corespund unui caiet de sarcini dintre cele maisevere.; o stabilitate de 5 m timpul a 12 h de funcionare. Poziiafasciculului este urmarit pe monitoarele instalate n camera decontrol a ESRF, acest aliniament att de precis fiind posibil graieunor mici corectori magnetici solidari cu cvadrupolii. Problema estec aceti corectori au o marj de funcionare limitat la 100 m.Misiunea geodezilor reprezint n consecin aducerea fasciculului

    n acest interval, poziionnd cat mai bine componentele.

    4.2. Liniile de lumin: reprezint finalitatea procesului, deoareceacolo se deruleaz experienele. Din cele 3 cabine care compun olinie de lumin, cea mai important din punct de vedere geometric oreprezint prim, cabina optic.

    n acest scop, cabina este echipat cu obturatoare carelasa sau nu s treac fasciculul, fante care l calibreaz,atenuatoare care i limiteaz intensitatea, cristale monocromaticecare selecioneaz lungimea de und dorit, n timp ce celelalte suntabsorbite. n fine, sisteme de oglinzi care orienteaz raza n direcia

    dorit. Iat de ce aceste instrumente necesit o poziionarefoarte precis n raport cu fasciculul. Alinierea acestor instrumenteale cabinei optice, necesit prezena unor repere planimetrice ialtimetrice legate de poziia fasciculului si a inelului de stocare.

    Figura 5. Utilizarea radiaiei synchrotron

    4.3. Reeaua ESRFcurpinde urmtoarele componente:- LINAC3 pilatri- BOOSTER48 pilatri- Reeaua inelului de stocare 64 pilatri- Reeaua holului experimental 256 trepiezi fici- Reeaua exterioar 13 pilatri

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    19/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    419

    - Reeaua complementar 7 pilatri- Reeaua cabinelor optice obiectul prezentei abordri

    Figura 6. Reeaua ESRF

    4.4. Particularitatea reelei altimetrice: HLS (Hydrostatic LevelingSystem)

    Prin intermediul unui lichid care circul n interiorul unuitub se definete o suprafa de referin. Diferenele de altitudinesunt determinate cu ajutorul senzorilor capacitivi solidari cu incinteleHLS, plasai n interiorul acestora i situai deasupra suprafeeifluidului. Senzorii capacitivi, fr contact, pemit evitarea problemelorlegate de coroziune, depunerea prafului etc. Sistemul electronic deachiziie a datelor permite pn la 100 masurtori/sec.

    Figura 7. Incinta HLS

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    20/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    420

    4.4.1 Utilizarea HLS pentru inelul de stocaren interiorul tunelului, 288 de incinte sunt dispuse pe

    grinzile ce susin electromagneii, cte 3 pe fiecare pentru a puteadetermina eventuala modificare a poziiei planului fiecrei grinzi.

    Grinzile cu o greutate de 6t fiecare sunt montate pe 3cricuri acionate de servomotoare pas cu pas de nalt rezoluie (6pai pentru 1 m). Acestea sunt conectate la sistemul informatic deachiziionare a datelor, permind astfel poziionarea ansambluluidin camera de control prin servocomand.4.4.2 Utilizarea HLS pentru liniile de lumin

    n paralel, este montat un al doilea sistem, completindependent fa de primul, fcnd legatura ntre liniile de lumin i

    inelul de stocare. Prima incint, pe G20 al celulei surs, a doua pefront end, a treia pe un trepied special conceput (trepied Karen)situate n cabina optic. Incintele montate pe G20 sunt conectate

    ntre ele printr-un sistem de umplere automat prin intermediul uneireele formate din 60 vane servocomandate.

    Figura 8. Reteaua HLS

    4.5. Transferul planimetricSe impune necesitatea unor repere planimetrice care au

    ca obiectiv alinierea i realinierea echipamentelor cabinei optice.Alegerea sistemului: axa origine este axa fasciculului

    luminos. Originea este difinit n mod diferit conform celor dousituaii posibile.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    21/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    421

    - Dac linia provine dintr-un ID (insertion device - linie ID), va fimijlocul seciunii drepte reprezentate de electromagneii ce

    ncadreaz ID- Dac linia provine dintr-un dipol (linie D), va fi punctul de plecare

    al tangentei la dipol.n concluzie, pentru o linie ID, orientarea ce trebuie

    transmis va fi cea din coordonatele teoretice ale suporilor intrare iieire ale lui G10 al celulei considerate (fiecare electromagnet esteprevzut cu doi supori pentru instalarea sferelor Taylor & Hobson).

    Pentru o linie D, orientarea ce trebuie transmis va fi asuporilor lui G20 al celulei. Desenul de mai jos arat scopul utilizriicoordonatelor teoretice i nu msurate ale orientrii (VO) detransmis. n acest mod orientarea transmis va fi aceeai n toatecazurile.4.5.1 Materializarea reperelor

    Datorit constrngerilor (ferestre de 40x40 cm ntre inelulde stocare i cabina optic) singura posibilitate a reprezentat-oconceperea unui sistem fixat ca n figura de mai jos, peste ferestrelecabinei optice, sistem concomitent amovibil pentru a permitedeschiderea ferestrelor.4.5.2 Aliniamentul Bracket: rezultat al colaborrii dintre ESRF i

    grupul francez ALGE este compus din urmtoarele elemente:- suport superior- riglet ce culiseaz n acest scop- ansamblu port-sfer care se fixeaz perfect n riglet

    Figura 9. Aliniamentul Bracket

    n practic, se poate deplasa rigleta, deci implicitansamblul port-sfer lateral prin intermediul unui urub micrometricpn cnd sfera Taylor & Hobson va fi n aliniamentul determinat.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    22/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    422

    4.5.3 Exploatarea aliniamentului BracketPrima dat se fixeaz suporii n cabinele optice.

    Operaia se efectueaz fr ndoial n perioada de prefuncionare asincrotronului.

    Folosind sistemul prezentat mai sus se va deplasarigleta i sfera Taylor & Hobson solidar pn cnd va fi perfectaliniat pe direcia dat de teodolit. nlocuid sfera Taylor & Hobsoncu o sfer prism de aceleai dimensiuni, poate fi masuratdistana.

    Odat rigletele aliniate pe aliniamentul determinat,pot fiexploatate cele dou puncte de referin obinute. Acest lucru poatefi realizat cu ajutorul unui teodolit montat pe o ambaz cu deplasare

    micrometric.4.5.4 Alternative

    Utilizarea senzorilor, STR 500 este un senzor dedeplasare care permite afiarea poziiei unui retroreflector prinmsurarea deplasrilor unui spot luminos pe un detector de poziie.Principiul utilizat este cel care st la baza msurtorilor prin unde,inovaia o reprezint faptul c nu se msoar distana ci decalajuldintre traiectoria razei emergente i traiectoria razei reflectate.

    Caracteristici: rezoluie 0.5 m, distan maxim 20m.

    Sistemul WPS (Wire Positioning System) este un aparatde msurare capacitiv a distanelor. Se bazeaz pe principiulfuncionrii condensatoarelor. Prin intermediul msurrii capacitii,se determin distana dintre senzor i obiect (un fir de carbon). Estesimilar unui sistem ecartometric fr contact. Acest sistem permitemsurarea deplasarilor relative a doua puncte situate ntr-un planorizontal. Aparatul poate fi atasat la pendulele directe sau inverse,situate n interiorul sau n experiorul construciilor.

    Prin urmare este suficient de a ntinde un fir ntre cele

    dou capete ale aliniamentului Bracket. Senzorii WPS se fixeaz pesuporii instrumentelor optice permind determinarea decalajuluiradial fa de aliniamentul teroretic.

    Aceste tip de msuratori sunt efectuate pentrumsurarea deplasrii structurii construciilor masive, n raport cufundaia acestora, pe timpul construciei lor sau pentrusupravegherea pe termen ndelungat, cum ar fi: baraje, viaducte,centrale nucleare, puuri, turnuri etc.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    23/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    423

    4.6. Transferul altimetric4.6.1 Expunerea problemei

    Cerine: necesitatea de a instala la cotele proiectateinstrumentele fizicienilor.

    Alegerea sistemului: sistem local, cota teoretic afasciculului n sistem main

    Precizia necesar: camerele vidate prin care circulparticulele fiind de form cilindric, este evident c, cota Z afasciculului este la fel de important ca i ecartul radial.Aadar estenecesar aceeai precizie: 0.5 mm.

    Constrngeri: analoge celor impuse de transferulplanimetric (prezena pentru un timp foarte scurt n inelul de stocare,

    mediu radioactiv, perei ce separ inelul de stocare de liniile delumin, etc.).4.6.2 Expunerea metodei

    Metoda presupune calculul constantei ce corespundediferenei de nivel dintre suporii electromagneilor inelului destocare i sistemului HLS al liniilor de lumin.

    Figura 10. Schematizarea problemei

    Etape:- Calculul diferenei de nivel dintre suporii E i S ai magneilor i

    media cotelor celor 320 de electromagnei, care va constitui cotade referin.

    (1)

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    24/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    424

    - Calculul diferenei dintre criteriile HLS pentru 1,2,3 i mediacitirilor celor 288 de incinte HLS ale circuitului inelului de stocare.

    (2)

    - Calculul se repet la momentul t2.

    (3)

    - Se calculeaz variaia de altitudine care a intervenit la nivelulfiecruia dintre senzorii HLS la momentele t1, respectiv t2.

    (4)

    - Se calculeaz variaia de altitudine a punctelor E i S lamomentele t1, respectiv t2. Pentru asta este suficient s sedetermine micarea proieciei lor ortogonale din planul definit deHLS 1,2,3.

    -

    Ecuaia unui plan care trece prin 3 puncte dat de:(5)

    - Ecuaia general a planului:(6)

    - Se identific coeficienii i se calculeaz. Cu ajutorul acestora sedetermin ZE, Zs.

    - Devine acum posibil calculul d(dhE), d(dhS) adic variaia cotelorE i S la momentul t2n raport media suporilor la momentul t1.

    (7)

    - Va fi detrminat diferena de nivel E i S i HLS 4 la un momentt3(citirile l4, l5)

    (8)- n final, se detrmin altitudinea senzorului HLS al cabinei optice

    relativ la media celor 320 de supori ai inelului de stocare.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    25/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    425

    (9)

    unde:

    H320cota medie a suporilor ineluluididiferena de nivel dintre supori si HLS4d(dh4)diferena de cot a lui HLS4 la t1i t2dh(4-5) diferena de cot dintre HLS4 i HLS5 (cabinoptic) la t3.

    5. METROLOGIA MARILOR ACCELERATOARE LINIARE PROIECTUL CLIC

    Aducerea particulelor elementare la nivel de energiefoarte nalt reprezint un demers extrem de dificil. n cazulacceleratoarelor circulare, energia maxim obinut e de ordinulctorva sute de GeV. Acest lucru se datoreaz piederilor de energiedatorate curburii traiectoriei. Fenomenul e invers proporional curaza de curbur i proporional cu cantitatea de energie la puterea a4-a.

    Pentru a obine coliziuni electroni-pozitroni la energii simai mari s-a realizat Proiectul CERN Compact Linear Collider CLIC

    2 acceleratoare liniare de 15 km fiecare. Acestea trebuie saccelereze i s conduc la coliziunea frontal a fluxurilor electroni-pozitroni obinnd o energie de 2 TeV.

    Ansamblul celor dou acceleratoare cuprinde 100.000de celule de 340 mm i 35 mm diametru. Precizia transversal afasciculului trebuie sa fie de 5m.

    Iat de ce precizia de poziionare impus crete atingandordinul ctorva micron. n consecin sistemul de msurare impuscrearea 3 tipuri de reele interconectate:

    - Reeaua geodezic (precizie 1 mm) garanteaz poziia absolutansamblului- Reeaua topografice (precizie 0.1 mm) asigur poziie relativ pe

    distane de ordinal sutelor de m- Reeaua de metrologie (precizie 0.001)

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    26/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    426

    6. CONCLUZIIMetrologia marilor acceleratoare de particule, indiferent de tip

    (circulare, liniare etc.) necesare studiului particulelor elementare,fenomen esenial n evoluia i progresul celor mai multe domenii,impune exigene deosebite care conduc la integrarea a numeroasemijloace tehnice i informaionale, mai mult sau mai puinconvenionale, care s furnizeze beneficiarului elementele necesarerealizrii i exploatrii acestor obiective.

    n studiul unei problematici de o asemenea complexitate,prezentul articol puncteaz cteva repere utile unor viitoaredezvoltri.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    27/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    427

    PROCEEDINGS FOR INDUSTRIAL ALIGNMENTS

    Conf. dr. ing. Marcel Costel Brisan, Facultatea de Geodezie,Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti

    Abstract : The article contains a summary of the latestmethods used in the alignment of industrial equipment.The purpose is to create a model in which theobservations obtained by the means of sensors, can becorrelated and used in a consistent manner.Specific applications are presented based on the use oflaser systems (laser systems, motorized theodolites, CCDcameras, inertial sensors).The last part presents a practical example of creating adynamic alignment.

    Keywords: alignment, rotating machinery, laser systems,inertial sensors

    1. INTRODUCERE

    n ceea ce privete definirea aliniamentelor mainilorrotative, este necesar determinarea a doi parametri eseniali:

    unghiul de abatere de la aliniament i deplasarea n funcie de odirecie spaial dat. Aceast direcie se poate regsi n cerineleconstructive (aliniament absolut) sau poate fi dat n funcie de oanumit ax (aliniament rotativ). Toate metodele de realizare aaliniamentelor determin implicit sau explicit numai unul sau ambiiparametri. Dac este determinat numai unghiul de abatere de laaliniament discutm despre o problem de paralelism. Dac suntdeterminate ambele, att unghiul de abatere ct i deplasarea estevorba despre o problem de coliniaritate.

    Metodele de realizare a aliniamentelor difer n funcie denumrul de msurtori folosite pentru determinarea unghiului deabatere de la aliniament i a deplasrii. Prin urmare, pot fireprezentate de modele abstracte care fac legtura dintre parametriialiniamentelor i msurtorile propriu-zise. Aceste transformriexprim tipul de contact fizic dintre aparatul de msurat i main,viteza de realizare a alinierii, gradul de automatizare, capacitile demonitorizare a dependenei de timp precum i cerinele referitoare lastarea de funcionare a mainilor n timpul efecturii msurtorilor. n

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    28/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    428

    conformitate cu aceste caracteristici metodele de realizare aalinimentelor, se difereniaz astfel:

    Metode relative vs metode absolute Metoda cu contact vs metode non contact Metode manuale vs metode automate Metode statice vs metode dinamice

    Diferenta dintre metodele absolute i cele relative a fostdj explicat. Diferena dintre metodele cu contact i cele noncontact, depinde de gradul de acces fizic la componente n timpulprocesului tehnologic. Metodele rim-and-face sunt metode decontact tipice, n timp metodele care utilizeaz teodolite sau cameredigitale sunt metode tipice non contact. Avantajul major al metodelornon contact const n posibilitatea aplicrii acestora n timpulfuncionrii mainii (aliniament dynamic).

    Toate metodele cu contact impun oprirea mainii astfelnct utilizarea acestora se limiteaz la aliniamentele statice.Metodele complet automatizate nu necesit prezena observatoruluiuman ci capabilitatea de a identifica automat inta i o secven deobservare automat.

    Avantajele majore sunt viteza si consistena modului deoperare. Diferena dintre metodele statice si cele dinamice se refera

    la modelul utilizat, nu la procesul de msurare. Metodele staticepresupun ca aliniamentul s nu se modifice n timp, pe candmetodele dinamice permit asemenea schimbri precum i schimbriale sistemului de referin utilizat n timpul msurtorilor (de exempluschimbarea bazei, a azimutului etc.). n general o metod de alinieredinamic poate lua n calcul dependena de timp i de obiceireprezint o modelare mai bun a proceselor fizice. Combinnd inscapabilitatea de aliniere dinamic cu un tip de modelare dinamic sepot monitoriza n timp modificrile aliniamentului, iar abaterile critice

    devin predictibile, crescnd astfel fiabilitatea i micorndcorespunztor perioada cnd aliniamentul nu este funcional.Dezvoltarea metodelor de realizare a aliniamentelor

    mainilor rotative s-a realizat de la stnga la dreapta in comparaiade mai sus. Astfel, s-a plecat de la metode statice, relativ tipice carefolosesc procedee cu contact manual, dezvoltarea tinznd ctreproceduri relative sau absolute dinamice, automate, non contact.Pentru a susine principiile subliniate, cteva din cele mai desutilizate procedee vor fi dezvoltate, pe scurt, n cele ce urmeaz.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    29/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    429

    2. METODE DE REALIZARE A ALINIAMENTELOR

    2.1. Metoda rim-and-face

    n cadrul acestei metode, se alege ca referin axul uneimaini, iar deplasarea relativ i unghiul de abatere de la aliniamentsunt msurate direct prin contact fizic dintre componentele mainii idispozitivul de msurare. Se presupune c alinierea relativ a axeloreste stabil n timpul prcesului de msurare. Aadar, aceastareprezint o metod static cu contact, manual, relativ.

    Figura 1 sugereaz esena metodei. Metoda are douetape: msurarea vectorului de deplasare h i msurarea unghiuluide nealiniere.

    Figura 1. Metoda rim-and-face

    n prima etap, axul unei maini se alege ca referin, iarcitirile L se realizeaz prin rotirea ansamblului b, n punctele 1 i 2.Componenta vertical a vectorului de deplasare constituie metodaaritmetic a diferenei celor dou citiri. n mod asemntor,componenta orizontal poate fi msurat folosind dou puncte pedirecie orizontal, n acelai plan de msurare perpendicular pe axaa.

    Unghiul de abatere la aliniament poate fi dedus fie dincitirile radiale ntr-un plan de msurare diferit (metoda indicatorului

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    30/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    430

    inversat) fie din citirile axiale, ca n figura 1b. Aici, din nou se impuncitiri pe direcii perpendiculare, una fa de cealalt. Deci, unghiul deabatere de la aliniament este dat de componentele sale orizontale iverticale.

    Componenta vertical a lui poate fi calulat cu relaia:(1)

    Iar componenta orizontal heste dedus n mod similar utilizndcitirile pe direcia orizontal.

    Dup ce s-au determinat deplasarea relativ i unghiulde abatere de la aliniament se poate face o extrapolare n scopulamplasrii mainii n aliniamentul corect.

    Avantajul acestei metode l reprezint simplitateapractic si teoretic, dar din pcate utilizarea sa se limiteaz laaliniamentul static. O sursa tipic de erori o constituie posibilitatea

    nlocuirii dar efectul acesteia poate fi msurat i luat n calcul ca icorecie.

    2.2. Metoda laser-optic

    n sistemele de msurare laser (de exemplu, optalign) ocombinaie surs laser unitate cu senzori pe axul de referin,

    vectorul deplasrii relative i unghiul de abatere de la aliniament secalculeaz din poziia razei laser, reflectate de unitatea prismataat celuilalt trunchi. Acest lucru reprezint omologul optic almetodei rim-and-faceo metod relativ, cu contact manual istatic prin definiie.

    Figura 2. Metoda laser

    Fig. 2 Ilustreaz modul de utilizare a sistemului n scopuldeterminrii componentei verticale a vectorului de deplasare.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    31/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    431

    Unitile re rotesc din poziia 1 n poziia 2 cu 1800. Punctul laser sedeplaseaz pe marc perpendicular pe trunchiul de referin astfel

    nct linia descris de micare i axa trunchiului s se afle n acelaiplan (direcia de detectare a deplasrii). Schimbarea poziiei spotuluilaser este msurat electronic, iar componenta deplasrii estecalculat.

    Cnd unitile se rotesc din poziia 3 n poziia 4 ndirecie orizontal, punctul laser se mic perpendicular pe direciaanterioar pe senzorul laser (direcia de detectare a unghiului deabatere aliniament), iar componenta vertical a unghiului de estecalculat independent de vectorul de deplasare.

    Msurnd schimbarea poziiei spotului de laser n

    direcia de detectare a deplasrii dintre poziiile 3 i 4, se poatecalcula componenta orizontal a vectorului de deplasare.Schimbarea de-a lungul direciei de detectare a unghiului dintrepoziiile 1 i 2 permite determinarea componentei orizontale aunghiului de abatere de la aliniament.

    Avatajele acestei metode, n comparaie cu procedeulrim-and-face sunt precizia, precizia mai ridicat, fiabilitatea i vitezadatorate lecturii electronice. Nu prezint niciunrisc de ncovoiere ipoate fi utilizat pentru distane de msurare mai mari.

    Figura 3. Exemplu practic; prezentarea rezultatelor

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    32/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    432

    2.3. Metoda bazat pe folosirea teodolitelor

    Aceast metod permite determinarea parametrilor de

    aliniere (deplasarea i unghiul de abatere de la aliniament) prinintermediul direciilor unghiulare msurate cu ajutorul teodolitelor. nprimul rnd, poziiile tridimensionale ale intelor amplasate pe prilecomponente ale mainii (trunchi, cuplaje) sunt calculate prinintermediul acestor msurtori. Folosind geometria configuraiei, secalculeaz poziia i direcia axelor mainii, care vor permite ulteriordeterminarea parametrilor de aliniere. n consecin, aceast metodpoate fi utilizat att n mod relativ ct i n mod absolut. Este de tipnon-contact, manual i dinamic, putnd aadar fi folosit n cazul

    aliniamentelor dinamice.

    Figura 4. Metoda teodolit

    Calculul efectuat pe baza msurtorilor efectuate cu teodolitul.Dac dou teodoliteamplasate la capetele unei baze cunoscute istabile vizeaz acelai punct, intersecia n plan orizontal determin

    n mod unic coordonatele acestui punct, plecnd de la coordonatelepunctelor de staie. Mai departe, dac se msoar cel puin un unghivertical, poate fi obint diferena de nlime dintre teodolit i inta devizare. Astfel, pot fi obinute coordonatele x, y i z ale punctului de

    pe main ntr-un sistem de referin local.Cnd spotul laser intete spre diferite puncte ale mainii,n locul mrcii de vizare adezive convenionale, alinierea poate fiobinut chiar n timpul funcionrii mainii (aliniament dinamic).

    Determinarea spaial a axelor trunchiului i calcululalinierii relative. Orice punct de pe exteriorul unui trunchi rotativ saude pe un cuplaj trebuie s descrie un cerc, dac ne asummneglijarea efectelor vibraiilor sau eventualele ncovoieri. Axa fiecruitrunchi reprezentate de vectorii a i b (vezi fig. 4) va fi

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    33/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    433

    perpendicular pe planul determinat de acest cerc, n centrulcercului. Folosind aceti vectori i vectorul care i conecteaz, pot fideterminate deplasarea i unghiul de abatere de la aliniament.

    Figura 5

    Principalul avantaj al acestei metode l reprezint faptulc poate fi utilizat n timpul funcionrii mainii. Pe de alt parte,impune cerine deosebite referitoare la instrumentaie i modul decalcul. Aadar, dei echipamentul este mai scump dect cel folosit nmetoda rim-and-face, prezint avantajul posibilitii obinerii att aaliniamentelor statice ct i dinamice. Procedeul este semi-automatdac se folosesc teodolite electronice. Se poate utiliza pentrualiniament paralel sau colinear, n mediu static sau dinamic. Mediul

    dinamic presupune schimbarea parametrilor aliniamentului n timpulsesiunii de msurtori i schimbare a bazei de msurare. Efecteleacestor modificri pot fi luate n calcul n modelul matematic folositpentru procesarea datelor.

    2.4. Metoda bazat pe utilizarea videoteodolitelor

    Camerele CCD ncorporate i procsorul de imagine facposibil detectarea automat a intei.

    Figura 6. Metoda bazat pe utilizarea

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    34/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    434

    Sistemul poate fi utilizat att pentru alinieri relative ct iabsolute, metoda fiind non-contact, automat, dinamic, automat.

    2.5. Metoda imagisticii digitale stereoConceptual, metoda este similar metodei ce utilizeaz

    teodolite, n ceea ce privete determinarea parametriloraliniamentului. Pe de alt parte, elimin msurtorile convenionale,transformnd problema ntr-un proces de procesare a imaginilorpreluate.

    Figura 7. Metoda digitala

    n mod normal este necesar ca toate punctele s fiesimultan disponibile, (multiple target layout), condiie ne-necesar ncazul teodolitelor. Procedura permite cel mai ridicat nivel deautomatizare dintre cele expuse n prezenta lucrare. Este o metodnon-contact, dinamic pentru alinieri relative sau absolute.

    2.6. Metode ineriale

    Aceast metod const n dou pri diferite conceptual.n prima parte, orientarea fiecrei axe se determin fa de proprialinie de referin (reprezentat de o raz laser) prin msurtori offset.

    Conform clasificrii fcute la nceput, aceast parte este relativ, decontact, manual i static. n a doua parte, orientarea diferitelor liniide referin se calculeaz folosind msurtorile IMU de atitudine, nsens relativ una faa de cealalt sau absolut (azimut geodezic).

    Aceast parte poate fi deci, relativ sau absolut, non-contact,semiautomat (necesit prezena operatorului) i dinamic.Comparaia sugereaz clar faptul c prima parte impunerestricionarea metodei numai pentru aplicaii statice, manuale, cucontact, relative sau absolute.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    35/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    435

    Ansamblul IMU-laser creaz o linie de referin pentrufiecare ax. Pentru linia de referin i, azimutul este dat de

    citirea i o constant adiional, necunoscut .(2)

    Se msoar i n dou puncte ale cilindrului idistana dintre puncte. Azimutul axei este dat de relaia:

    (3)

    Unghiul de aliniere relativ dintre axe dat de diferena deazimut corespunztoare:

    (4)

    i constanta adiional se anuleaz.

    Figura 8

    Metoda este rapid, mai ales cnd se utilizeaz intelaser pentru msurtori offset. Un dezavantaj l constituieinstabilitatea i drift-ul azimutului IMU, care ns poate fi redus prinimplementarea unei proceduri topografice adecvate i a unui modelmatematic dinamic.

    Determinarea azimutului cu ajutorul giroteodolitelor poatefi o alternativ mai puin costisitoare dar consumatoare de timp

    suplimentar.

    3. MODELE DE REALIZARE A ALINIAMENTELOR

    n pofida marii varieti de metode, caracteristica lorcomun o reprezint faptul c toate determin parametrii de aliniere:deplasarea i unghiul de abatere de la aliniament. Iat de ce, sepoate folosi acelai model de baz.

    Pentru rezolvarea problemelor legate de realizareaaliniamentelor, trebuie separate cele dou aspecte: paralelismul i

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    36/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    436

    coliniaritatea. n primul caz, obiectivul const n asigurarea aceleiaidirecii spaiale pentru cele dou axe, n cel de-al doilea, trebuie cacele dou axe s fie concurente i implicit paralele. Abaterile de laprima condiie sunt date de unghiul de deviere de la aliniament iar dela cea de-a doua, de obicei de o combinaie a deplasrii i unghiuluide nealiniere.

    3.1. Determinarea unghiului de nealiniere

    Paralelismul este definit printr-o relaie vectorial simpl:(5)unde i sunt vectorii care trebuie

    aliniai , iar c este o constant. Dac , cei doivectori au direcii diferite; pentru , au aceeai direcie.

    Vectorul de aliniere este dat de produsul vectorial:

    (6)

    unde n cazul aliniamentelor paralele.Valoarea absolut poate fi exprimat n funcie de unghiul de aliniere.(7)

    n timp ce direcia lui d axa n jurul creia putemroti b pentru a o face paralel cu a. Astfel, m poate fi consideratca o definiie extins a unghiului de aliniere n spaiul tridimensional.

    Acesta furnizeaz aadar nu numai mrimea unghiului ci i direciaacestuia: direcia normal a planului n care acest unghi estemsurat.

    Mrimea lui m poate fi scris astfel:

    (8)

    Pentru unghiuri mici , relaia (8) furnizeaz unghiulde aliniere direct din msurtori.

    Ar trebui specificat c ecuaiile de mai sus specific doardirecia. Nu menioneaz dac cele dou aliniamente sunt coliniaresau nu.

    De fapt, ecuaiiale de la (5) la (8) specific orientarea celordou trunchiuri care urmeaz s fie coliniare, dar deviaz uor de lapoziia ideal. Este exact situaia a dou trunchiuri care sunt cuplate

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    37/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    437

    n scopul punerii n funciune a unor subansamble de genulventilatoarelor, pompelor compresoare etc.

    3.2. Determinarea deplasriiPe lng parallelism, o alt msurtoare trebuie

    introdus n scopul definirii coliniaritii: deplasarea. Din aceastcauz, vom lua n calcul dou drepte n spaiu care reprezint celedou axe ale trunchiurilor. Direcia acestora este dat de vectorii a,respectiv b.

    n continuare, s considerm segmentul hperpendicular pe a n A i intersectndu-l pe b n B. Unasemenea segment exist deoarece, n practic, a i b nu sunt

    niciodat octogonali. Pentru simplificare s considerm a i h nacelai plan p. Vectorul b se afl n planul q care nu coincideneaprat cu p. Vectorul deplasrii h este dat de:(9)

    unde s este un vector definit de un punct arbitrar e de pe ai punctual B. S notm c h depinde de alegerea punctului A.

    Se consider o linie f care conine punctul B i esteparalel cu a. Unghiul dintre f i a este unghiul de aliniament ,

    ale crui componentele n planurile q i r, perpendicular pe q,sunt p i r.

    Figura 9Astfel, procedeul de aliniere n cazul coliniaritii, poate fi

    rezumat la rotaie a lui b cu n jurul lui B, reducnd apoi la zero.Pe de alt parte, calculnd i h = I h I s e poate caracterizacalitatea unei stri de aliniere. Dac m=0 i h=0, trunchiurile suntperfect colineare.

    Colinearitatea perfect nu este ntotdeauna impusaprioric. Condiiile alinierii se modific n general dup nclzirea

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    38/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    438

    subansamblelor. Iat de ce este de dorit ca s fie aplicat o corecie,atsfel nct valorile s se obine o bun aliniere n timpul funcionrii.

    Astfel variaiile iniiale h0i m0se determin apriori.

    4. MODELE DINAMICE

    Aliniament care depinde de timp. Parametriialiniamentului pot fi calculai la momentul iniial, sau la momentdiferite, rezultnd astfel serii de forma:

    necesitnd modele matematice adiionale. n acest caz, rezultatele

    alinierii sunt monitorizate, pentru a fi urmrite schimbrile n timp aleorientrii n scopul obinerii predictibilitii.ntr-un mediu dinamic, cu schimbri rapide, metoda

    imagisticii stereo digitale prezint cea mai bun posibilitate demonitorizare. Aa cum se tie, este o metod complet electronic,deci foarte rapid; timpul de calcul al unui set de parametrii, la unanumit moment, nu depete cteva secunde. Metoda bazat peutilizarea teodolitelor permite detectarea unor eventuale modificri,la intervale mai mari, datorit vitezei limitate.

    Sisteme de referin dependente de timp. Cealaltcategorie de modele dinamice, cu schimbri ale sistemului dereferin al sistemului de msurare, de exemplu, schimbarea bazei

    n metoda bazat pe folosirea teodolitelor sau a driftului azimutului nmetoda inerial.

    Dac o asemenea schimbare nu este gestionatcorespunztor, poate fi interpretat n mod greit ca o schimbare dealinierii. De obicei, modelele dinamice prelucreaz statisticrezultatele msurtorilor, n scopul identificrii eventualelormodificri ale sistemului de referin. Apoi, modficarea va fi luat n

    calcul n vederea obinerii parametrilor de aliniere coreci.

    5. MODELE SPECIFICE

    Transformrile abstracte menionate n introducere, carefac legtura dintre msurtori i parametrii de aliniere difer ngeneral de la metod la metod. Sunt reprezentri matematice carestau la baza determinrii parametrilor n metoda bazat pe utilizareateodolitelor sau n metoda digital. Forme simplificate pot fi n

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    39/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    439

    metoda rim-and-face sau laser-optic, sau forme modificatederivate din condiiile geometrice specifice ca n metoda inerial.

    Un exemplu practic de obinere a unui aliniamentdinamic: alinierea cuptoarelor rotative

    Presupune utilizarea a dou teodolite motorizate

    Figura 10

    Aliniamentul este compus din n segmente, fiecareputnd fi descris printr-un vector biperpendicular pe planul cerculuicu centrul n Ti. Problema const n aducerea acestora pe linia dereferin ce unete punctele P1i P2. Vectorii sipornesc din P1i se

    ndreapt spre punctele centrale ale segmentelor, similar definiieidin figura 8. n primul rnd, sunt calculate coordonatele centrelor,

    dup care deplasrile hifa de linia de referin.

    Figura 11

    Procedura poate fi complet automatizat prin utilizareasistemelor robotizate.

    6. CONCLUZII

    Analizarea unor metode utilizate n prezent n mod curentn domeniul alinierii mainilor rotative a demonstrat c acestea pot fidescrise prin intermediul calculului vectorial tridimensional. Diverseleabordri privitoare la efectuarea msurtorilor folosite n

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    40/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    440

    determinarea celor doi parametri eseniali, duc la varietateaprocedeelor practice de realiza. Soluionarea optim a uneiprobleme, impune selectarea tipului: cu contact direct sau noncontact, manual sau automat, static sau dinamic n funcie decondiiile specifice i evident de eficiena economic.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    41/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    441

    INVENTARIEREA PRIN SCANARE LASER TERESTR A

    RESURSELOR PETERILOR DIN PARCUL NAIONALAPUSENI

    ef lucr. dr. ing. Aurelian Stelian Buda, Facultatea de Arhitectur iConstrucii, Universitatea din Oradea

    ef lucr. dr. ing. tefan Suba, Facultatea de Arhitectur iConstrucii, Universitatea din Oradea

    asist. univ. dr. ing. Andreea Florina Jocea, Facultatea de Geodezie,Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti

    prep. univ. drd. ing. Sorin Nistor, Facultatea de Arhitectur iConstrucii, Universitatea din Oradea

    prep. univ. drd. ing. Norbert Szabolcs Suba, Facultatea deArhitectur i Construcii, Universitatea din Oradea

    ecolog. drd. Alin Marius Mo, director Parcul Naional Apuseni

    Abst ract :Domeniul speologic are o importan deosebitn tranziia i dezvoltarea turismului i economieiromneti, precum i n procesul de aliniere la standardelerilor vecine i ale Uniunii Europene.Prin lucrarea de fa se dorete s se prezinteposibilitatea inventarierii peterilor din Parcul NaionalApuseni prin intermediul scanrii laser terestre, tehnicaflat n plin expansiune, tot mai utilizat n detrimentultehnologiei clasice (rulete, busole, compasuri, teodolite,nivele).

    Cuvinte ch eie: scanare laser terestr, peter

    1. INTRODUCERE

    n vederea realizrii inventarierii unor structuri existente,

    cunoaterea geometriei obiectului este de cea mai mare importan.n prezent la baza inventarierii st documentarea complex careare, de regul, loc ntr-un GIS, reprezentarea spaial a obiectuluibazndu-se pe un numr limitat de forme elementare de modelare,cum ar fi linii, poligoane i corpuri. Prin ele sunt reprezentate muchii,coluri, plane i elemente de volum ale obiectului real. n funcie descopul urmrit, modelul rezultat trebuie s corespund n limita uneianumite precizii cu obiectul real.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    42/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    442

    Scanarea laser terestr este o tehnic geodezic, prinintermediul creia poate fi msurat complet automat geometriaunei structuri, fr ajutorul unui mediu reflectorizant, cu naltprecizie i cu vitez ridicat. Rezultatul msurtorilor estereprezentat de o mulime de puncte, numit n literatura despecialitate nor de puncte.

    Pe plan internaional, monitorizarea cavitilor subteraneprin intermediul scanrii laser terestre se afl n plin expansiune,fiind tot mai utilizat n detrimentul tehnicilor clasice (rulete, busole,compasuri, teodolite, nivele). n activitatea de monitorizare i controla demarat aciunea de implementare de sisteme de identificare imonitorizare prin tehnici moderne (staii totale, sisteme GPS,

    sisteme de scanare laser terestr), n Romnia aceste activitilovindu-se de lipsa documentaiei i hrilor compatibile.

    2. CONTEXT

    Domeniul speologic are o importan deosebit ntranziia i dezvoltarea turismului i economiei romneti, precum i

    n procesul de aliniere la standardele rilor vecine i ale UniuniiEuropene.

    n general cartarea cavitilor subterane este singurul

    document obiectiv, care conine informaii foarte precise, rmasdup explorare, la care se poate apela n caz de necesitate (studiitiinifice, fotografie subteran, vizitare etc.).

    ns, pentru a putea fi utilizabil orice cartare trebuiebine realizat. Aplicaia urmrete dezvoltarea bazei necesareelaborrii unui sistem de monitorizare i control (hart digital) prinintermediul cruia exploratorul poate determina zonele n carecavitatea este afectat de intemperii, eventualele locuri distruse sauafectate de trecerea vizitatorilor, zonele n care s-ar putea efectua

    prospeciuni, i nu n ultimul rnd pentru orientarea n peterarespectiv la turele viitoare.Cercetarea pornete de la necesitatea dezvoltrii unei

    baze de date specifice managementului conservrii naturii i aculturii locale (inclusiv arhitectura local), respectiv de la necesitateadezvoltrii de aplicaii privind inventarierea resurselor endocarstului.

    Avnd n vedere contextul, n luna martie a anului curent,o echip de cercetare alctuit din cadre didactice de laUniversitatea din Oradea, Facultatea de Arhitectur i Construcii,

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    43/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    443

    respectiv de la Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti,Facultatea de Geodezie, cercettori care i desfoar activitatea

    n cadrul Parcului Natural Apuseni i reprezentanii firmei Trimble ademarat un studiu pilot privind Petera Urilor.

    3. DESCRIEREA LOCAIEI

    Petera Urilor se afl n partea de vest a Romniei,partea central-nord-vestic a Munilor Apuseni, mai exact lamarginea satului Chicu, comuna Pietroasa, judeul Bihor, fiindparte integrant din Parcul Naional Apuseni.

    Figura 1. Localizarea Peterei Urilor [romanianmonasteries.org]

    Petera a fost descoperit la 17 septembrie 1975accidental, cnd n urma unei dinamitri n cariera de marmur de laChicu, s-a format o sprtur, prin care a intrat pentru prima datom n peter.

    Sprtura a fost imediat nchis, iar dup explorare oparte a peterii a fost amenajat i electrificat. Are o lungime de1.5 km, din care 521 m au fost declarai rezervaie tiinific. Nivelul

    superior n lungime de 488 m a fost deschis circulaiei turistice,acolo putnd fi admirate formaiuni carstice, care au fcut peteracunoscut n toat lumea.

    Aici sunt 3 galerii: cea a Urilor, Galeria Emil Racovi iGaleria Lumnrilor, i 4 sli: Sala Lumnrilor, Sala Spaghetelor,Sala Emil Racovi i Sala Oaselor.

    http://www.infoghidromania.com/harta_judet_bihor.htmlhttp://www.infoghidromania.com/harta_judet_bihor.htmlhttp://www.infoghidromania.com/harta_judet_bihor.html
  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    44/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    444

    Figura 2. Petera Urilor [ro.wikipedia.org]

    4. ACHIZIIA I PRELUCRAREA DATELOR

    4.1 Specificaii tehnice

    Pentru efectuarea msurtorilor la obiectivul propus s-a

    utilizat un sistem de scanare laser terestr de clas geodezic, careface parte din ultimele generaii de sisteme ale firmei Trimble:Trimble FX.

    Performanele acestui sistem de msurare reprezint ogaranie pentru astfel de categorii de lucrri:

    - Domeniul de msurare: 80 m;- Cmpul de vedere: 270ox360o(scaner panoramic);- Frecvena de msurare: 216000 puncte/secund;- Precizia poziiei punctului determinat: 2.4 mm/50m;

    - Modul de scanare: procedeul fazic;- Lungimea de und: 685 nm (laser rou);- Tipul laserului: unde continue;- Puterea laserului: 15 mW;- Clasa laserului: 3R

    Figura 3. Scanerul Trimble FX

    4.2 Descrierea operaiilor

    Tehnica scanrii laser terestre, a fost aleas ca demetod de achiziie a datelor datorit faptului c este o tehnic non -

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    45/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    445

    distructiv, care permite generarea unei documentaiitridimensionale i care include posibiliti de vizualizare i msurare.

    Datele scanate pot fi legate la sistemul de referin i potfi utilizate pentru reconstrucii virtuale i analiz n cadrul unui sistemgeografic informaional (GIS). Prin intermediul GIS se pot generahri topografice detaliate, se pot efectua analize i corelaii spaiale.Datele colectate precum i informaiile legate de locaie cum ar ficoordonatele punctelor de staie i a intelor de vizare pot fiintroduse n GIS i incluse n analiza curent sau pot fi corelate cubaza de date spaial n vederea actualizrii informaiei.

    Scanarea a fost metoda ideal pentru preluarea datelordatorit faptului c unda laser poate fi utilizat n toate mediile,

    funcionnd foarte bine n mediul ntunecat.Etapele de lucru au constat n:a) Recunoaterea terenului care include i suportul

    logistictransportul scanerului, instalarea i realizarea schielor dedescriere a punctelor de staie i a intelor de vizare.

    b) S-a selectat aria supus scanrii. Aceasta a fostaleas n Galeria Lumnrilor.

    Figura 4. Galeria Lumnrilor

    c) Legarea la sistemul naional de referin prinrealizarea unei ridicri topografice cu ajutorul tehnicilorconvenionale (staii totale i echipament GPS).

    d) Stabilirea poziiei intelor de vizare, n vederearealizrii procesului de registraie, n aa fel nct s existe acoperire

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    46/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    446

    suficient ntre staiile de scanare adiacente. n cadrul acesteiscanri au fost utilizate 10 inte, n fiecare staie de scanare fiindvizibile minimum trei.

    Figura 5. inte de vizare sferice

    e) Post procesarea datelor rezultate. n cadrul acesteietape s-a realizat o reducere a setului de date n aa fel nct acestas includ doar aria de interes. n timpul procesului de postprocesare s-a realizat, de asemenea, i o analiz de control a

    calitii datelor cu privire la acurateea i precizia datelornregistrate. Filtrarea datelor a fost fcut cu ajutorul programeloroferite de firma Trimble.

    Figura 6. Setul de date filtrat

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    47/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    447

    f) Realizarea unei documentaii fotografice a cavitiisubterane care a contribuit la asigurarea unei caliti ridicate lainterpretarea datelor rezultate n urma scanrii i respectiv, lautilizarea fotografiilor pentru textur.

    Figura 7. Rezultatul finalmodel 3D cu textur a Galeriei Lumnrilor

    5. CONCLUZII

    Odat cu trecerea timpului dezvoltarea tehnologic afacilitat apariia pe pia att asistemelor i echipamentelor, ct i asofturilor foarte performante pentru generarea modelelortridimensionale.

    Cerinele beneficiarilor nu sunt legate doar de precizie iacuratee, impactul major fiind generat de modul de vizualizare adatelor. De aceea un pas important l reprezint textura sau maibine zis fotografiile care se realizeaz cu aparate profesioniste careurmeaz s fie mulate pe modelul scanat.

    Aceast lucrare i propune s gseasc o nou utilitatea scanrii laser. Avantajele folosirii acestei tehnologii reies dinmultitudinea de obiecte din care s-a generat modelul tridimensional,model care reflect realitatea pn la nivel de milimetru. Creareaunui model tridimensional precis poate sta la baza inventarierii ct ila urmrirea gradului de degradare a diferitelor forme de relief dininteriorul peterii.

    n urma acestei scanrii s-a putut realiza o inventariere aobiectelor existente n Galeria Lumnrilor.

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    48/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    448

    BIBLIOGRAFIE1. C. Coarc - Sisteme de msurare n industrie, editura CONSPRESS, 20092. A. Jocea - Tehnologii de culegere, prelucrare i reprezentare a datelor, Note decurs, 20103. D. McIntireMushpot Cave, American Surveyor, vol. 7, nr. 94. www.speologie.ro5. www.ro.wikipedia.org6. www.romanianmonasteries.org7. www.trimble.com

    INVENTORY OF CAVES RESOURCES FROM APUSENI

    NATIONAL PARK BY TERRESTRIAL LASER SCANNING

    Abst ract : Field spelunking is particularly important in the transition and

    development of tourism and the Romanian economy, as well as aligning withthe standards of neighboring countries and the European Union. The presentwork is intended to provide the opportunity to inventory caves in the ApuseniNational Park via terrestrial laser scanning, a technique which is booming, moreand more used to the detriment of traditional technology (tapes, compasses,compasses, theodolites, and levels).

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    49/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    449

    IMPACT OF 3-D MODELS TO HYDROAMELIORATIVE

    WORK ARRANGEMENT FOR AN AREA OF ORCHARDSClina A., Clina Jenica, , Milu M., Croitoru C.

    University of Craiova, Faculty of Agriculture

    Abst ract :The paper presents the importance of applyingthe 3 D models for hydroameliorative works where theleveling plays a defining role in the design and drawingthem. He appealed to such a representation of the landbecause only in this way could get a fast, precise and veryevocative image of the relief, on which to draw out andtracing in appropriate conditions and with maximumefficiency. In view of developing proposed model, due toreduced area under study, data were collected throughfield surveying methods with modern equipment andprocessing and interpretation of data was done with largeprocessors and software of great precision and efficiency,finally resulting the map of land in 3-D system.

    Keywords: surface, point, height, relief, 3D map

    1. INTRODUCTION

    As stated Zavoianu Florea et al., flat representation ofthe space object under the classical form of maps and plans underthe current technological progress seems a simplistic solution thatdoes not correspond to human three-dimensional perception ofenvironment space. Development of technologies for field datacollection in the development apparatus used in topographicalmeasurements, developed systems of acquisition, processing and

    representation of the results, have imposed new products such asinformational systems of land, geographic information systems,three-dimensional digital maps, perspective representations of thespace object and others.

    In the land improvement works in Romania, drainageworks occupies a special place by their implications on the evolutionand soil quality. Land drainage, must to determine the production onthe active layer of soil, of an optimal ratio between water and air.Sowhatever category of a territory climate, its hydro-ameliorative

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    50/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    450

    development requires drainage works designed to collect and drainthe excess moisture from the soil.

    By the drainage works will be obtained the followingbenefits:

    - prevents excess moisture caused by irrigation andflood;

    - ensure collection and disposal of excess soil moistureso that land can be used with maximum agricultural yield;

    - on lowland areas (river meadows, plains betweenmountains) collect the stagnant moisture from surface andunderground, thus allowing the introduction of land in agriculturalcircuit.

    In addition to the hydroameliorative role, drainage workshave a strong ecological role in soil quality protection againstdamage by salinization or secondary swampy. The aim of theseinterventions, it is purely economic and therefore the work must beapplied with discernment, to combine their favorable economic effectwith keeping of typical or rare ecosystems.

    2. RESULTS

    Florea Zavoianu shows that in 3D representation of the

    surface and spatial object, data collection is most laborious anddiverse phase. Depending on the purpose of the work, thetechnology available for collecting data, surface, technology ofrepresentation and data processing, of the speed, accuracy andefficiency required, data collection can be done through severalmethods, as: methods of land surveying; photogrammetric methods.

    Given the small size surface and available equipment,was chosen for data collection methods of land surveying, goingthrough the following operations: documentation operations; field

    operations; office operations.Documentation operationsThese operations consisted of documentation to the

    Office of Real Property Cadastre Olt on the work previouslyperformed in the area of interest, geodetic networks, raster images(orthophoto scanned plans), but also Voineasa Townhall, which isvillage where the area property was located.

    To framing new work in the national system of referencewere used geodetic points provided by ANCPI / OJCPI, topographic

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    51/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    451

    maps and plans, points coordinates inventories from supportnetwork.

    Field operations

    Surveying was done in 1970 Stereographic projectionsystem and the system of normal altitudes Black Sea 1975, withtotal station FOIF OTS 632L whose accuracy is within 02 cc. Geodetic network was done so that to provide the number of pointsrequired for topographic and cadastral measurements of detail.

    On land, geodetic network points of support weremarked with metal pickets, were measured horizontal angles,vertical angles and length of each alignment. For achievement thepoints of the support networking was left from station 500 (Magura

    Ciobanu) by known coordinates, orientated on the station 501 (TeiChurch), was targeting for verification Olari Water Castle (502), afterwhich we determined of almost absolute coordinates of the stationpoints 1000, 1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006 and R, the maintraverse being closed to the same 500 - leaving station (table 1).

    Table.1.Absolute rectangular coordonates for closed traverse

    Stat ionTarget

    point

    Corect ions Abso lute coord onatesPoint no.

    X Y X Y

    + - + - 311269.090 433974.480 500

    500 1000 0.016 0.007 312453.371 433334.173 1000

    1000 1001 0.020 0.011 313068.322 432874.081 1001

    1001 1002 0.011 0.017 313375.578 433413.572 1002

    1002 1003 0.009 0.006 313337.127 433743.574 1003

    1003 1004 0.013 0.023 313203.657 433771.189 1004

    1004 1005 0.023 0.017 313047.474 434069.568 1005

    1005 1006 0.019 0.027 312619.139 433546.536 1006

    1006 500 0.024 0.023 311269.090 433974.480 500

    Error on X relative coordinates [m]: 0.127;Error on Y relative coordinates [m]: 0.119

    The height of point station 500 (Magura Ciobanu) wastransmitted by closed traverses to each station point, from station

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    52/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    452

    500 was sent to 1000 and 1006, from 1000 station was sent to 1001;from 1001 was sent to station 1002, from station 1002 was sent to1003, from 1003 station was sent to 1004, from station 1004 to 1005and R stations, from 1005 station was sent to 1006, and from 1006we closed on the point of departure station 500. Along withplanimetric measurements were also made levelling measurementsfor traversing points, their heights being listed in Table 2.

    Table. 2.New points determined

    Point no.Rectangular coordinates

    Absolute height(Z)

    X Y

    R 312941.187 433305.459 114.58

    1000 312453.371 433334.173 114,66

    1001 313068.322 432874.081 115.52

    1002 313375.578 433413.572 113.67

    1003 313337.127 433743.574 113.93

    1004 313047.474 434069.568 113,67

    1005 312619.134 433546.543 113,41

    1006 311269.090 433974.480 114,19

    Figure 1. The outline of support network

    Details surveyingExistent details were surveyed by radial methode. In

    order to determine the coordinates of the detail points were

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    53/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    453

    measured distances from the points of support to detail points andtheir orientations.Measurements were included in the field book.

    On the basis of horizontal distances and orientations ofpoints were calculated relative coordinates of detail points. Fromtraversing points (1000-1001-1002-1003-1004-1005-1006 and R)were determined rectangular coordinates of all characteristic pointsof detail (Table 3) required to drawing of the location anddemarcation plan and a cloud of known points necessary to achievethe 3 D model of the area.

    Heights transmission to each new point was done fromthe station from which was measured.For a correct reading of pointsheight throughout traverse, instrument height and prism height was

    kept at 1.6 m.Table 3.Rectangular coordinates and absolute height

    of the detail points

    Point no. X Y Z

    1 312443.915 433337.986 114.61

    2 312454.397 433337.880 114.58

    3 312501.901 433302.210 114.37

    ...262 312802.188 433194.029 110.98

    500 311269.090 433974.480 117.32

    501 315773.900 430595.580 0.000

    502 312337.060 436731.770 0.000

    1000 312453.371 433334.173 114.66

    1001 313068.322 432874.081 115.52

    1002 313375.578 433413.572 113.67

    1003 313337.127 433743.574 113.93

    1004 313203.657 433771.189 113.67

    1005 313047.474 434069.568 113.411006 312619.139 433546.536 114.19

    Calculation and drawing operations

    Computing operations were performed using datacollected from the field (horizontal and vertical distances and angles)entered and processed in specialized software Topo Sys and IntelliCad, was finally obtained absolute rectangular coordinates of the

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    54/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    454

    points that delimit the property, in Stereographic 1970 projectionsystem, and Black Sea 1975 heights system.

    Drawing operations - have been materialized by thelocation and delimitation plan and consisted of representation ofpoints delimiting the area on a A1 size paper, at 1:2000 scale in theStereographic 1970 projection system and Black Sea 1975 heightssystem. Also on the location and delimitation plan were reproducedall existing details on the ground.

    Using TopoLT program were represented on the locationand delimitation plan at 1:2000 scale, points obtained by themethods described above, by order TopoLT - Coordinates - Reportpoints - to obtain the cloud of known coordinate points (Figure 1).

    Figure 2. Points reprezentation using TopoLT program

    Figure 3. Points rised at ride heights

    The landscape was represented after coordinatesreporting, they are raised to read heights on the field with the

  • 8/12/2019 5. Sectiunea Geodezie Inginereasca

    55/164

    UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIFACULTATEA DE GEODEZIE

    SIMPOZIONUL CU PARTICIPARE INTERNAIONAL GEOPREVI 201112-13 MAI 2011, BUCURETI

    455

    command: TopoLT - Transformation - Raise the poi