Appunti di topografia

La livellazione e l'utilizzo del livello topografico

AB del primo Δ = Q - QAB

BAΔ = Q - QBA

ABΔ = ΔBA

La livellazione è l'operazione con cui si misurano i dislivelli sul terreno, attraverso l'uso di opportuni strumenti (metodo con cui viene trasportata la quota del mareografo sul territorio).

Il livello è uno strumento topografico con cui si effettua la livellazione geometrica (a visuale orizzontale), anche grazie all'utilizzo di due stadie.

Il livello utilizza come strumento di puntamento un cannocchiale.

Le stadie sono costituite da aste metriche. Devono essere appoggiate o fissate in modo certo e fisso durante l'operazione di misura; nella maggior parte dei casi vengono appoggiate a terra in corrispondenza di un vertice fisso (ottimale se con testa semisferica) denominato caposaldo, di cui almeno 1 deve essere posto su un punto a coordinate note in ambito locale.

Se i caposaldi sono molto distanti tra di loro (80/100 m) si realizzano caposaldi provvisori "di passaggio".

Perciò il livello

misura dislivelli, NON quote, che vengono indicati con accuratezze in mm (anchecentesimi di mm) al km andata e ritorno (> 5 mm/Km bassa precisione, <0,5 mm/Km altaprecisione).

Si fanno delle misure relative (non assolute perché sono poco accurate).

Ogni misura prevede la collimazione delle due stadie da parte dell’operatore che usa lo strumento.

La distanza massima tra le stadie è di circa 100m.

L’operatore misura la stadia “A” chiamata anche stadia “indietro” e la lettura viene chiamata l .APoi misura la stadia successiva “B” chiamata anche stadia “avanti”.

Unendo più misure di dislivello ottengo una linea di livellazione geometrica, si divide il dislivello intratte parziali e si sommano algebricamente i dislivelli parziali.

Questo metodo permette di fare misure di dislivello (massimo 4-5 m, pari all’altezza delle stadie)molto precise.

CLASSIFICAZIONE

Il livello può essere:

• Manuale (non

più utilizzato)

 Automatico/autolivello (ha un compensatore: l’asse ottico va in orizzontale automaticamente ma non fa la lettura in automatico). A sua volta il livello automatico può essere:

Ottico meccanico: lettura alla stadia viene fatta dall’operatore

In questo caso la stima della lettura non può essere migliore di un mm, per stime più accurate è necessario che lo strumento sia dotato di lamina piano parallela che consiste in un sistema micrometrico in cui una lastra a facce parallele posta lungo il raggio ottico di collimazione, di fronte all’obbiettivo del livello, permette di traslare, per mezzo di un bottone micrometrico, parallelamente la direzione dell’asse ottico di collimazione.

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Impiegando un reticolo a cuneo è possibile collimare con estrema cura le segnalizzazioni della stadia e avere misure più accurate.

Le stadie di precisione sono spesso caratterizzate da una doppia gradazione per minimizzare gli errori, e sono realizzate in acciaio invar.

Digitale: si utilizzano stadie con codici a barre (dal punto di vista meccanico e ottico è del tutto simile a un autolivello non digitale).

La strumentazione osserva un settore di stadia e comparando il codice a barre con una replica il sistema è in grado di dare una stima della distanza, con accuratezze dell'ordine del cm.

Laser: autolivelli in cui la linea di mira del cannocchiale è sostituita dall'emissione di uno raggio laser che è raccolto da un piccolo sensore fotoelettrico (ricevitore) libero oscorrevole lungo un'asta graduata.

In relazione alle accuratezze, lo scarto quadratico medio σ su una livellazione di 1 km (andata e ritorno), i livelli si classificano in:

• Livelli di bassa precisione o da cantiere σ = 5 mmk
• Livelli medi o da ingegneria 2 mm < σ < 5 mmk
• Livelli di alta precisione σ < 2 mmk

precisione 0,5 mm < σ < 2 mmk

Livelli di alta precisione σ < 0,5 mmk TOT2 k2L’accuratezza totale è legata all’accuratezza della singola battuta σ = n σk

MESSA IN STAZIONE

Per misurare correttamente l’asse ottico del livello deve essere orizzontale, quindi prima di tutto è necessario che il livello venga messo lungo l’orizzontale, ovvero è necessario porre l’asse ottico del cannocchiale in direzione orizzontale. A tal fine, solidale con il corpo dello strumento è presente una livella sferica che deve essere opportunamente centrata.

Essendo il livello esposto alle variazioni climatiche giornaliere ed essendo posizionato su un treppiede, che è metallico o in legno, anch’esso sottoposto a deformazioni a cause di variazioni termiche, o a spostamenti causati da cedimenti e deformazioni del terreno su cui è posto il treppiede, è pressochè certo che il livello perde

orizzontale e, a causa dell'uso e delle variazioni dei parametri ambientali, lo strumento si srettica facilmente.

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È quindi necessario che ogni volta che si utilizza lo strumento, anche durante lo stesso rilievo, provvedere alla periodica rettifica in campagna dello strumento

Tra due stadie A e B ben definite ad una distanza pari a 2d si determina il dislivello esatto Δ con una livellazione dal mezzo:

ABΔ = l' - l' = (l + εd) - (l + εd) = (l - l) = Q - QAB A B A B A B B A(dal mezzo non significa nel punto medio dell'allineamento)

Se si effettua una misura di dislivello avvicinandosi a una stadia, ad esempio con lunghezze pari a 1/3d da A e pari a 5/3d da B

Δ' = l' - l' = (l + ε 1/3d) - (l + ε 5/3d)AB A B A B

Dunque per effettuare la rettifica, le distanze

stadia-strumento devono essere misurate con cura dall'operatore. Di solito viene prima svolta una misura dal mezzo per ottenere il valore del dislivello e poi una misura in prossimità di una stadia si ottiene la stima di ε che serve per correggere lo scostamento tra asse ottico e orizzontale del corpo dello strumento. Per gli autolivelli di tipo elettronico la modalità di rettifica è più semplice in quanto lo strumento è in grado di misurare anche la distanza tra strumento e stadia.

LIVELLAZIONE GEOMETRICA AD ANELLO CHIUSO

Il dislivello è come un segmento orientato: la quota di B è data dalla somma algebrica della quota di A e del dislivello AB. La livellazione ha dunque un verso: punto indietro verso punto in avanti. Per livellazioni di precisione si può fare una livellazione avanti e una livellazione indietro partendo da un punto e ritornando a quello, il risultato finale teoricamente dovrebbe essere: Δ =

1. Posiziono il treppiede con il livello in un punto equidistante dai due punti di misura.
2. Metto in stazione il livello
3. Posiziono le due stadie sui punti di misura cioè i caposaldi con testa semisferica, con particolare cura nell'appoggiare il punto centrale della base su riferimento a terra. Se non ci sono i caposaldi posso utilizzare delle tartarughe per materializzare il punto oppure si possono appendere le stadie alle pareti (si fa con dei caposaldi diversi).
4. Lettura indietro o controbattuta.
5. Lettura avanti.
6. Nuovo centramento della livella in un'altra posizione.

Seconda lettura avanti.

Seconda lettura indietro.

I punti 6/7/8 vengono fatti per rettificare l'asse di collimazione.

Per verificare che la misura sia corretta si fa sempre una misura doppia e facendo anelli di misura. Se ho un percorso molto lungo è meglio fare più anelli.

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POSIZIONAMENTO GNSS - Global Navigation Satellite System

I sistemi di posizionamento satellitare nascono con l'obbiettivo di conoscere in tempo reale la propria posizione ricevendo, tramite dei ricevitori forniti di antenna, il segnale da satelliti in orbita attorno al pianeta. Nascono per conoscere la propria posizione senza farla conoscere dal nemico, quindi il sistema non deve inviare segnali ma solo riceverli.

Effemeridi = informazioni sulla posizione dei satelliti

I sistemi di posizionamento satellitare sono:

• GPS = Stati Uniti
• GLONASS = Russia
• Galileo = europeo
• BeiDou =

Cina

STRUTTURA BASE SEGMENTO SEGMENTO DISEGMENTO DI SPAZIALE CONTROLLOUTILIZZOSEGMENTO SPAZIALE

Il segmento spaziale è l'insieme dei 29 satelliti, che si muovo su 6 orbite con inclinazione 55° edistanza 60°, che mandano segnali captati dai ricevitori.

Il periodo di rivoluzione di un satellite GPS è di 12 ore siderali e, a causa della differenza tra giornosidereo e giorno solare medio, ciascun satellite sorge ogni giorno circa 4 minuti prima del giornoprecedente. Quindi la distribuzione dei satelliti cambia giornalmente.

Il segnale GPS è composto da 3 parti fondamentali:

• Le portanti:
  • L1 di frequenza f1 = 154 * f0 lunghezza d'onda = 19 cm
  • L2 di frequenza f2 = 120 * f0 lunghezza d'onda = 24 cm
  • (f0 = 10,23 MHz)
• Codice C/A (Coarse Acquisition) è