Jalón de prismas reflectores inclinado y procedimiento de uso

ES 2 573 880 B1 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 21 Número de publicación: 2 573 880 Número de solicitud: 201401017 51 Int. CI.: G01C 3/08 (2006.01) 12 PATENTE DE INVENCIÓN B1 54 Título: Jalón de prismas reflectores inclinado y procedimiento de uso 73 Titular/es: UNIVERSIDAD DE SEVILLA (95.0%) Secretariado de Transferencia de Conocimiento y Emprendimiento, Pabellón de Brasil, Paseo de las Delicias s/n 41013 Sevilla (Sevilla) ES y UNIVERSIDAD DE GRANADA (5.0%) 72 Inventor/es: MOLERO ALONSO , Borja ; BARRERA VERA, José Antonio; MARÍN GARCÍA, David; AGUILAR CAMACHO , Joaquín ; GRANADO CASTRO , Gabriel y BENAVIDES LÓPEZ , José Antonio 22 Fecha de presentación: 10.12.2014 43 Fecha de publicación de la solicitud: 10.06.2016 Fecha de la concesión: 16.03.2017 45 Fecha de publicación de la concesión: 24.03.2017 57 Resumen: Jalón de prismas reflectores inclinado y procedimiento de uso, de aplicación en topografía que permite la medición de puntos no visibles, ni su vertical, desde la posición de estacionamiento de la estación total en base a un dispositivo formado por tres prismas reflectores comunes adosados a un jalón topográfico y el desarrollo de cálculos geométricos-matemáticos. Además, el sistema es compatible con una medición convencional si el punto o la vertical del punto es visible, por lo que no requiere instrumental auxiliar adicional para llevar a cabo la medición completa. Aviso:Se puede realizar consulta prevista por el art. 37.3.8 LP. DESCRIPCION Jalon de prismas reflectores inclinado y procedimiento de uso. 5 OBJETO DE LA INVENCION El area cientifica al cual corresponde la invenciOn tecnica es la topograffa. Puede emplearse en todos aquellos sectores en los que sea necesario el levantamiento y/o control de coordenadas de puntos en el espacio o en el piano (por ejemplo, el 10 sector edificatorio o el industrial). La invenciOn tecnica presentada supone un avance en el campo de los "instrumentos auxiliares topograficos", atiadiendo las caracteristicas necesarias al tradicional prisma reflector topografico para la lectura de puntos no visibles desde el punto de estacionamiento. 15 ANTECEDENTES EN EL ESTADO DE LA TECNICA El objeto de las siguientes lineas es describir el panorama actual de los instrumentos auxiliares para la medici6n topografica. Debemos tener presente que los instrumentos auxiliares empleados en topografia son multitud: tripodes, jalones, 20 prismas reflectantes, clavos, flexOrnetros, cintas metricas, por nombrar algunos. Por ello, nos centraremos en aquel instrumento auxiliar estrechamente vinculado con la invenciOn tecnica presentada: el prisma reflectante adosado a jalOn topografico. A su vez, se hace necesaria una breve descripcion de las herramientas de medicion de distancias implementadas en las estaciones totales topograficas. Este analisis 25 expondra una visiOn general de la tecnica y permitira establecer, en sus Caltimas limas, la necesidad existente en el ambito topografico que pretendemos cubrir con la invencion tecnica presentada. El instrumento topografico par excelencia en la actualidad es la estacion total. Esta 30 permite la medici6n de forma electrOnica de distancias y angulos, tanto verticales como horizontales, con una sola punteria. Basicamente, consiste en un taquimetro electrOnico integrado con un distanciornetro electro-Optico. La medicion electrOnica de angulos se realiza en base al giro del limbo horizontal y vertical del aparato. Mientras que la medicion electrOnica de las distancias se realiza mediante la  ES 2 573 880 B1 2 emision de un rayo de luz que rebota en el punto colimado y regresa at instrumento. Partiendo de la reflexion de dicho rayo, el aparato calcula la distancia a la que este el punto. 5 Atendiendo at tipo de rayo que las estaciones totales emplean para medir las distancias, estas pueden clasificarse en de luz infrarroja y/o de rayo laser. Las primeras son de luz invisible at ojo humano, y para efectuar la mediciOn ha de usarse un reflector (prismas de reflexiOn total) que, situado como blanco en el punto que se va a colimar, devuelve el rayo at punto de partida (estaciOn total). Es 10 comun utilizar este reflector adosado a un jalon calibrado y provisto de nivel esterico, aunque existen otras variantes. Sin embargo, el rayo laser si es visible at ojo humano y tiene la ventaja de no necesitar prisma reflector para efectuar las mediciones. Es decir, es posible realizar 15 la medicien realizando punteria directamente sobre el punto a levantar, tecnica comunmente denominada "punteria a selido". Nombrando algunas desventajas podemos decir que no es posible trabajar a grandes distancias y la reflexion del rayo laser depende de forma significative de la superficie del punto colimado. 20 Ademas de las funciones basicas, como la medida de valores angulares o la medida de distancias (reducidas y geornetricas), las estaciones totales suelen ofrecer diversas funciones complementarias y programas de trabajos integrados, dependiendo del fabricante y del modelo del aparato. Normalmente, esta variedad en las funciones complementarias suele estar estrechamente relacionada con el 25 precio del instrumento. Algunas de estas funciones implementadas mediante firmware tratan de cubrir necesidades de mediciones topograficas, que de otro modo serian de dificil ejecucien. Por ejemplo, gracias at desarrollo de la electronica y el firmware en las 30 estaciones totales, existen herramientas implementadas que permiten interpolaciones a partir de puntos ya conocidos, o traslaciones de puntos en una direccien dada para la obtenciOn de coordenadas no visibles desde un punto de estacionamiento. Es claro que el empleo de este tipo de funciones para el levantamiento de puntos Ileva asociado una gran incertidumbre en la precision de  ES 2 573 880 B1 3 los datos, por ello no siempre se aconseja su uso. Es aqui donde se pretende establecer un mayor rigor en la lectura de estos puntos con el dispositivo presentado y la resoluciOn matematica asociada. A lo largo de la historia de la topografia, ha sido necesario establecer una visual entre el punto a levantar y el 5 instrumento de medida (o una visual en la vertical del punto en el caso de emplear prisma adosado a jalon), pero con la presentaci6n de la invenciOn denominada "Jalon de prismas reflectores inclinado" pretendemos anadir la lectura de puntos mediante rectas no verticales que pasan por dicho punto. Para ello nos basamos en principios geornetricos y matematicos de rigor, pudiendo establecer parametros 10 de errores en los levantamientos. Referencias: Scherzinger, Bruno. L an d s u r v e y s y s t e m . U.S. Patent N° 8,416,130, 9 Abr. 2013. Garzon, Ignacio Moreno; Lopez, Jose Antonio Benavides. T o p o g r a f i a a p li c a d a a l a 15 c o n s t r u cc i on y r e p l a n t eo s d e ob r a s . 1995. Brinker, Russell Charles; Minnick, Roy (ed.). T he s u rv e y i n g h a n d book . Springer, 1995. Dominguez, Francisco; Tejero, G. Topografia general y aplicada. E d i c i one s M un d i , 1998. 20 Macias, Daniel Hernandez; Gonzalez, Rafael Esteve; Crespo, Guillermo Gutierrez. T o p o g r a f i a : n o c i o n e s e i n t r o d uc c i o n a l a g e o d e s i a y c a r t o g r a f i a . 1998. Apotheloz, Christophe. L a n d s u r v e y i n g t o t a l s t a t i o n m easu r i n g d e v i ce . U.S. Patent N° D605,959, 15 Dic. 2009. Cabezas, Antonio Gonzalez. L e cc i on e s d e t o p o g r a f i a y r e p l a n t eo s . Editorial Club 25 Universitario, 2010.  ES 2 573 880 B1 4 Luego, a modo de conclusiOn, para el levantamiento de puntos en trabajos topograficos puede ser empleado el prisma reflectante como instrumental auxiliar o la herramienta laser disponible en las modernas estaciones totales. En el primer caso, el uso del prisma reflectante trae como requisito indispensable la visiOn de la 5 vertical del punto desde la estacion total (recta vertical que pasa por el punto). El segundo caso es aun mas restrictivo, puesto que el empleo de la herramienta laser requiere de la vision del propio punto a levantar. Debemos mencionar que actualmente existen estaciones totales en el mercado que permiten posicionar puntos no visibles a traves de parametros como la interpolaciOn o el simple traslado 10 en una direccion dada. No obstante, no valoramos esta opciOn como una competencia de nuestra invencion, puesto que el control metric° y la precisi6n de estas herramientas ni siquiera es cuantificable. Hasta ahora, el levantamiento de puntos no visibles desde una determinada posicion de estacionamiento de forma precisa no era posible. Para realizarlo, era necesario cambiar esta posicion de 15 estacionamiento para lograr una visual entre la estaciOn total y el punto a levantar. Ademas, esta visual no siempre era posible lograrla aunque estuviesemos dispuestos a realizar estacionamientos adicionales. Como consecuencia de estas restricciones los tiempos de trabajo aumentaban y, como hemos mencionado, conseguir esta visual no siempre era posible. 20 La invenciOn presentada cubre este vacio existente en la detecciOn de coordenadas de puntos no visibles (ni su vertical) en base a un dispositivo formado por un jai& calibrado, provisto de dos patas adicionales, que permiten la inclinaciOn del dispositivo, un nivel esferico (que permite su uso como prisma 25 tradicional), y tres prismas reflectantes colocados en linea, adernas del calculo maternatico asociado. El funcionamiento se basa en la lectura de dos de los prismas reflectantes, anadiendose un tercero para la evaluaciOn de los errores cometidos. Con estos, de entrada, es posible calcular la recta que pasa por el punto a levantar. Si a esto le sumamos la medida de apertura del jalon (tambien 30 conocida), obtenemos dos puntos de los cuales uno de ellos sera la soluciOn. Para averiguar cual de estos dos puntos es el punto objetivo debemos hacer un estudio del sentido del vector que une los puntos de los prismas reflectantes (desde el primer prisma al segundo, o del primero al tercero). La solucion propuesta siempre estara en el sentido contrario.  ES 2 573 880 B1 5 Las principales ventajas de este dispositivo son dos: la primera es el ahorro de tiempo en campo, puesto que se evitan estacionamientos adicionales para obtener la visual de puntos ocultos en esquinas, retranqueos, detras de vegetacion, 5 obstaculos no naturales, u otros. La segunda se refiere a aquellos donde, incluso buscando un nuevo estacionamiento, no es posible obtener la visual entre el punto a levantar y la estacion total. El dispositivo propuesto sigue permitiendo el levantamiento de puntos de la forma tradicional en los casos donde el punto o la vertical del punto son visibles. Con ello, se pretende ahorrar el transporte y costo 10 de otro instrumental auxiliar adicional. EXPLICACION DE LA INVENCION A modo explicacion de la invenciOn el "Jal On de prismas reflectores inclinado" esta 15 formado por: • Un jalOn calibrado y provisto de nivel esferico. • Dos patas adicionales que hacen posible la posicion inclinada del dispositivo y podran moverse solidariamente a lo largo de la columna 20 principal del jalon. • Una bateria de tres prismas reflectantes adosados at jalOn y alineados verticalmente, siguiendo la linea imaginaria definida por el jalon. En adelante, para la explicacion detallada del proceso, denominaremos at mas cercano del extremo del jalOn como prisma (P1) (dicho extremo apoya en el 25 punto a levantar, llamado A); prisma (P2) al situado en la posicion central; y prisma (P3) al ubicado en el extern° opuesto de P1. Es decir, imaginando la invenciOn tecnica en posiciOn vertical, podremos encontrar los prismas ordenados de menor a mayor cota siendo P1 el primero, P2 el segundo y P3 el ultimo. 30 Para el levantamiento de un punto no visible (A) desde nuestra posici6n de estacionamiento haremos uso del instrumento auxiliar aqui presentado, desarrollando la siguiente secuencia de funcionamiento.  ES 2 573 880 B1 6 A. En primer lugar pondremos el extremo de la invencion sobre el punto A y nos cercioraremos de que las visuales a los prismas en posici6n oblicua si que son visibles desde la estaciOn total. Para establecer la posici6n de la invenciOn nos ayudaremos de las patas adicionales adosadas a la columna 5 principal del jalOn. B. Se ejecutara la visual y la mediciOn de los puntos P1 y P3 (en este orden) pertenecientes a los prismas ubicados en los extremos de la invenciOn tecnica. La recta que pasa que pasa por el punto A quedara definida por el vector P1 P3 y cualquiera de los puntos de esa recta que ya conocemos (P1 10 o P3): (X3 — X1) , (Y3 — Y1) , (Z3 — Z1) = P1P3 = V(X3 — X1)2 + (Y3 — Y1)2 + (Z3 — Z1)2 15 C. El siguiente paso sera ejecutar la visual y la medicion del punto P2, el cual emplearemos para el calculo de una estimacion del error que estamos cometiendo en el levantamiento del punto A. Una vez conocido este error, sera una decision del tecnico dar por aceptables las mediciones a los puntos P1, P2 y P3, o por el contrario, volver a realizarlas para la mejora de 20 precisi6n en el levantamiento. Para ello calcularemos la distancia entre el punto P2 y la recta definida anteriormente. Esta distancia permitira trasladar el dato al extremo del jalOn para conocer el error minimo que estamos cometiendo. Llamaremos "Q" al punto que define la minima distancia entre el punto P2 y la recta: IP1P2flI P 2 Q = l u i D. Solucionado este producto vectorial: ( X 2 — X 1 ) ( X 3 — X 1 ) ( Y 2 — Y 1) ( Y 3 — Y 1 ) r c ( Z 2 — Z 1 ) ( Z 3 — Z 1 ) 1 P 2 Q . ‘ / ( x 3 — x i ) 2 + ( Y 3 — Y i ) 2 + ( z 3 — z i ) 2 35 / 1 2 - 6 = (Y2 — Yi) (Z3 — Zi) — (Y3 — ' (Z2 — Zi)) —A(X2 — Xi) • (Z3 — Zi) — (X3 — Xi) ' (Z2 — Zi)) 1 + rc((X2 (Y3 — Yi) — (X3 — ' (Y2 — V(X3 —X1)2 + (Y3 — 11)2 + (Z3 —Z1)2 40 E. Renombramos terminos para simplificar la ecuaci6n:  ES 2 573 880 B1 7 10 P 2 Q = X2 a P 1 P 2 = ( Y 2 - = ( b) \ z2 -z11 C X3 - X 1 ) (d ) 1 . 1 = P 1 P 3 = Y3 - Y1 ) =( e ( Z3 - Z 1 f ( b • f — e • c ) 2 — ( a • f — d • c ) 2 + ( a • e — d • b ) 2 d 2 e2 f2 F. Para conocer el error cometido trasladado al extremo del jalon debemos 15 conocer la distancia P1-P2 y la apertura del jalon utilizada: 25 35 P 1 P 2 - P 2 Q E . M . E . M . = P 1 P 2 P 1 A • P 2 Q G. Conocida la recta, calcularemos el punto a levantar (A). Para ello es necesario el calculo de A. Recordamos que la distancia del P1 hasta A es conocida gracias al jai& calibrado. = VO C A - X 1 ) 2 + ( Y A - Y1)2 + V A - Z1)2 Sustituyendo el punto A: P T A = 1 1 ( X 1 + X . U x - X 0 2 + (Yi + • Ur - YO2 + (Zi + • U z ZO2 A = + P 1 A H. Existen dos posibles soluciones: las equivalentes a corte de la esfera de 40 radio P1-A con la recta. Para averiguar cual es la solucion buscada nos basamos en el siguiente razonamiento: el punto a levantar A esta en sentido contrario a P2 desde P1. Asi, calcularemos A del punto P2 y nuestra soluciOn tendra signo contrario. Bastara con calcular A en una de las coordenadas del punto P2: Xp2 = Xpi 11/42 • Ux  ES 2 573 880 B1 8 10 15 Xp2 - Xpi A2 = Ux I. La distancia P1-A estara en sentido contrario, es decir, A tendra signo contrario: = - --2- fi t 2 / J. Ya tenemos todos los datos para calcular el punto a levantar (A): XA Xpi • Ux YA Ypi-F A • Uy ZA = Xpi+ X Uz DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Para complementar la descripci6n que se esta realizando y con objeto de ayudar a 25 una mejor comprension de las caracterfsticas de la invencion, de acuerdo con unos ejemplos preferentes de realizacion practica de la misma, se acomparia como parte integrante de esta descripciOn, un juego de figuras en las que, con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: 30 La Figura 1.- Vista de alzado principal "Jalon de prismas reflectores inclinado". La Figura 2.- Vista en perfil de "JalOn de prismas reflectores inclinado". La Figura 3.- Vista en perspectiva isometrica de "Jalon de prismas reflectores inclinado". La Figura 4.- Detalle de pieza de anclaje a las tres patas del jalOn. 35 La Figura 5.- Vista de alzado principal de "Jai& de prismas reflectores inclinado" en posiciOn de toma de datos. En las citadas figuras se pueden destacar los siguientes elementos constituyentes: 40 1. Prisma reflector mas cercano al extern° del jalOn (P1). 2. Prisma reflector intermedio (P2). 3. Prisma reflector que en posiciOn de trabajo tiene mayor cota (P3).  ES 2 573 880 B1 9  ES 2 573 880 B1 16  ES 2 573 880 B1 17  ES 2 573 880 B1 18  ES 2 573 880 B1 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 21 N.º solicitud: 201401017 22 Fecha de presentación de la solicitud: 10.12.2014 32 Fecha de prioridad: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA 51 Int. Cl. : G01C3/08 (2006.01) DOCUMENTOS RELEVANTES Categoría 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas Y Y A A A A A Appareil. Soluciones en tecnologías de medición. Catálogo 2013. http://vps.greenti.cl/~appareil/wp-content/uploads/2013/12/CATALOGO-APPAREIL-FINAL- 2013.pdf US 2362131 A (HAGGART JR JOHN C) 07.11.1944, página 1, línea 1 – página 2, línea 43; figuras 1-11. US 2006044544 A1 (O'LOUGHLIN ROBERT F et al.) 02.03.2006, párrafos [0001]-[0070]; figuras 1-28. Surveying LEICA 2013. Principios básicos de Topografía http://www.leica-geosystems.es/downloads123/zz/general/Surveying_es.pdf US 2004223139 A1 (VOGEL MICHAEL) 11.11.2004, párrafos [0001]-[0051]. US 5204731 A (TANAKA MASAYOSHI et al.) 20.04.1993, columna 1, línea 5 – columna 8, línea 57. US 2008218728 A1 (KIRSCHNER HOLGER) 11.09.2008, párrafos [0001]-[0038]. 1 1 1 2 2 2 2 Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado  para todas las reivindicaciones  para las reivindicaciones nº: Fecha de realización del informe 22.09.2015 Examinador B. Tejedor Miralles Página 1/4 INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA Nº de solicitud: 201401017 Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) G01C Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, bases de datos de literatura no patente Informe del Estado de la Técnica Página 2/4 OPINIÓN ESCRITA Nº de solicitud: 201401017 Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 22.09.2015 Declaración Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Reivindicaciones 1-2 SI Reivindicaciones NO Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Reivindicaciones 2 SI Reivindicaciones 1 NO Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986). Base de la Opinión.- La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica. Informe del Estado de la Técnica Página 3/4 OPINIÓN ESCRITA Nº de solicitud: 201401017 1. Documentos considerados.- A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión. Documento Número Publicación o Identificación Fecha Publicación D01 Appareil. Soluciones en tecnologías de medición. Catálogo 2013. 2013 D02 US 2362131 A (HAGGART JR JOHN C) 07.11.1944 D03 US 2006044544 A1 (O'LOUGHLIN ROBERT F et al.) 02.03.2006 D04 Surveying LEICA 2013. Principios básicos de topografía. 2013 D05 US 2004223139 A1 (VOGEL MICHAEL) 11.11.2004 D06 US 5204731 A (TANAKA MASAYOSHI et al.) 20.04.1993 D07 US 2008218728 A1 (KIRSCHNER HOLGER) 11.09.2008 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración Reivindicación 1: El documento D01 se considera como el documento del estado de la técnica más próximo al objeto de la invención (entre paréntesis las referencias al documento citado). Dicho documento divulga un jalón para prismas reflectores inclinado caracterizado por llevarse a ca bo en base a la combinación de un jalón calibrado provisto de un nivel esférico, dos patas articuladas adicionales que permitirán la posición inclinada del dispositivo y se desplazarán solidariamente a lo largo de la columna principal del jalón, y una disposición de una batería de tres prismas reflectantes adosados al jalón. Se diferencia de la primera reivindicación en que la disposición existente no permite adosarlo al jalón de forma que queden alineados verticalmente sobre la línea imaginaria definida por el mismo, sino que se encontrarían en una línea paralela al jalón. El efecto técnico que se consigue es no tener que realizar una corrección de posición. El problema técnico a resolver es cómo detectar coordenadas de puntos no visibles evitando distintos estacionamiento. El documento D02 divulga la disposición de tres prismas reflectantes adosados a un jalón verticalmente (D02: fig. 6 y fig.10). Así el experto en la materia utilizaría dicha configuración para solucionar el problema técnico planteado. Por lo tanto, la primera reivindicación no presentaría actividad inventiva según el artículo 8.1 de la ley de patentes 11/1986. Reivindicación 2: El documento D04 se considera como el documento del estado de la técnica más próximo al objeto de la invención (entre paréntesis las referencias al documento citado). Dicho documento divulga un método de cálculo de coordenadas para el caso en que el jalón lleve adosado un prisma reflector. Se diferencia de la segunda reivindicación en que el cálculo no está descrito para el caso de utilizar tres prismas reflectores situados en un único jalón. No se ha encontrado en el estado de la técnica un documento que explícitamente divulgue el procedimiento de cálculo descrito en la segunda reivindicación. Por lo tanto, dicha reivindicación satisfaría los requisitos de patentabilidad según los artículos 6.1 y 8.1 de la ley de patentes 11/1986. Los documentos D05-D07 divulgan métodos de cálculo para disposiciones de prismas reflectores distintas a la reivindicada. Informe del Estado de la Técnica Página 4/4