Una estación total o teodolito de estación total es un instrumento electrónico/óptico utilizado para topografía y construcción de edificios . Es un teodolito de tránsito electrónico integrado con medición electrónica de distancia (EDM) para medir ángulos verticales y horizontales y la distancia inclinada desde el instrumento hasta un punto particular, y una computadora a bordo para recopilar datos y realizar cálculos de triangulación . [1]
Las estaciones totales robóticas o motorizadas permiten al operador controlar el instrumento a distancia mediante control remoto. En teoría, esto elimina la necesidad de un asistente, ya que el operador sostiene el retrorreflector y controla la estación total desde el punto observado. En la práctica, sin embargo, a menudo se necesita un topógrafo asistente cuando el levantamiento se realiza en áreas concurridas, como en una calzada pública o en un sitio de construcción. Esto es para evitar que las personas alteren la estación total al pasar, lo que requeriría reajustar el trípode y restablecer una línea de base. Además, un asistente de topógrafo desaconseja el robo oportunista, que no es infrecuente debido al valor del instrumento. Si todo lo demás falla, la mayoría de las estaciones totales tienen números de serie. La Sociedad Nacional de Agrimensores Profesionales alberga un registro de equipos robados que las instituciones que prestan servicios de equipos topográficos pueden verificar para evitar que circulen los instrumentos robados. [2] Estas estaciones totales motorizadas también se pueden utilizar en configuraciones automatizadas conocidas como "estación total motorizada automatizada".
La mayoría de los instrumentos de estación total miden ángulos mediante escaneo electroóptico de códigos de barras digitales extremadamente precisos grabados en cilindros o discos de vidrio giratorios dentro del instrumento. Las estaciones totales de mejor calidad son capaces de medir ángulos dentro de una desviación estándar de 0,5 segundos de arco . Las estaciones totales económicas de "grado de construcción" generalmente pueden medir ángulos con desviaciones estándar de 5 o 10 segundos de arco.
La medición del ángulo generalmente la realiza el operador ocupando primero un punto conocido, apuntando el cabezal del instrumento a un objetivo o prisma que existe en otro punto conocido o a lo largo de un acimut, que se debe mantener como referencia (apuntar con la retícula). dentro del ocular y luego manteniendo esa línea en un ángulo de 00°00'̣00“̣. Luego, el operador girará el cabezal del instrumento hacia un objetivo o característica que se va a observar como una vista de frente y registrará el AR (ángulo derecho) de la vista hacia atrás medida por el instrumento en el que se produce un ángulo horizontal. El error angular en el instrumento, así como el error de colimación, se pueden mitigar en muchas estaciones totales realizando una recopilación de conjuntos. Esto implica presenciar cualquier ángulo registrado un número igual de veces en los modos "directo" e "inverso" observando la referencia y la previsión observadas con el instrumento mirando hacia los objetivos normalmente, así como con el visor volteado o "hundido" 180°. Los conjuntos registrados de ángulos tomados de cada objetivo se promediarán y se generará un ángulo medio. [3]
La medición de la distancia se logra con una señal portadora infrarroja modulada , generada por un pequeño emisor de estado sólido dentro de la trayectoria óptica del instrumento y reflejada por un reflector de prisma o el objeto bajo estudio. El patrón de modulación de la señal de retorno es leído e interpretado por la computadora de la estación total. La distancia se determina emitiendo y recibiendo múltiples frecuencias y determinando el número entero de longitudes de onda hasta el objetivo para cada frecuencia . La mayoría de las estaciones totales utilizan reflectores de prisma de vidrio (topografía) especialmente diseñados para la señal EDM. Una estación total típica puede medir distancias de hasta 1.500 metros (4.900 pies) con una precisión de aproximadamente 1,5 milímetros (0,059 pulgadas) ± 2 partes por millón. [4]
Las estaciones totales sin reflector pueden medir distancias a cualquier objeto que sea de color razonablemente claro, hasta unos pocos cientos de metros .
Las coordenadas de un punto desconocido con respecto a una coordenada conocida se pueden determinar utilizando la estación total siempre que se pueda establecer una línea de visión directa entre los dos puntos. Los ángulos y las distancias se miden desde la estación total hasta los puntos estudiados, y las coordenadas ( X , Y y Z ; o este, norte y elevación ) de los puntos encuestados en relación con la posición de la estación total se calculan mediante trigonometría y triangulación .
Para determinar una ubicación absoluta, una estación total requiere observaciones con línea de visión y se puede configurar sobre un punto conocido o con línea de visión hacia 2 o más puntos con ubicación conocida, lo que se denomina estacionamiento libre . [5] [6]
Por esta razón, algunas estaciones totales también tienen un receptor del sistema global de navegación por satélite (GNSS) y no requieren una línea de visión directa para determinar las coordenadas. Sin embargo, las mediciones GNSS pueden requerir períodos de ocupación más largos y ofrecer una precisión relativamente pobre en el eje vertical. [5]
Algunos modelos incluyen almacenamiento electrónico interno de datos para registrar la distancia, el ángulo horizontal y el ángulo vertical medidos, mientras que otros modelos están equipados para escribir estas mediciones en un recolector de datos externo , como una computadora de mano.
Cuando los datos se descargan de una estación total a una computadora, se puede utilizar un software de aplicación para calcular los resultados y generar un mapa del área encuestada. La última generación de estaciones totales también puede mostrar el mapa en la pantalla táctil del instrumento inmediatamente después de medir los puntos.
La mayoría de los proyectos de excavación o mapeo a gran escala se benefician enormemente del uso competente de estaciones totales. Son utilizados principalmente por agrimensores e ingenieros civiles , ya sea para registrar características como en los levantamientos topográficos o para establecer características (como carreteras, casas o límites). Los utilizan la policía, los investigadores de la escena del crimen, los reconstructores de accidentes privados y las compañías de seguros para tomar medidas de las escenas. Los arqueólogos también emplean estaciones totales, que ofrecen una precisión milimétrica difícil de lograr con otras herramientas, así como flexibilidad en la ubicación de instalación. Resultan cruciales para registrar la ubicación de los artefactos, las dimensiones arquitectónicas y la topografía del sitio. [7]
Las estaciones totales son el principal instrumento topográfico utilizado en la topografía minera .
Se utiliza una estación total para registrar la ubicación absoluta de las paredes, techos (partes traseras) y pisos del túnel, a medida que se avanzan los túneles de una mina subterránea. Luego, los datos registrados se descargan en un programa CAD y se comparan con el diseño diseñado del túnel.
El grupo de encuesta instala estaciones de control a intervalos regulares. Se trata de pequeños tacos de acero que se instalan de dos en dos en orificios perforados en las paredes o en la parte trasera. Para las estaciones de pared, se instalan dos tacos en paredes opuestas, formando una línea perpendicular al canal. Para las estaciones traseras, se instalan dos tapones en la parte trasera, formando una línea paralela a la deriva.
Se puede utilizar un conjunto de tapones para localizar la estación total instalada en un túnel o galería procesando las mediciones en los tapones por intersección y resección .
Las estaciones totales se han convertido en el estándar más alto para la mayoría de las formas de diseño de construcción. [¿ según quién? ]
Se utilizan con mayor frecuencia en los ejes X e Y para trazar las ubicaciones de las penetraciones desde los servicios subterráneos hasta los cimientos, entre los pisos de una estructura, así como las penetraciones en el techo.
Debido a que cada vez más trabajos de construcción comerciales e industriales se centran en el modelado de información de construcción (BIM), las coordenadas de casi todos los tubos, conductos, conductos y soportes colgantes están disponibles con precisión digital. [ se necesita aclaración ] La aplicación de comunicar un modelo virtual a una construcción tangible elimina potencialmente los costos de mano de obra relacionados con el movimiento de sistemas mal medidos, así como el tiempo dedicado a diseñar estos sistemas en medio de un trabajo de construcción en toda regla en progreso. [ cita necesaria ]
Los meteorólogos también utilizan estaciones totales para rastrear globos meteorológicos y determinar los vientos en los niveles superiores. Una vez conocida o supuesta la velocidad de ascenso promedio del globo meteorológico, el cambio en las lecturas de azimut y elevación proporcionadas por la estación total a medida que rastrea el globo meteorológico a lo largo del tiempo se utilizan para calcular la velocidad y dirección del viento a diferentes altitudes. Además, la estación total se utiliza para rastrear globos en el techo para determinar la altura de las capas de nubes. Estos datos sobre el viento en los niveles superiores se utilizan a menudo para la previsión meteorológica de la aviación y el lanzamiento de cohetes.
