Teodolito

Los ajustes temporales son un conjunto de operaciones necesarias para preparar un teodolito para realizar observaciones en una estación. Estos incluyen su instalación, centrado, nivelación y eliminación de la paralaje, y se realizan en cuatro pasos:

• Preparación: fijar el teodolito a un trípode, nivelarlo aproximadamente y centrarlo sobre la marca de la estación.
• Centrado: llevar el eje vertical del teodolito inmediatamente sobre la marca de la estación utilizando una placa de centrado también conocida como trípode .
• Nivelación: nivelación de la base del instrumento para que el eje vertical quede vertical, generalmente con un nivel de burbuja incorporado.
• Enfoque: corrección del error de paralaje mediante el enfoque adecuado del objetivo y el ocular. El ocular solo requiere ajuste una vez en cada estación. El objetivo se volverá a enfocar para cada observación posterior desde esta estación debido a las diferentes distancias al objetivo.

El agrimensor realiza las observaciones ajustando la orientación angular vertical y horizontal del telescopio para que la retícula coincida con el punto de observación deseado. Ambos ángulos se leen en escalas visibles o internas y se registran. A continuación, se observa y registra el siguiente objeto sin mover el instrumento ni el trípode.

Las primeras lecturas angulares se realizaban mediante escalas vernier abiertas , directamente visibles a simple vista. Gradualmente, estas escalas se fueron cubriendo para su protección física.También se utilizaron escalas micrométricas angulares ^{[ 3 ]} (que no deben confundirse con el micrómetro , un instrumento utilizado para medir longitudes). Finalmente, las lecturas angulares se convirtieron en una lectura óptica indirecta, con trayectorias de luz complejas que las dirigían a un lugar conveniente del instrumento para su visualización. Los teodolitos digitales modernos cuentan con pantallas electrónicas.

Los micrómetros también se utilizan en telescopios y microscopios para medir el diámetro aparente de cuerpos celestes u objetos microscópicos, o las distancias angulares entre dos de estos objetos. El micrómetro utilizado con un telescopio fue inventado alrededor de 1638 por William Gascoigne , un astrónomo inglés. ^{[ 4 ]}

Error de índice

Los ángulos en el eje vertical deben ser de 90 ° (100 grados ) cuando el eje de puntería está horizontal, o de 270° (300 grados) cuando el instrumento está en tránsito. La mitad de la diferencia entre ambas posiciones se denomina error de índice. Esto solo se puede comprobar en instrumentos de tránsito.

Error del eje horizontal

Los ejes horizontal y vertical de un teodolito deben ser perpendiculares; de lo contrario, existe un error en el eje horizontal. Esto se puede comprobar alineando la burbuja de nivelación tubular paralelamente a la línea que une dos tornillos de fijación y centrando la burbuja. Existe un error en el eje horizontal si la burbuja se desvía del centro al girar la burbuja de nivelación tubular 180°. Para corregirlo, el operador retira la mitad de la burbuja con el tornillo de ajuste, vuelve a nivelar, comprueba y ajusta la posición.

Error de colimación

El eje óptico del telescopio también debe ser perpendicular al eje horizontal; de lo contrario, existe un error de colimación.

El error de índice, el error del eje horizontal ( error del eje del muñón ) y el error de colimación se determinan periódicamente mediante calibración y se corrigen mediante ajuste mecánico. Su existencia se tiene en cuenta al seleccionar el procedimiento de medición para eliminar su efecto en los resultados de la medición del teodolito.

Antes de la invención del teodolito, se utilizaban instrumentos como la groma , la escuadra geométrica y la dioptra , así como diversos círculos graduados (véase el circunflejo ) y semicírculos (véase el grafómetro ) para obtener mediciones de ángulos verticales u horizontales. Con el tiempo, sus funciones se combinaron en un único instrumento capaz de medir ambos ángulos simultáneamente.

La primera aparición de la palabra teodolito se encuentra en el libro de texto de topografía A geometric practice named Pantometria (1571) de Leonard Digges . ^{[ 5 ]} El origen de la palabra es desconocido. La primera parte del neolatín theo-delitus podría derivar del griego θεᾶσθαι 'contemplar o mirar atentamente'. ^{[ 6 ]} La segunda parte se atribuye a menudo a una variación no académica de la palabra griega: δῆλος 'evidente' o 'claro'. ^{[ 7 ] [ 8 ]} También se han sugerido otras derivaciones neolatinas o griegas, así como un origen inglés a partir de alidade . ^{[ 9 ]}

Los primeros precursores del teodolito eran a veces instrumentos azimutales para medir ángulos horizontales, mientras que otros tenían una montura altazimutal para medir ángulos horizontales y verticales. Gregorius Reisch ilustró un instrumento altazimutal en el apéndice de su libro Margarita Philosophica de 1512. ^{[ 5 ]} Martin Waldseemüller , topógrafo y cartógrafo, fabricó el dispositivo en ese año ^{[ 10 ]} llamándolo polimetrum . ^{[ 11 ]} En el libro de Digges de 1571, el término teodolito se aplicó a un instrumento para medir ángulos horizontales únicamente, pero también describió un instrumento que medía tanto la altitud como el azimut, al que llamó instrumento topográfico [ sic ] . ^{[ 12 ]} Posiblemente el primer instrumento que se aproximó a un verdadero teodolito fue el construido por Josua Habemel en 1576, completo con brújula y trípode. ^{[ 10 ]} La Cyclopaedia de 1728 compara el grafómetro con el medio teodolito . ^{[ 13 ]} Todavía en el siglo XIX, el instrumento para medir solo ángulos horizontales se llamaba teodolito simple y el instrumento altazimutal, teodolito plano . ^{[ 14 ]}

El primer instrumento que combinó las características esenciales del teodolito moderno fue construido en 1725 por Jonathan Sisson . ^{[ 14 ]} Este instrumento tenía una montura altazimutal con un telescopio de puntería. La placa base tenía niveles de burbuja, brújula y tornillos de ajuste. Los círculos se leían con una escala vernier .

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  El gran teodolito de Jesse Ramsden de 1787
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  Un teodolito de 1851, que muestra la construcción abierta y las escalas de altitud y acimut que se leen directamente.
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  Teodolito de tránsito con círculos de seis pulgadas, fabricado en Gran Bretaña alrededor de 1910 por Troughton & Simms.
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  Teodolito Wild Heerbrugg T2, diseñado originalmente por Heinrich Wild en 1919.
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  Teodolito Wild seccionado que muestra las complejas trayectorias de la luz para la lectura óptica y la construcción cerrada.
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  Teodolito escolar (alrededor de 1950)
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  Bundeswehr Zeiss Rk 76 A1 – Década de 1970

El teodolito se convirtió en un instrumento moderno y preciso en 1787, con la introducción del famoso gran teodolito de Jesse Ramsden , que creó utilizando una máquina divisora ​​muy precisa de su propio diseño. ^{[ 14 ]} Los instrumentos de Ramsden se utilizaron para la Triangulación Principal de Gran Bretaña . En ese momento, los instrumentos de mayor precisión se fabricaban en Inglaterra por fabricantes como Edward Troughton . ^{[ 15 ]} Posteriormente, los primeros teodolitos alemanes prácticos fueron fabricados por Breithaupt junto con Utzschneider , Reichenbach y Fraunhofer . ^{[ 16 ]}

Con el avance de la tecnología, el círculo parcial vertical fue reemplazado por un círculo completo, creando el teodolito de tránsito . Desarrollados a partir de instrumentos astronómicos de tránsito del siglo XVIII utilizados para medir posiciones estelares precisas, estos tenían círculos verticales y horizontales finamente graduados. La transición al tránsito fue impulsada a principios del siglo XIX por fabricantes de instrumentos como Edward Troughton y William Simms , ^{[ 17 ]} y se convirtió en el diseño estándar del teodolito. El desarrollo del teodolito fue impulsado por necesidades específicas, como la del British Ordnance Survey , que en la década de 1820 requirió teodolitos capaces de proporcionar la precisión suficiente para la triangulación y el mapeo a gran escala. El Survey of India en ese momento requirió instrumentos más robustos y estables, como el teodolito de patrón Everest con un centro de gravedad más bajo .

Los ingenieros ferroviarios que trabajaban en Gran Bretaña en la década de 1830 se referían comúnmente al teodolito como un "Tránsito". ^{[ 18 ]} La década de 1840 marcó el inicio de un período de rápida construcción de ferrocarriles en muchas partes del mundo, lo que resultó en una alta demanda de teodolitos dondequiera que se construyeran vías férreas. ^{[ 19 ]} También fue popular entre los ingenieros ferroviarios estadounidenses que avanzaban hacia el oeste, y reemplazó la brújula , el sextante y el octante ferroviarios. Posteriormente, los teodolitos se adaptaron a una mayor variedad de montajes y usos. En la década de 1870, Edward Samuel Ritchie inventó una interesante versión acuática del teodolito (que utilizaba un dispositivo de péndulo para contrarrestar el movimiento de las olas). [ ^{20 ] Fue} utilizado por la Armada de los Estados Unidos para realizar los primeros levantamientos topográficos de precisión de los puertos estadounidenses en las costas del Atlántico y del Golfo. ^{[ 21 ]}

A principios de la década de 1920, se produjo un cambio radical en el diseño de teodolitos con la introducción del Wild T2, fabricado por la empresa suiza Wild Heerbrugg . Heinrich Wild diseñó un teodolito con círculos de vidrio divididos, cuyas lecturas de ambos lados se presentaban en un solo ocular cerca del telescopio, de modo que el observador no tenía que moverse para leerlas. Los instrumentos Wild no solo eran más pequeños, más fáciles de usar y más precisos que sus rivales contemporáneos, sino que también estaban sellados contra la lluvia y el polvo. Los topógrafos canadienses informaron que, si bien el Wild T2 con círculos de 3,75 pulgadas no podía proporcionar la precisión necesaria para la triangulación primaria, era igual de preciso que un diseño tradicional de 12 pulgadas. ^{[ 22 ]} Los instrumentos Wild T2, T3 y A1 se fabricaron durante muchos años.

En 1926 se celebró una conferencia en Tavistock , Devon , Reino Unido , donde se compararon los teodolitos Wild con los británicos. El producto Wild superó a los teodolitos británicos, por lo que fabricantes como Cooke, Troughton & Simms y Hilger & Watts se propusieron mejorar la precisión de sus productos para igualar a la competencia. Cooke, Troughton y Simms desarrollaron el teodolito modelo Tavistock y, posteriormente, el Vickers V. 22. ^{[ 23 ]}

Wild desarrolló posteriormente los modelos DK1, DKM1, DM2, DKM2 y DKM3 para la empresa Kern Aarau. Gracias a las continuas mejoras, los instrumentos evolucionaron progresivamente hasta convertirse en el teodolito moderno que utilizan los topógrafos hoy en día. En 1977, Wild, Kern y Hewlett-Packard ofrecían estaciones totales que combinaban mediciones angulares, medición electrónica de distancias y funciones de microchip en una sola unidad.

La triangulación , inventada por Gemma Frisius alrededor de 1533, consiste en trazar diagramas de dirección del paisaje circundante desde dos puntos de vista distintos. Los dos papeles cuadriculados se superponen, creando una maqueta a escala del paisaje, o más bien de los objetos que contiene. La escala real se obtiene midiendo una distancia tanto en el terreno real como en la representación gráfica.

La triangulación moderna, como la practicada por Willebrord Snellius , es el mismo procedimiento ejecutado por medios numéricos. El ajuste fotogramétrico de pares estereoscópicos de fotografías aéreas es una variante moderna tridimensional.

A finales de la década de 1780, Jesse Ramsden , un hombre de Yorkshire originario de Halifax , Inglaterra, que había desarrollado la máquina divisora ​​para dividir escalas angulares con una precisión de un segundo de arco (≈ 0,0048 mrad o 4,8 μrad), recibió el encargo de construir un nuevo instrumento para el Servicio Cartográfico Británico . El teodolito de Ramsden se utilizó durante los años siguientes para cartografiar todo el sur de Gran Bretaña mediante triangulación.

En la medición de redes, el uso del centrado forzado acelera las operaciones manteniendo la máxima precisión. El teodolito o el objetivo se pueden extraer o acoplar rápidamente a la placa de centrado forzado con una precisión submilimétrica. Actualmente, las antenas GPS utilizadas para el posicionamiento geodésico emplean un sistema de montaje similar. La altura del punto de referencia del teodolito —o del objetivo— sobre el punto de referencia terrestre debe medirse con precisión.

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  Teodolito de topografía
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  Técnicos del Servicio Geodésico y Costero de los Estados Unidos observando con un teodolito Wild T3 de 0,2 segundos de arco (≈ 0,001 mrad o 1 μrad) de resolución, montado sobre un soporte de observación. La foto fue tomada durante una expedición al Ártico (alrededor de 1950).  

El término teodolito de tránsito , o simplemente tránsito , se refiere a un tipo de teodolito cuyo telescopio es lo suficientemente corto como para girar 360 grados sobre su eje horizontal y vertical. Cuenta con un círculo vertical graduado a lo largo de los 360 grados y un telescopio que puede girar 360 grados (y, por lo tanto, "transitar el telescopio"). Al invertir el telescopio y, al mismo tiempo, girar el instrumento 180 grados sobre el eje vertical, se puede utilizar en los modos "placa izquierda" o "placa derecha" (donde "placa" se refiere al círculo del transportador vertical). Al medir los mismos ángulos horizontales y verticales en estos dos modos y luego promediar los resultados, se pueden eliminar los errores de centrado y colimación del instrumento. Algunos teodolitos de tránsito son capaces de leer ángulos con una precisión de treinta segundos de arco (≈ 0,15 mrad ). Los teodolitos modernos suelen ser del tipo teodolito de tránsito, pero las placas grabadas se han sustituido por placas de vidrio diseñadas para ser leídas con diodos emisores de luz y circuitos digitales, lo que mejora enormemente la precisión hasta niveles de segundo de arco (≈ 0,005 mrad ).