miniatura|Levantamento arqueológico com uma estação total Leica TPS1100 em uma habitação da Idade do Ferro, em Ytterby, Suécia miniatura|Prisma típico com alvo posterior, usado em levantamentos e sistemas de monitoramento tridimensional para medir alterações na elevação e na posição de um ponto
Uma estação total, também chamada taqueômetro no português brasileiro e taqueómetro no português europeu, é um instrumento eletrônico e óptico empregado em levantamentos topográficos e na construção civil. É formada por um teodolito eletrônico de trânsito integrado a um medidor eletrônico de distâncias, conhecido pela sigla MED ou EDM, do inglês electronic distance measurement. O conjunto mede ângulos verticais e horizontais e a distância inclinada entre o instrumento e um ponto. Um computador embarcado armazena os dados e executa cálculos de triangulação, interseção e resseção para determinar posições.
Estações totais robóticas ou motorizadas permitem que o operador controle o instrumento à distância. Em princípio, isso dispensa um auxiliar junto ao equipamento, pois o próprio operador segura o retrorrefletor e comanda a estação a partir do ponto observado. Na prática, um auxiliar costuma ser necessário quando o levantamento ocorre em locais movimentados, como vias públicas ou canteiros de obras, para evitar que pessoas esbarrem no equipamento e obriguem a reposicionar o tripé e restabelecer a linha de referência. A presença de outra pessoa também dificulta furtos, uma preocupação ligada ao valor desses instrumentos. A maioria das estações possui número de série. Nos Estados Unidos, a National Society of Professional Surveyors mantém um cadastro de equipamentos furtados que pode ser consultado por empresas que prestam assistência a instrumentos de topografia. Estações motorizadas também podem integrar sistemas automáticos de monitoramento, nos quais medições são executadas repetidamente sem intervenção contínua do operador.
Funcionamento
Medição de ângulos A maioria das estações totais mede ângulos por varredura eletro-óptica de códigos digitais de alta precisão gravados em cilindros ou discos de vidro que giram no interior do instrumento. A precisão varia conforme o modelo. Equipamentos de alta precisão podem chegar a 0,5 segundo de arco, enquanto modelos destinados a trabalhos de construção operam com precisões angulares de alguns segundos de arco.
A medição angular costuma começar com o operador instalando o equipamento sobre um ponto conhecido e apontando a luneta para um alvo ou prisma situado em outro ponto conhecido ou ao longo de um azimute. Essa visada de ré é alinhada ao retículo da ocular e tomada como 00°00′00″. O operador gira então o instrumento para o alvo ou feição que será observado como visada de vante e registra o ângulo horizontal à direita, medido a partir da visada de ré.
Erros angulares do instrumento e erros de colimação podem ser reduzidos por meio de séries de observações. Cada ângulo é observado o mesmo número de vezes nas posições direta e reversa, mirando-se os alvos com o instrumento em sua posição normal e também com a luneta basculada em 180°. Os valores obtidos para cada alvo são combinados para calcular um ângulo médio.
Medição de distância A distância é medida com um sinal portador modulado de infravermelho, gerado por um pequeno emissor de estado sólido no caminho óptico do instrumento e refletido por um prisma ou pelo próprio objeto levantado. O computador da estação recebe e interpreta o padrão de modulação do sinal de retorno. A distância é calculada pela emissão e recepção de frequências diferentes e pela determinação do número inteiro de comprimentos de onda até o alvo em cada frequência.
A maioria das estações totais emprega prismas de vidro feitos especificamente para refletir o sinal do MED. Uma estação total típica pode medir distâncias de até 1.500 m, com precisão de cerca de 1,5 mm ± 2 partes por milhão. As especificações dependem do equipamento. A Leica FlexLine TS07, por exemplo, oferece medição com prisma a até 3.500 m, com precisão nominal de 1 mm + 1,5 ppm.
Estações totais sem refletor podem medir distâncias diretamente até objetos com superfície adequada. O alcance depende da refletividade do alvo e do modelo do instrumento e pode chegar a centenas de metros.
Medição de coordenadas As coordenadas de um ponto desconhecido em relação a um ponto de coordenadas conhecidas podem ser determinadas com uma estação total quando existe linha de visada entre eles. O instrumento mede ângulos e distâncias até os pontos do levantamento. As coordenadas X, Y e Z, ou leste, norte e elevação, são então calculadas por trigonometria e triangulação.
Para obter uma posição absoluta, a estação pode ser instalada sobre um ponto conhecido e orientada por uma visada de ré. Outra opção é instalar o instrumento em posição desconhecida e observar dois ou mais pontos de controle com coordenadas conhecidas. Esse procedimento é chamado estação livre ou resseção.
Algumas estações totais podem ser combinadas com receptores de sistemas globais de navegação por satélite (GNSS), permitindo determinar a posição da estação sem uma linha de visada até pontos de controle terrestres. As medições GNSS podem exigir maior tempo de ocupação e normalmente apresentam precisão vertical inferior à horizontal.
Processamento de dados Alguns modelos possuem memória eletrônica interna para armazenar as distâncias e os ângulos horizontais e verticais medidos. Outros transferem os dados para um coletor de dados externo, como um computador portátil de campo. Estações modernas também podem usar cartões de memória, dispositivos USB e comunicação sem fio.
Depois que os dados são transferidos para um computador, programas específicos podem calcular resultados e gerar um mapa da área levantada. Equipamentos e controladores de campo também permitem consultar os dados e a representação do levantamento durante o trabalho.
Aplicações Estações totais são usadas em escavações e projetos de mapeamento para registrar feições do terreno e implantar no campo pontos definidos em projeto. Agrimensores e engenheiros civis as utilizam em levantamentos topográficos e na locação de estradas, edificações e limites de propriedades.
Órgãos policiais, investigadores de locais de crime, especialistas em reconstrução de acidentes e companhias de seguros também empregam estações totais para medir cenas. O método foi usado por órgãos policiais nos Estados Unidos para registrar posições de veículos, marcas de frenagem, detritos e outros elementos de acidentes viários.
Na arqueologia, o equipamento permite registrar as coordenadas de artefatos, dimensões de estruturas e a topografia de um sítio com precisão milimétrica, mantendo liberdade para escolher a posição de instalação do instrumento.
Mineração Estações totais são amplamente empregadas em levantamentos de mineração, na superfície e no subsolo.
Em minas subterrâneas, uma estação total pode registrar a posição absoluta das paredes, do teto e do piso de uma galeria à medida que ela avança. Os dados são transferidos para um programa de desenho assistido por computador e comparados com o traçado previsto para o túnel.
A equipe de topografia instala estações de controle em intervalos regulares. Elas podem consistir em pequenos pinos de aço colocados em pares em furos nas paredes ou no teto. Nas estações de parede, dois pinos são colocados em lados opostos da galeria e formam uma linha perpendicular ao seu eixo. Nas estações do teto, os dois pinos formam uma linha paralela à galeria.
Um conjunto desses pontos de controle permite determinar a posição da estação total instalada na galeria ou no túnel por meio de medições processadas por interseção e resseção.
Construção mecânica e elétrica Estações totais são usadas na locação de elementos de instalações mecânicas e elétricas. Nos eixos X e Y, podem marcar passagens de utilidades subterrâneas através das fundações, aberturas entre pavimentos e penetrações na cobertura.
Em obras que utilizam modelagem de informações da construção (BIM), pontos de locação podem ser extraídos do modelo digital para tubulações, conduítes, dutos e suportes. Estações totais robóticas transferem essas coordenadas ao canteiro e permitem marcar fundações, insertos, recortes, suportes para sistemas de climatização e passagens em pisos, tetos e paredes.
Meteorologia Estações totais também podem acompanhar balões meteorológicos para calcular ventos em altitude. Conhecendo-se ou estimando-se a taxa média de subida, a variação do azimute e do ângulo de elevação do balão ao longo do tempo permite calcular a velocidade e a direção do vento em diferentes altitudes. O mesmo método é usado no rastreamento de balões-piloto com teodolitos, com registros periódicos dos ângulos de azimute e elevação.
Balões também podem ser usados para determinar a altura da base das nuvens a partir da taxa de subida e do intervalo até sua entrada na camada de nuvens. Instrumentos ópticos, entre eles teodolitos, auxiliam no acompanhamento quando a base se encontra mais alta. Dados de vento em altitude são empregados na meteorologia aeronáutica e no planejamento de lançamentos de foguetes.
Fabricantes de instrumentos Carl Zeiss, fabricante histórico GeoMax, do grupo Hexagon AB Hewlett-Packard, fabricante histórico Hilti Corporation Leica Geosystems, do grupo Hexagon AB Nikon, do grupo Trimble North Group LTD, fabricante histórico Sokkia, do grupo Topcon South Group Spectra Geospatial, do grupo Trimble Stonex TI Asahi Co. Ltd, com instrumentos vendidos sob a marca Pentax Topcon Trimble Wild Heerbrugg, fabricante histórico posteriormente integrado à Leica Geosystems
Ver também Teodolito, instrumento para a medição precisa de ângulos horizontais e verticais Topografia, área em que estações totais são usadas para levantamentos e locações Agrimensura, medição e definição de terrenos, limites e propriedades Lidar, técnica óptica de medição de distâncias e obtenção de dados tridimensionais
Ligações externas
Using a Total Station
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