Salve a tutti, vorrei realizzare uno strumento in grado di campionare i livelli (altitudini) di terreni agricoli allo scopo di capire se le pendenze per gli scoli dell'acqua piovana sono da sistemare e come.
Il funzionamento sarebbe quello di farsi un giro in macchina su tutto il terreno con il rilevatore e campionare posizione e altezza dei vari punti, trasmetterli via seriale al portatile, poi trovero' il modo di importarli e visualizzarli su pc (tramite programmino in delphi)...
Sicuramente utilizzerei un rilevatore GPS per il posizionamento (non necessita di una precisione eccessiva), ma il vero problema e' quello di rilevare l'altezza (anche solo relativa al punto di partenza)... so che sistemi professionali di questo tipo utilizzano uno strumento basato su una livella laser da posizionare sul terreno e un rilevatore da portarsi in giro, ma per me credo sia troppo costoso (vorrei stare attorno ai 150 euro di tutto), esistono sensori barometrici (tipo MS5611) che danno una precizione di 10 cm, non e' il massimo, l'ideale sarebbe stare sotto ai 5 cm, ma posso accontentarmi visto il prezzo. Lo sketch arduino sarebbe semplice, ogni volta che il gps aggiorna la posizione leggo l'altezza e spedisco il tutto via seriale, in futuro se il sistema funziona bene potrei pensare di registrarli su di una scheda di memoria per non portarmi in giro il portatile...
In conclusione per un progetto del genere che sensori (gps e di altitudine) mi suggerireste? esiste per caso una livella laser poco costosa da poter acquistare? esistono modi alternativi magari piu' validi per fare il tutto (per esempio tramite un IMU che tiene traccia degli spostamenti)?
secondome è fattibile usando un sistema ottico. prendi due treppiedi, su uno ci sistemi un laser rosso tipo quello usato delle mancarelle, fissato bene, che possa solo ruotare in parallelo al terreno. poi sull'altro una serie di forilevatori sensibili alla frequenza del laser (quindi alla frequenza del rosso credo), uno sotto l'altro stile semaforo. Sotto ad entrambe metti un pendolo con un indicatore.
ora, metti da una parte il laser(emettitore) e dall'altra il ricevitore, li metti in bolla grazie al pendolo, ruoti l'emettitore finchè non vedi che il puntino rosso arriva a colpire il ricevitore, poi eventualmente ruoti il ricevitore per essere colpito per bene dal raggio. Ora, il rilevatore che legge un valore di rilevazione più elevato degli altri (occhio che il sole influenza le letture)sarà il rilevatore colpito dal puntino rosso: a questo punto la differenza tra l'altezza dal terreno del ricevitore colpito meno quella del laser emettitore ti da la differenza di altezza.
la precisione deriva da vari fattori: precisione di collimazione del laser, precisione delle misurazioni delle altezze (che puoi fare una volta per bene e segnartele a fianco dei rilevatori), densità dei rilevatori (più sono vicini più sono precisi), precisione della messa in bolla degli strumenti.
lesto:
secondome è fattibile usando un sistema ottico. prendi due treppiedi, su uno ci sistemi un laser rosso tipo quello usato delle mancarelle, fissato bene,
Premesso che la logica del funzionamento è corretta ci sono due "piccoli" problemi che non sono facilmente risolvibili.
Prima di tutto parliamo di misurare il dislivello su ampie aree, parliamo di distanze che vanno da svariate decine di metri a centinaia di metri, un laser cinese da pochi Euro non ha ne la necessaria potenza ne la collimazione per centrare lo spot su un sensore posto a quelle distanze e in piena luce solare, molto meglio usare un laser IR da almeno 200 mW con relativi filtri sul sensore, inoltre ti ci voglio vedere a collimare lo spot a grande distanza e su un mezzo mobile
Secondo problema, ancora più grosso, l'angolo che indica la variazione altimetrica si riduce sempre più con la distanza, non mi metto a fare calcoli ma parliamo di misurare variazioni angolari inferiori al secondo d'arco già a 20-30 metri di distanza per avere una risoluzione centimetrica, un sensore di movimento angolare idoneo costa centinaia di Euro.
Ianira:
(vorrei stare attorno ai 150 euro di tutto),
Scordati di farlo con i sensori barometrici, anche se offrono una risoluzione di 5-10 cm le fluttazioni della misura, tipiche di questi sensori, alla fine ti permettono una reale precisione al singolo metro.
Per non parlare del fatto che questi sensori sono soggetti alle variazioni di pressione atmosferica che anche a distanza di poche decine di metri può variare quanto basta, p.e. per effetto di una turbolenza locale, per falsare la lettura di svariati metri.
Sopratutto scordati di risolvere il problema spendendo solo 150 Euro.
PaoloP:
Lesto vuoi costruire un teodolite digitale low cost?
Voglio proprio vedere se ci riesce
Un teodolite digtale commerciale low cost, robaccia adatta solo per uso scolastico/amatoriale, costa non meno di 1500 Euro, uno buono adatto per uso professionale costa non meno di 5000 Euro a salire.
Ehm, no, sconsiglio il 200mW ... specie se infrarosso ... a quella potenza, se ti trovi vicino all'emettitore, potrebbe essere pericoloso per la retina, specie perche' non c'e' alcun riflesso della palpebra, e perche' la linea di scansione e' sempre allo stesso punto, quindi colpirebbe sempre la stessa area della retina, rimanendo fermi ... un paio di riflessi della scansione ad alta velocita' non causano problemi, ma una decina di secondi di scansioni ripetute sulla stessa area, anche se ad alta velocita', sono comunque un rischio non accettabile ... senza contare che essendo ad infrarossi, non potresti accorgerti di un'eventuale guasto del motore dello specchio, ed il raggio rimarrebbe fisso e puntato chissa dove ...
Se i rilievi li fai ad occhio, un modulo verde da 10mW e' sufficente (l'occhio umano e' piu sensibile al verde che ad altri colori), se li fai mediante un sensore, ok per gli infrarossi, ma limitali a 10mW, e metti una sicura che spenga il raggio se il motore dello specchio si ferma o rallenta troppo (basta una forcellina fotoelettrica con un circuito che non da alimentazione finche' la frequenza delle interruzioni non supera una certa soglia, e' un circuito semplicissimo da fare)
Il problema principale comunque non e' la focalizzazione (con un paio di lenti adeguate focalizzi bene anche un laser da bancarella), ma l'allineamento planare ... specchio motore e supporti devono essere rigidi e stabili e garantire un piano orizzontale allineato sia a corta che a lunga distanza su tutta la circonferenza, e questo richiede un minimo di lavorazione meccanica accurata
astrobeed:
Premesso che la logica del funzionamento è corretta ci sono due "piccoli" problemi che non sono facilmente risolvibili.
Prima di tutto parliamo di misurare il dislivello su ampie aree, parliamo di distanze che vanno da svariate decine di metri a centinaia di metri, un laser cinese da pochi Euro non ha ne la necessaria potenza ne la collimazione per centrare lo spot su un sensore posto a quelle distanze e in piena luce solare, molto meglio usare un laser IR da almeno 200 mW con relativi filtri sul sensore, inoltre ti ci voglio vedere a collimare lo spot a grande distanza e su un mezzo mobile
ho messo come requisito l'uso del treppiedi ad altezza fissa, quindi ho eliminato il problema mezzo mobile. Per la distanza come hai detto tu si può usare un laser più potente o simili e una sagoma di cartone attorno al rilevatore per aiutarsi nel puntamento
astrobeed:
Secondo problema, ancora più grosso, l'angolo che indica la variazione altimetrica si riduce sempre più con la distanza, non mi metto a fare calcoli ma parliamo di misurare variazioni angolari inferiori al secondo d'arco già a 20-30 metri di distanza per avere una risoluzione centimetrica, un sensore di movimento angolare idoneo costa centinaia di Euro.
questa non l'ho capita. io non voglio misurare l'angolo, ma la distanza tra il fotorilevatore attivato anzichè il fotorilevatore che ci si aspetta. Quindi hai i cm, e l'angolo se vuoi te lo ricavi "a mano"
Il problema principale comunque non e' la focalizzazione (con un paio di lenti adeguate focalizzi bene anche un laser da bancarella), ma l'allineamento planare
Questo l'ho inserito nei pre-requisiti. per eliminare il fattore motore immaginavo una rotazione "a mano", certo che il perno deve esse fatto a regola d'arte. oppure su può giocare con l'aiuto della gravità e il laser "galleggiate" su di un fluido: immaginate qualcosa come un ago (il laser) appoggiatto su un pezzo di sughero in una bacinella. l'ago può ruotare un ogni direzione parallela al suolo, qualunque sia l'inclinazione della bacinella, salvo che non esca l'acqua, ovvio. usate una sfera al posto della bacinella in tal caso, e siete a posto.
lesto:
questa non l'ho capita. io non voglio misurare l'angolo, ma la distanza tra il fotorilevatore attivato anzichè il fotorilevatore che ci si aspetta. Quindi hai i cm, e l'angolo se vuoi te lo ricavi "a mano"
Lo scopo è misurare la differenza altimetrica tra due punti, con solo la distanza non ci fai nulla, ti serve anche l'angolo, trigonometria di base, per conoscere tutti gli elementi di un triangolo basta avere il valore di almeno due elementi, nel nostro caso la distanza e l'angolo da cui ti ricavi l'altezza.
C'è pure il "piccolo" problema che un telemetro laser non è un oggetto semplice da costruire, uno preciso, che arriva a lunghe distanze, costa molte centinaia di Euro, volendo la distanza puoi misurarla con un telemetro ottico rimediato sul mercato surplus, con un foglio da 200 Euro te la cavi per uno in buono stato.
nono, ci staimo confondendo, io NON voglio misurare la distanza tra emettitore e rilevatore.. ti faccio un piccolo schema della idea con il magnifico paint.
a sinistra il TX (rilevatore, ho inavvertitamente invertito i termini) che come puoi veder è il treppiedi in bolla (nero)che sorregge un'asta verticale composta da tanti piccoli fotorilevatori sensibili al laser, e magari un poco schermati.
a destra il RX (emettitore), composto dal treppiedi in bolla (nero) e il raggio laser (rosso). essendo il terrendo in piano, viene attivato il fotorilvatore in mezzo all'asta (chiamaiamolo Neutro)
Se non fossero in piano, verrebbe attivato un altro fotorilevatore: la distanza tra il fotorilevatore Attivato e quello Neutro, è la differenza di altezza del terreno.
notare che potresti usare direttamente un asta con disegnata la tacca dovre dovrebbe trovarsi Neutro e fare la misura a manina con un comune metro, eliminando l'arduino e la complessita di creare l'asta RX.
A questo punto bastano 2 treppiedi da mettere in bolla (metodo del pendolo, una comune livella forse basta, metodo dell'acqua), un asta con segnato il punto neutro, un laser abbastanza visibile dalla distanza che interessa e un comune metro.
l'idea è molto valida, però a votle fossilizzarsi su una sola soluzione non aiuta.
sto pensando ad una soluzione la concretizzo e ve la scrivo.
ps per iscrizione
lesto:
nono, ci staimo confondendo, io NON voglio misurare la distanza tra emettitore e rilevatore.. ti faccio un piccolo schema della idea con il magnifico paint.
Avevo interpretato male la tua idea, funziona però solo per piccoli dislivelli, dato che parliamo di terreni agricoli è facile trovarsi con variazioni altimetriche anche di diversi metri tra due punti.
Intanto grazie a tutti per le risposte, peccato per i sensori barimetrici, ma immaginavo non fossero il massimo in un caso come questo... anche l'altezza data dal gps credo sia troppo bassa di precisione... sarebbe stato troppo semplice.
Le superfici da coprire nel mio caso sono cerchi di diciamo 200 metri di raggio, anche se qualcosa in piu' non farebbe male, i dislivelli possono essere massimo di 2 metri.
La soluzione migliore probabilmente e' quella di un laser, dovrei pero' rimediarlo da qualche parte, non riusciro' mai a costruirne uno con adeguata precisione per essere in bolla fino a 200 metri di distanza, almeno credo... e dovrei portarmi in giro un'asta con i rilevatori in verticale (magari attaccata alla macchina) collegata ad arduino assieme al gps, e verificare quale rilevatore viene colpito dal laser di volta in volta per stabilire la quota, il problema e' che non so se questi rilevatori possono funzionare a 360 gradi, non posso restare orientato verso l'emettitore...
Utilizzare l'IMU per stabilire gli spostamenti rispetto al punto iniziale e' proprio impossibile? magare troppe vibrazioni tra la macchina e il percorso accidentato?
errori di integrazione. per una precisione simile, sopratutto su un terreno accidentato (= rumore) ci vuole un sensore e un codice con le controballe.
e verificare quale rilevatore viene colpito dal laser di volta in volta per stabilire la quota, il problema e' che non so se questi rilevatori possono funzionare a 360 gradi
sì, se il tuo rilevatore è l'occhio e una bella lastra di compensato nera con le tacche pre-segante alla giusta altezza (e quindi se la attacchi alla macchina deve restare fissa e devi fare attenzione a qual'è la tacca centrale)
Soluione costosa:
Quadricottero stabilizzato.
Sensore di distanza ad infrarossi.
Calcoli la distanza del punto pianeggiante e lo mandi in giro stabilizato a quell'altezza e leggi la differenza di altezza col sensore
In topografia il metodo utilizzato nel passato è proprio quello di Lesto, che ne ha proposto una versione tecnologica. Si chiama livellazione.
In origine veniva effettuato tramite un cannocchiale posto in orizzontale, in bolla quindi, con cui si inquadrava una stadia anche essa in bolla, una barra in metallo su cui erano riportate le divisioni, mi pare in centimetri ma anche meno. Con questo sistema si son calcolati dislivelli notevoli, conosco esempi lungo la costa siciliana orientale, sull'Etna e sul Vesuvio. Però era un lavoro molto lungo, settimane perché, come ha scritto Astrobeed, per ogni tiro non puoi superare dislivelli eccessivi, diciamo un paio di metri. Se quindi hai dislivelli piccoli si potrebbe anche fare. Se invece il dislivello è elevato i tiri sono tanti. La precisione è buona ma... bisogna saperlo fare. Io non l'ho mai fatto. Per i costi non ne ho idea, sicuramente l'attrezzatura usata allora era abbastanza costosa, forse oggi di seconda mano trovi qualcosa.
Oggi si usa il GPS ma quello topografico e ce ne vogliono almeno 2. Richiede un po' di lavoro in postprocessing perché proprio sulle quote ci sono i problemi maggiori (parliamo di dislivelli, non quote assolute) dovute principalmente alle incertezze sui dati atmosferici lungo il tragitto del segnale radio. Ad esempio devi usare le effemeridi calcolate misurando le posizioni effettive dei satelliti e non quelle previsionali. Tra GPS e programma di elaborazione ci vogliono molti soldi, migliaia di euro, credo.
ci sono, ci sono, e le mie orecchie sono alzate in ascolto
lesto:
e verificare quale rilevatore viene colpito dal laser di volta in volta per stabilire la quota, il problema e' che non so se questi rilevatori possono funzionare a 360 gradi
sì, se il tuo rilevatore è l'occhio e una bella lastra di compensato nera con le tacche pre-segante alla giusta altezza (e quindi se la attacchi alla macchina deve restare fissa e devi fare attenzione a qual'è la tacca centrale)
speravo di fare qualcosa di un po piu' automatizzato, l'idea era di fare uno strumento da poter utilizzare anche per altri agricoltori dalle mie parti in modo pratico e veloce, ma comincio a pensare che sara' veramente dura
Madwriter:
Soluione costosa:
Quadricottero stabilizzato.
Sensore di distanza ad infrarossi.
Calcoli la distanza del punto pianeggiante e lo mandi in giro stabilizato a quell'altezza e leggi la differenza di altezza col sensore
a questo punto mi conviene utilizzare il sensore che mantiene stabilizzato il quadricottero 8)
