Influence of time delays of robotic total stations with high sampling frequency on accuracy of measurements to moving prisms

• Autorzy: Lenda G. , Uznański A. , Strach M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2019-0003

Warianty tytułu

PL

Wpływ opóźnień czasowych tachimetrów zrobotyzowanych o dużej częstotliwości rejestracji na dokładność pomiarów do ruchomych pryzmatów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Robotic total stations are a group of surveying instruments that can be used to measure moving prisms. These devices can generate significant errors during kinematic surveys. This is due to the different speeds of the total station’s measurement subsystems, which results in the observations of the point location being performed in different places of the space. Total stations which are several years old may generate errors of up to a few dozen centimeters. More modern designs, with much lower delays of the mechanical and electronic subsystems, theoretically allow to significantly reduce the values of the errors. This study involved the performance of kinematic tests on the modern robotic total station Leica MS50 in order to determine the values of measurement errors, and also to define the possibility of using them for the above-mentioned applications.

PL

W opracowaniu przeprowadzono kinematyczne testy współczesnego tachimetru zrobotyzowanego Leica MS50 pod kątem oceny wartości błędów pomiarowych, a tym samym możliwości użycia do wyżej wymienionych zastosowań. Określanie pozycji ruchomego pryzmatu odbywa się w analogiczny sposób jak celów nieruchomych, poprzez pomiar odległości oraz kąta pionowego i poziomego. Te trzy wielkości, ze względów technicznych, nie mogą być jednak rejestrowane dokładnie w tym samym czasie. Dla pomiarów statycznych nie ma to znaczenia, ponieważ punkt pozostaje w spoczynku. Podczas pomiarów zrobotyzowanych, w trakcie ciągłego ruchu pryzmatu, wzajemne opóźnienia czasowe rejestracji długości i kątów mogą negatywnie wpływać na dokładność, ponieważ na pozycję punktu składają się obserwacje wykonane w różnych miejscach przestrzeni. Aby wyznaczyć wartości tak powstałych błędów, przeprowadzono badania na prostoliniowym torze w laboratorium metrologicznym AGH w Krakowie. Do analiz przyjęto, że oś toru, po którym poruszał się obserwowany pryzmat pokrywa się z osią Y prostokątnego układu współrzędnych. Poprzeczne odchyłki od tego toru w płaszczyźnie poziomej wynikają z opóźnień kątów poziomych względem długości (odchyłki mx), w pionowej, z opóźnień kątów pionowych (odchyłki mz). Tor testowy do pomiarów stanowiła baza komparacyjna dalmierzy tachimetrów elektronicznych, której odchyłki od linii prostej zostały skatalogowane na podstawie pomiarów wykonanych tachimetrem precyzyjnym TC2002. Kształt toru został następnie opisany za pomocą interpolacyjnej funkcji sklejanej, uwzględniającej jego lokalne nierówności, dając model toru. Odchyłki wynikające z analizowanych opóźnień czasowych od tak określonego toru, wyznaczono jako różnicę rzędnych punktu - wyznaczonej i modelowej dla tej samej wartości odciętych. Po torze tym poruszał się ze stałą prędkością wózek napędzany silnikiem krokowym. Badania przeprowadzono dla prędkości 1 m/s (przeciętna prędkość piechura) i 3 m/s.

Słowa kluczowe

EN

measurement; mobile target; position measurement; kinematic measurement; measurement technique; robotic total stations

PL

pomiar w ruchu; pomiar pozycji; pomiar kinematyczny; technika pomiarowa; tachimetr zrobotyzowany

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 65, nr 1
• Strony: 31--48
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Lenda G.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Krakow, Poland

autor

Uznański A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Krakow, Poland

autor

Strach M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Krakow, Poland

Bibliografia

• 1. M. Ehrhart, W. Lienhart, "Object tracking with robotic total stations: Current technologies and improvements based on image data", Journal of Applied Geodesy 11(3): 131-142, 2017.
• 2. C. Favre C, M. Hennes M. "Zum Einfluss der geometrischen Ausrichtung von 360°-Reflektoren bei Messungen mit automatischer Zielerfassung", Mensuration, photogrammetrie, genie rural 98(2): 72-78, 2000.
• 3. V. Gikas, S. Daskalakis, "Full Scale Validation of Tracking Total Stations Using a Long Stroke Electrodynamic Shaker" Shaping the Change. XXIII International FIG Congress, 2006.
• 4. Z. Gojcic, S. Kalenjuk, W. Lienhart, "Synchronization routine for real-time synchronization of robotic total stations", INGENEO 2017: Proceedings of the 7th International Conference on Engineering Surveying: 83-91, 2017.
• 5. D. Grimm, U. Hornung, "Leica ATRplus – Leistungssteigerung der automatischen Messung und Verfolgung von Prismen", AVN - allgemeine vermessungs-nachrichten 8-9: 269-276, 2015.
• 6. M. Hennes, B. Krickel, "Zur Entwicklung von Untersuchungsverfahren zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit von Robot-Tachymetern" Flächenmanagement und Bodenordnung (FuB): 26-33, 2000.
• 7. M. Hennes, "Leistungsmerkmale des One-Man-Systems Geodimeter System 4000", VR 4(5): 287-295, 1992.
• 8. H. Kirschner, W. Stempfhuber, "The kinematic potential of modern tracking total stations – a state of the art report on the Leica TPS1200+", Proceedings of the 1st International Conference on Machine Control & Guidance 24(26): 51-60, 2008.
• 9. E. Lachat, T. Landes, P. Grussenmeyer, "First experiences with the Trimble SX10 Scanning Total Station for building facade survey", The International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 42: 405-412, 2017.
• 10. S. Lackner, W. Lienhart, "Impact of Prism Type and Prism Orientation on the Accuracy of Automated Total Station Measurements", Proc. 3rd Joint International Symposium on Deformation Monitoring, 2016.
• 11. Leica Geosystems AG, "Leica TPS1100 series", www.leica-geosystems.com, 1999.
• 12. Leica Geosystems AG, "White paper Leica Nova MS50", www.leica-geosystems.com, 2013.
• 13. G. Lenda, "Determining the measurement accuracy for moving georadar using a robotized tacheometer with optional automatic target recognition", Polish Academy of Sciences. Geodesy 43: 99-112, 2007.
• 14. W. Lienhart, M. Ehrhart, M. Grick, "High Frequent Total Station Measurements for the Monitoring of Bridge Vibrations", Journal of Applied Geodesy 11(1): 1-8, 2017.
• 15. H. Maar, H-M. Zogg, "WFD – Wave Form Digitizer Technology. Technical report", Leica Geosystems AG, 2014.
• 16. J. Mao, D. Nindl, "Surveying Reflectors – White Paper. Characteristics and Influences", Leica Geosystems AG, 2009.
• 17. D. S. Paraforos, M. Reutemann, G. Sharipov, R. Werner, H. W. Griepentrog, "Total station data assessment using an industrial robotic arm for dynamic 3D in-field positioning with sub-centimetre accuracy", Computers and Electronics in Agriculture 136: 166-175, 2017.
• 18. C. Roberts, P. Boorer, "Kinematic positioning using a robotic total station as applied to small-scale UAVs", Journal of Spatial Science 61(1): 29-45, 2016.
• 19. R. Staiger, "Zur Uberprufung moderner Vermessungsinstrumente (Verification modern surveying instruments)", Allgemeine Vermessungs-Nachrichten 105(11/12): 365-372, 1998.
• 20. W. Stempfhuber, K. Schnadelbach, W. Maurer, "Genaue Positioniering von bewegten Objekten mit zielverfolgenden Tachymetern", Ingenieurvermessung 2000. XIII International Course on Engineering Surveying: 144-154, 2000.
• 21. W. Stempfhuber, "The Integration of Kinematic Measuring Sensors For Precision Farming System Calibration", The 3rd International Symposium on Mobile Mapping Technology. FIG Symposium Cairo, 2001.
• 22. W. Stempfhuber, "Verification of the Trimble Universal Total Station (UTS) performance for kinematic applications", Proceedings of Optical 3-D measurement techniques: applications in GIS, mobile mapping, manufacturing, quality control, robotics, navigation, cultural heritage, natural and manmade hazards monitoring, medical imaging, VR generation and animation: 211-221, 2009.
• 23. Trimble Inc., "Trimble SX10 Scanning Total Station Information and Datasheet", https://geospatial.trimble.com, 2018.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).