Máy toàn đạc điện tử Robotic hoạt động như thế nào?

Các dòng máy toàn đạc điện tử robotic đã giúp cách mạng hóa việc khảo sát trong ngành xây dựng, tiết kiệm thời gian, tiền bạc và tăng năng suất. Nhưng chúng thực sự hoạt động như thế nào và tương lai của loại công nghệ này sẽ ra sao?  

Máy toàn đạc là một thiết bị điện tử, quang học được sử dụng trong khảo sát và xây dựng công trình. Kết hợp máy kinh vĩ điện tử với phép đo khoảng cách điện tử (EDM), công nghệ này cho phép đo cả góc đứng và góc ngang cũng như khoảng cách từ thiết bị đến một điểm cụ thể. Vốn là một công cụ thủ công, robot đã cách mạng hóa thiết bị này, khiến nó trở nên hiệu quả hơn bao giờ hết.

Lịch sử khảo sát

Trước khi ngành xây dựng bắt đầu mơ đến công nghệ này, nguồn gốc của việc khảo sát đất đai có thể bắt nguồn từ ít nhất 1400 năm trước Công nguyên ở Ai Cập cổ đại. Trong thời kỳ này, người Ai Cập đã sử dụng nhiều công cụ khác nhau bao gồm dây thừng và dây dọi để khảo sát thủ công các lô đất nhằm xây dựng các dự án như kim tự tháp.

Chuyển nhanh đến đầu thế kỷ 19 và cùng với cuộc Cách mạng Công nghiệp ở Châu Âu, khảo sát đã được chính thức công nhận là một nghề. Tại thời điểm này, với sự phát triển của các con đường, tòa nhà và đường sắt mới, vai trò của việc khảo sát đất đai trở nên quan trọng hơn bao giờ hết đối với sự phát triển thuận lợi của cơ sở hạ tầng.

Trong thời kỳ này, khảo sát bảng mặt phẳng thường được sử dụng để thực hiện khảo sát đất đai. Sử dụng bàn máy bay, giá ba chân và alidade (thiết bị quan sát), phương pháp này bao gồm việc cố định bàn máy bay vào giá ba chân ở vị trí cần thiết trên hiện trường, đặt một tờ giấy lên trên để vẽ và sử dụng alidade giống như thước kẻ để quan sát các vật ở xa, xác định phương hướng và đo góc.

Sau đó, người khảo sát sẽ vẽ sơ đồ, sử dụng alidade để tìm số đo và góc, di chuyển bàn mặt phẳng xung quanh sân khi cần thiết.

Phương pháp bảng mặt phẳng cho phép người khảo sát vẽ sơ đồ trong khi quan sát khu vực cần khảo sát – nghĩa là việc quan sát hiện trường và vẽ đồ thị có thể được thực hiện đồng thời. So sánh công việc được lập kế hoạch với hiện trường thực tế, phương pháp này đưa ra một cách khảo sát đơn giản và rẻ tiền.

Tuy nhiên, phương pháp này còn nhiều hạn chế nên bị thay thế khi công nghệ tiên tiến. Ví dụ, phương pháp này không phù hợp để sử dụng trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt và nhiều phụ kiện khác cũng được yêu cầu để cải thiện độ chính xác, chẳng hạn như la bàn. Bản thân chiếc máy bay cũng nặng nên việc vận chuyển đến các địa điểm khác nhau không thuận tiện.

Cuối cùng, khả năng xảy ra lỗi của con người và thiết bị trong khi vẽ và vẽ không cho phép thực hiện công việc rất chính xác và do đó, phương pháp này sau đó đã được thay thế bằng việc sử dụng máy kinh vĩ.

Bao gồm một kính thiên văn có thể di chuyển được, máy kinh vĩ là một dụng cụ quang học chính xác có kính thiên văn quay quanh trục ngang và trục dọc để cung cấp các phép đo góc. Ban đầu là một thiết bị phi kỹ thuật số, máy kinh vĩ đã được nâng cấp để trở thành thiết bị điện tử, với các thiết bị tương tự không dùng điện hiện nay hiếm khi được sử dụng.

Khi công nghệ phát triển, máy kinh vĩ điện tử đã được kết hợp với EDM để trở thành máy toàn đạc điện tử hiện đại.

Máy toàn đạc điện tử robotic là gì?

Nói một cách đơn giản, máy toàn đạc điện tử robotic là một trạm tổng thể có thể được vận hành từ xa, nghĩa là chỉ cần một người vận hành tại hiện trường thay vì đội ngũ khảo sát và trợ lý truyền thống gồm hai người.

Trong khi trước đây, các công nhân tại công trường phải xoay các trạm toàn đạc theo chiều dọc và chiều ngang để quan sát chúng đến các vị trí cần quan sát hoặc xuất phát, thì thông qua tự động hóa, các máy toàn đạc bằng robot sẽ tuân theo sự dẫn dắt của con người bằng cách theo dõi một lăng kính do người khảo sát giữ ở đầu cột.

Ảnh: Máy toàn đạc điện tử tự động Topcon LN-150

Thiết bị liên tục truyền thông tin về góc và khoảng cách được đo từ lăng kính tới bộ ghi dữ liệu, cũng ở đầu cực với người khảo sát, thông qua các phát triển như công nghệ LongLink Bluetooth của Topcon. Điều này cho phép họ thực hiện các phép đo để khảo sát và đặt ra các điểm, đường và bề mặt mà không cần phải quay lại thiết bị.

Công nghệ động cơ là động lực đằng sau các máy toàn đạc robotic, đảm bảo thiết bị di chuyển mà không cần sự can thiệp của con người. Dòng GT của Topcon sử dụng một số động cơ siêu âm nhanh nhất hiện có. Ở tốc độ 180 độ mỗi giây, chúng mang lại khả năng theo dõi lăng kính mượt mà và chính xác.

Các thiết bị này cũng có kích thước nhỏ hơn 1/3 so với các thiết bị khác, khiến chúng trở thành giải pháp nhỏ gọn và hiệu suất cao trong việc cung cấp hoạt động tầm xa và các phép đo không phản xạ – hoàn hảo cho nhu cầu khảo sát và xây dựng.

Là một hệ thống rô-bốt một người vận hành, các máy toàn đạc điện tử robotic giảm chi phí khi có thêm người tại chỗ, nâng cao hiệu quả và các chi phí liên quan bằng cách giải phóng các thành viên trong nhóm lẽ ra phải có mặt tại chỗ, cho phép họ thực hiện các nhiệm vụ khác ở nơi khác.

Độ chính xác tăng lên của thiết bị cũng có nghĩa là có ít lỗi hơn, giảm khả năng phải thực hiện lại phép đo cũng như giảm chi phí về thời gian và nguồn lực liên quan đến việc này. Ngoài ra, độ chính xác được cải thiện giúp giảm chi phí lãng phí.

Thông tin có thể được truy cập tại chỗ thông qua bảng điều khiển cầm tay FC-5000 của Topcon

Tăng năng suất

Vì các chuyên gia không phải xoay thiết bị theo cách thủ công để thu thập hoặc thiết lập một điểm, nên các trạm toàn đạc điện tử bằng robot tiết kiệm thời gian trong quá trình khảo sát và thiết lập — tăng năng suất tại chỗ.

Một số quy trình công việc, chẳng hạn như các dự án khảo sát hoàn công về mức độ tấm bê tông, có thể thấy năng suất tăng 50%. Điều này là do, trong khi các chuyên gia trước đây sử dụng mức tự động để quan sát, sau đó vẽ các điểm và tính toán độ cao theo cách thủ công để tạo ra bản vẽ hoàn công, thì các trạm toàn đạc bằng robot có thể bắn tới lăng kính và tính toán các giá trị tọa độ cũng như độ cao cho những điểm đó gần như ngay lập tức.

Dữ liệu này được thu thập và lưu vào bộ ghi dữ liệu, sau đó có thể được xuất sang gói phần mềm dựa trên CAD như MAGNET Office Survey để tạo ra các bản vẽ kỹ thuật số cho các công trình hoàn công có độ lệch về chiều cao.

Một người vận hành có thể làm việc tại chỗ với các máy toàn đạc điện tử GT Series của Topcon

Hơn nữa, thiết bị có thể được sử dụng để xác nhận độ thẳng đứng của tường và cột bằng cách thực hiện các phép đo không có phản xạ đối với đỉnh và đáy tường và cột bằng cách sử dụng mã để phân biệt giữa các phép đo. Dữ liệu này một lần nữa được đưa vào gói CAD, chẳng hạn như MAGNET Office Survey, để so sánh dữ liệu được khảo sát với các bản vẽ thiết kế, đưa ra các sai lệch và tạo ra các bản vẽ hoàn công gần như ngay lập tức.

Thông tin vị trí được chuyển tiếp từ thiết bị qua công nghệ Bluetooth, như LongLink của Topcon, đến bộ ghi dữ liệu cũng tăng tốc quá trình thiết lập vì điều đó có nghĩa là chuyên gia ở đầu cực với bộ ghi đã có sẵn thông tin cho họ.

Thông qua việc sử dụng phần mềm như MAGNET Field của Topcon, các chuyên gia xây dựng có thể nhập và hiển thị bản vẽ kỹ thuật số, chẳng hạn như DXF/DWG hoặc một mô hình, chẳng hạn như định dạng IFC của dự án, trên màn hình của bộ ghi. Do đó, họ có thể làm việc trực tiếp từ bản vẽ hoặc mô hình tùy thuộc vào thông tin có sẵn tại chỗ.

Quá trình này cũng tiết kiệm thời gian và chi phí hơn vì nó loại bỏ nhu cầu về trợ lý khảo sát/kỹ thuật tại chỗ và loại bỏ nhu cầu phải có người nhập dữ liệu theo cách thủ công để thiết lập vào thiết bị hoặc bộ ghi dữ liệu, từ đó làm giảm công suất cho các hoạt động tiếp theo. lỗi trên trang web.

Khi ở hiện trường, người điều khiển thiết bị cảm thấy thoải mái khi biết rằng trạm toàn đạc robot đang đo dữ liệu một cách chính xác và gửi dữ liệu đến bộ ghi dữ liệu để họ thu thập điểm hoặc đặt ra vị trí mà họ hài lòng. Sau đó, tất cả các chuyên gia đều làm việc trên cùng một bản vẽ, giảm thiểu sai sót và sự khác biệt trong quy trình tổng thể.

Với phần mềm dựa trên CAD dễ sử dụng như MAGNET Office Survey của Topcon, thời gian cũng được tiết kiệm khi tập hợp các báo cáo lại với nhau. Trong khi việc báo cáo theo cách truyền thống có thể mất hàng giờ thì công nghệ này cho phép các công ty tập hợp các báo cáo hoàn chỉnh chỉ trong 15 phút, một lần nữa giúp tăng năng suất chung của quy trình làm việc.

Tương lai của các máy toàn đạc điện tử Robotic

Khi ngày càng có nhiều chuyên gia xây dựng và khảo sát bắt đầu nhận ra giá trị mà các trạm toàn đạc bằng robot mang lại năng suất, chúng đã trở nên phổ biến trên các công trường.

Tương lai của thiết bị này cũng đã xuất hiện dưới dạng GTL-1000 của Topcon. Với trạm toàn đạc robot, thiết bị này bao gồm một máy quét để cho phép các chuyên gia xây dựng quét và xác minh ngoài việc thực hiện các chức năng tổng đài robot truyền thống.

Các trạm máy toàn đạc bằng robot có thể khảo sát, quét và phân tích dữ liệu trong vòng vài giờ

Hoạt động như một trạm toàn đạc robot có đầy đủ chức năng và một máy quét laser tốc độ cao, chất lượng cao có nghĩa là, chỉ với vài cú nhấp chuột và vài phút, GTL-1000 có thể tạo ra đám mây điểm hoàn chỉnh, 360 độ. Do đó, thời gian thu thập và xử lý dữ liệu được tăng tốc, tiết kiệm một lượng thời gian đáng kể.

Không chỉ tiết kiệm thời gian ngắn hạn mà còn tiết kiệm thời gian dài hạn. Sử dụng GTL-1000 cùng với phần mềm Verity, có thể dễ dàng xác định các vấn đề tiềm ẩn từ lâu trước khi lỗi phát sinh chi phí tại chỗ.

Đối với các chuyên gia xây dựng, điều này cực kỳ có lợi, vì việc phát hiện ra thứ gì đó có thể đã được lắp đặt không đúng ngay từ đầu trong quá trình xây dựng sẽ giúp loại bỏ các chi phí bổ sung về thời gian và nguồn lực. Điều này cũng có thể tránh được bất kỳ tác động tiêu cực nào đến danh tiếng mà những sai lầm và công việc bổ sung có thể mang lại.

Nếu không có GTL-1000, việc quét và phân tích dữ liệu có thể mất nhiều ngày. Tuy nhiên, với công nghệ này, quá trình này có thể được thực hiện chỉ trong vài giờ. Một kỹ sư có thể ra hiện trường vào buổi sáng để quét các phần tử được cài đặt mới nhất, phân tích dữ liệu quét và sau đó quay lại hiện trường trước bữa trưa với danh sách những thay đổi có thể đã được xác định. Trước đây, điều này là không thể vì mất nhiều thời gian để hoàn tất quá trình quét và phân tích.

Không nên đánh giá thấp tính thực tế của việc chỉ có một công cụ. Thông thường, để đăng ký dữ liệu quét, các kỹ sư sẽ yêu cầu một trạm toàn đạc bằng robot hoặc thủ công để điều phối các mục tiêu quét, sau đó các mục tiêu này được quét bằng máy quét laser rồi được xác định trong gói phần mềm xử lý để đăng ký đám mây điểm.

Tuy nhiên, với thiết bị kết hợp như GTL-1000, các kỹ sư không còn cần phải thiết lập hai thiết bị khác nhau ở cùng một vị trí. Thay vào đó, tất cả có thể được thực hiện chỉ bằng một chuyển động nhanh chóng, có khả năng giảm một nửa thời gian dành cho công trường.

Một thiết bị kết hợp cũng tiết kiệm chi phí hơn so với việc có hai thiết bị riêng biệt, với giá mua hai thiết bị thường cao hơn tới 50% so với mua một thiết bị duy nhất.

Mặc dù có nhiều sự kết hợp công nghệ khác nhau hiện có trên thị trường và có thể rẻ hơn, nhưng mức tiết kiệm chi phí tổng thể cho các dự án vẫn tỏ ra đáng kể khi sử dụng thiết bị kết hợp.

Mặc dù GTL-1000 có công nghệ mạnh mẽ nhưng thiết bị chỉ nặng 7kg và vừa với một hộp đựng. Kết quả là, nó dễ dàng di chuyển, vận chuyển, thiết lập và vận hành. Sự vận chuyển dễ dàng này giúp tiết kiệm thời gian vì năng lượng không bị lãng phí khi dừng và khởi động khi vận chuyển vật liệu nặng. Thay vào đó, các chuyên gia có thể nhanh chóng thiết lập khi họ đã đến địa điểm.

Đầu tư vào công nghệ

Nghề khảo sát đã đi một chặng đường dài kể từ nguồn gốc của nó ở Ai Cập cổ đại, với công nghệ và số hóa cho phép ngành này liên tục cải thiện độ chính xác, hiệu quả và tốc độ.

Tương lai có vẻ tươi sáng khi có nhiều chuyên gia hơn nhận ra những lợi ích mà máy toàn đạc điện tử Robotic mang lại. Các doanh nghiệp đầu tư vào công nghệ này đang tiết kiệm thời gian, tiền bạc và nguồn lực nhờ những cải tiến như GTL-1000, có khả năng hoạt động tốt hơn nhiều so với các loại máy toàn đạc điện tử thông thường