#24 - LE PAROLE NELLA STORIA

 

Dal grafico, ottenuto attraverso Ngram Viewer, emerge come la presenza del termine teodolite nelle fonti dal 1750 al 2019 abbia un andamento oscillatorio, con picchi dal 1840 al 1900 circa, periodo in cui fu particolarmente adoperato; in tempi più attuali, invece, presenta un andamento decrescente che coincide con un andamento crescente della presenza del termine stazione totale, successore del teodolite che di fatto attualmente lo ha pienamente soppiantato. Per quanto riguarda il termine tacheometro, la sua presenza non ha mai avuto significativi picchi, probabilmente perché, essendo una versione del teodolite con qualche differenza non sostanziale, nelle fonti ci si riferisce ad esso anche con il più comune teodolite.
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#23 - LA NORMATIVA

Bando alle ciance! 
Passiamo ora ad una argomento più serioso e tecnico (ma necessario!) riguardo al nostro strumento; facendo riferimento alle maggiori organizzazioni a livello mondiale, scopriamo quali sono le norme legate al teodolite e al suo impiego.

  • ISO 17123-3 (2001): definisce la deviazione standard normata riguardante la misurazione angolare effettuata dallo strumento;
  • ISO 12857-2 (1997): definisce la procedura per la determinazione dell’accuratezza con lo strumento;
  • ISO 8322-4 (1991): definisce le procedure di costruzione dello strumento;
  • ISO 900X: definisce i certificati di calibrazione;
  • DIN 18720 / BS 84: definisce il diametro 5/8’’ del diametro della filettatura presente sul basamento;
  • DIN 13: definisce il diametro della filettatura M35x2 del basamento traslabile GUS75;
  • DIN 18723: valuta la precisione POT 10 necessaria per un teodolite;


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#22 - UN MANUALE D'USO

Seppur a prima vista il funzionamento di un teodolite possa sembrare complesso, lo sguardo dei più attenti potrebbe intuire rapidamente come esso viene utilizzato dai tecnici del settore.

Innanzitutto è necessario centrare la bolla della livella, per ottenere la precisione necessaria nelle misure topografiche. Successivamente si ricorre all’uso della regola di Bressel dell’omonimo scienziato.
Per misurare gli angoli azimutali con il teodolite si deve eseguire una prima lettura con il cerchio verticale a sinistra (prima posizione d'uso) e la seconda con cerchio verticale a destra (seconda posizione d'uso). Si ottengono così le due letture coniugate. Per ottenere la lettura corretta, cioè priva di errori di eccentricità e di orizzontalità e ortogonalità, si calcola la media delle letture coniugate.
Si differenzia sostanzialmente dal tacheometro, che misura anche le distanze, per la maggiore precisione delle misure angolari: un teodolite può apprezzare normalmente da uno a cinque secondi centesimali, un tacheometro inizia ad apprezzare mediamente sopra i venti secondi centesimali.



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#21 - NEI FUMETTI

Knock-knock lettori, è permesso?

Nonostante il carattere serioso e scientifico del teodolite, troviamo alcune sue rappresentazioni anche nell'allegro, artistico e colorato mondo dei fumetti.
Tock-tock, scopriamole assieme! BOOM-BANG-SMASH eccole qui!








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#20 - IL MARCHIO

Un marchio particolarmente rappresentativo del teodolite é quello della Wild Heerbrugg, prima azienda costruttrice dello strumento, che per molto tempo é stata leader nel settore e di cui si é giá parlato nel  post #11: 



Un altro logo collegato al teodolite e anche al tacheometro é quello dell'International Association of Geodesy, associazione scientifica che opera nell'ambito della geodesia, disciplina nella quale vengono adoperati gli strumenti in questione: 



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#19 - L'ABECEDARIO


A - alidada, parte superiore di teodolite e tacheometro che puó ruotare attorno all'asse primario
B - Bessel (regola di) , regola in base alla quale si misurano gli angoli azimutali con il teodolite
C - cannocchiale
D - distanza digitale
E - elettronico, tipo di teodolite
F- Fennel-Kassel, produttore di teodoliti 
G - geodesia, ambito scientifico nel quale vengono adoperati teodoliti e tacheometri
H - Habermel Josua, inventore del teodolite 
I - integrato, tipo di teodolite
L - livella, insieme alle viti serve a regolare la verticalità dell'asse principale dello strumento
M - misurazione degli angoli azimutali 
N - Nikon, azienda produttrice di moderni teodoliti
O - ottone, materiale di cui é per gran parte realizzato il teodolite 
P - pibal, il teodolite é stato molto adoperato nella misurazione dei venti in quota, utilizzandone modelli appositamente fabbricati per tracciare gli angoli orizzontali e verticali di palloncini meteorologici speciali chiamati palloncini a soffitto o palloncini pilota (pibal)
Q - quota, distanza tra due punti considerati 
R - rilievo territoriale, tecnica per determinare le posizioni terrestri o tridimensionali dei punti e le distanze e gli angoli tra di loro 
S - stazione totale, moderno modello di teodolite che ha ampiamente soppiantato i suoi predecessori
T - triangolazione, tecnica geodetica basata sulla determinazione, da una base di stazionamento, di tre valori fondamentali di un secondo punto del territorio: distanza in linea d'aria dalla stazione, angolo orizzontale, angolo zenitale
U - Utzschneider, costruttore tedesco
V - Vernier (scala di), scala graduata che serve per valutare le frazioni dell'unità di misura
Z - zenit, punto sulla sfera celeste intercettato dalla retta verticale all'osservatore
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#18 - IL FRANCOBOLLO

 

Stamp printed by Switzerland, shows Surveyor with theodolite and topographical map, circa 1983

Vintage stamp printed in Germany shows Optical Instrument Type: Theodolite, 1810, a precision optical instrument for measuring angles


A stamp printed in Australia shows images of a theodolite and an aneroid barometer, circa 1990

Марка: Surveyors with Theodolite (Британская антарктическая территория) (Scientific Work) Mi:GB-AT 23,Sn:GB-AT 23




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#17 - I BREVETTI

  • Theodolite (16 August 1966): a theodolite having an optical member rotatable about three axes meeting normally at a point, comprising: a stand mounted base rotatable about a vertical axis; standards carried by said base; a horizontal axle supported by said standards; a frame journaled for turning about the axis of said axle, and including a support for an optical member carried by said frames and journaled for turning about an axis normal to said axle; and an optical member mounted upon said support with its axis normal to said last named turning axis.

https://patents.google.com/patent/US3266152A/en?q=THEODOLITE&oq=THEODOLITE&page=3

  • Electronic theodolite (17 April 2013): electronic theodolite, comprise: body, it is characterized in that, be fixed with lower laser plummet in the left side of described body, the centre of described body is provided with transverse axis, be positioned at the inner transverse axis end face in described body left side and be fixed with vertical code-disc, the both sides of described vertical code-disc are respectively arranged with the CCD luminotron.
    https://patents.google.com/patent/CN202885805U/en?q=THEODOLITE&oq=THEODOLITE

  • Theodolite (10 May 1997): theodolite containing a base with a stator of a vertical axis of rotation and a horizontal goniometer circle, an alidade on the rotor of a vertical axis, a horizontal axis of rotation on racks of an alidade with a vertical goniometer circle on its stator and a telescope containing a lens, a main network of threads and an eyepiece mounted on the rotor, and the base of the theodolite, the vertical axis and the alidade are made with through holes concentric with the vertical axis of rotation, characterized in that the telescope and alidade are made with the possibility of By setting the optical axis of the telescope upright with the lens up and down, the diameters of the through holes in the base of the theodolite, the vertical axis and the alidade exceed the light diameter of the telescope lens taking into account the angle of the field of vision and the eccentricity of the optical axis of the telescope directed to the nadir relative to the vertical axis of rotation theodolite, and in the telescope is installed with the possibility of changing the grid of threads or an additional grid, conjugated with the main.
    https://patents.google.com/patent/RU2079104C1/en?q=THEODOLITE&oq=THEODOLITE&page=2

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#16 - ANATOMIE

Di seguito una "dissezione" del teodolite, da cui emergono le numerose parti da cui é composto.

Optical diagram of a T2 theodolite: (1) optical parts of telescope, (2) scale and separating block of optical micrometer, (3) movable wedges of optical micrometer, (4) ocular and objective of reading microscope, (5) fixed wedges of optical micrometer, (6) prism for switching readings by circles, (7) objective of horizontal circle, (8) horizontal circle, (9) objective for combining images of lines of horizontal circle, (10) collective of light system, (11) parts of optical centering device, (12) objective of vertical circle, (13) light mirror, (14) protective glass, (15) objective for combining images of lines of vertical circle, (16) magnifying prism of reading system of level (17), (17) level for alidade of vertical circle

https://encyclopedia2.thefreedictionary.com/theodolite

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#15 - I NUMERI

Partendo dal 1576, anno di realizzazione del primo esemplare, analizziamo il teodolite dal punto di vista dei numeri che lo rappresentano. 

Esso è composto da:
3*10−5/2* 10−2 range di precisione dello strumento;
4’/2mm - 8’/2mm il range di sensibilità tipica della livella sferica;
1 alidada;
1 base;
1 livella;
1 cannocchiale formato da 3 parti: obiettivo, reticolo ed oculare;
2 cerchi graduati: uno orizzontale ed uno verticale;
3 gambe di sollevamento (treppiede);
3 assi del teodolite: primario, secondario e di collimazione;
π - π/2 le rotazioni da effettuare per il corretto utilizzo dello strumento;
5 viti principali: 3 nel meccanismo di supporto dette calanti, 1 per serraggio e puntamento, 1 di permutazione degli arti;
20cc precisione di tipica dello strumento espressa in centesimo di centesimo (10-4);
83 cm di altezza media di un tacheometro/teodolite;
360° scala di misurazione dello strumento.



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#14 - LA TASSONOMIA

 








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#13 - LA PUBBLICITÁ

 

Surveyors in advertising, http://www.surveyhistory.org/surveyors_in_advertising1.htm
Surveyors in advertising, http://www.surveyhistory.org/surveyors_in_advertising1.htm

Surveyors in advertising, http://www.surveyhistory.org/surveyors_in_advertising1.htm

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#12 - NEL CINEMA

Il teodolite e il tacheometro sono strumenti molto presenti nel mondo cinematografico, soprattutto all'interno di film riguardanti la rilevazione topografica, o in inglese surveying. 

Eccone alcuni qui di seguito:
  • Dersu Uzala, vincitore dell'Oscar per il miglior film in lingua straniera nel 1975 e capolavoro maturo del regista Akira Kurosawa. 

  • I predatori dell'arca perduta (Raiders of the Lost Ark), film del 1981 di Steven Spielberg, capostipite della tetralogia cinematografica di Indiana Jones.
  • Il petroliere (There Will Be Blood), film del 2007 diretto da Paul Thomas Anderson, con il premio oscar Daniel Day-Lewis.

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#11 - I COSTRUTTORI

In seguito alla costruzione del primo teodolite nel 1576, molti furono i costruttori che si distinsero in questo campo. Tra i nomi più in rilievo ricordiamo: i britannici Jesse Ramsden e Edward Troughton, i tedeschi Breithaupt, Utzschneider, Reichenbach e Fraunhofer e più tardi anche Edward Troughton e William Simms.
Tra le case costruttrici più importanti é invece da annoverare la Wild Heerbrugg, nota azienda svizzera che portò innovazioni nel design dello strumento e rimase per molto tempo leader nella costruzione di teodoliti; importanti anche le inglesi Cooke, Troughton & Simms e Hilger & Watts.
In tempi attuali, ad occuparsi della costruzione di stazioni totali (le moderne versioni dei teodoliti) e in generale di strumenti per la geodetica sono le note aziende: Leica Geosystems, Sokkia, Topcon, Trimble.


 
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#10 - I LIBRI

Libro: Surveying Instruments and Technology - 2017 by Leonid Nadolinets, Eugene Levin, Daulet Akhmedov


Libro: A Text Book of Theodolite Surveying and Levelling Hardcover – January 1, 1922
by James Park


Articolo scientifico: An eighteenth century travelling theodolite, Um teodolito viajante do século XVIII - 2016 by Isabel Malaquias



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#08 - I MATERIALI

Negli anni l’evoluzione delle tecniche di raccolta dati fu lenta e continua ma progredì con il miglioramento dei materiali e delle tecniche costruttive: il rame ed il legno lasciarono posto a metallo, ottone ed il più moderno vetro.

In generale un moderno teodolite (e tacheometro) é realizzato in: 

  • metallo, per quanto riguarda il basamento, i cerchi graduati e l'alidada e la livella:
  • vetro, per quanto riguarda le due lenti convergenti del cannocchiale.


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#09 - GLI INVENTORI

Analizzato il funzionamento del teodolite, é il momento di scoprire chi fu ad inventarlo.

Come già accennato, le origini del teodolite sono parecchio misteriose; infatti, i primi strumenti utilizzati per misurare i meridiani pare siano da collocare in medio oriente già nel medioevo. Tuttavia, il primo esemplare davvero simile all'attuale teodolite risale al 1576 ed é da attribuire a Joshua Habermel, costruttore tedesco di strumenti scientifici, quasi certamente da mettersi in relazione con il grande costruttore di strumenti scientifici praghese Erasmus Habermel (c. 1538-1606), con il quale é tuttavia sconosciuto l'eventuale grado di parentela. Documenti d’archivio indicano che fino al 1563 o poco dopo visse e lavorò a Buchholz, in Sassonia, poi a Straubing, dove costruì meridiane e altri strumenti per la corte bavarese a Monaco e per Guglielmo V di Baviera in particolare. Intorno al 1576 si stabilì a Ratisbona. Dal 1590, o prima, fu attivo a Praga, dove probabilmente lavorò nella bottega di Erasmus Habermel. Josua Habermel costruì dischi astrologici, compendi astronomici, strumenti topografici e meridiane. Si suppone che sia morto prima del 1600.
La versione di Habermel mancava ancora del telescopio, che fu inserito nel teodolite da Johnathon Sission nel 1725. 

Theodolite signed by Habermel, 1600
Museum of the History of Science, Oxford

Per quanto riguarda invece l'avvento del tacheometro bisogna far riferimento allo studioso e costruttore piemontese Ignazio Porro, il quale nel 1850 perfezionò il teodolite, ideando il cannocchiale distanziometrico anallattico, dai cui derivò appunto il moderno tacheometro.

Ignazio Porro (1801–1875), Italian inventor of optical instruments


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#07 - IL MITO

L’uomo è da sempre stato affascinato dai segreti che avvolgono la terra e la sua superficie.
Fin dall’antichità abbiamo testimonianze di questa ricerca, così antica e lontana che la scienza si mescolava con la mitologia.

Laddove gli strumenti di misurazione di allora  non arrivavano era Termine, epiteto del Dio Giove, che tracciava e vegliava distanze e confini.
Le sue origini risalgono all’epoca romana durante la quale possedeva anche una cappella innalzata in suo onore all'interno del tempio di Giove Ottimo Massimo sul Campidoglio.
Si narra che durante la costruzione del tempio le numerose divinità delle cappelle, che si trovavano sul luogo scelto, accettarono di ritirarsi per lasciare il posto al signore degli dei. Solamente il dio Termine si rifiutò di partire e si dovette includere la sua cappella all'interno del tempio. Dato però che la sua effigie doveva ergersi sotto il cielo, fu praticata una apertura sul tetto del tempio a suo uso esclusivo in modo che il dio potesse estendere il suo potere all'universo. Poiché il dio Termine era stato persino in grado di opporsi all'autorità di Giove, alcuni auguri predissero che i confini dello stato romano non sarebbero mai receduti.

Raffigurazione di Termine

https://it.wikipedia.org/wiki/Termine_(divinit%C3%A0)#:~:text=Termine%20


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#06 - IL SIMBOLO (2)

 

Land Perito Alberto de la Marmora 1820
Alberto Ferrero La Marmora ( or Della Marmora; 7 April 1789 - 18 March 1863 ) was an Italian soldier, naturalist and land surveyor. Journey to Sardinia 1819-1825


Cartography team at work using a theodolite surrounded by american indians - engraving illustration

Silhouette background illustration of a land surveyor.

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#06 - IL SIMBOLO (1)

 Ecco una serie di iconografie antiche e contemporanee del teodolite.

Graphometer, Theodolite, Compass and Leveling Telescope, Mathematical and Surveying Instruments Engraving Antique Illustration, Published 1851 - Illustrazioni stock



Vintage engraving from 1867 of a Theodolite, a precision instrument for measuring angles in the horizontal and vertical planes. Theodolites are mainly used for surveying applications.



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#05- IL PRINCIPIO FISICO

Dopo aver trattato l'ambito di applicazione dei nostri strumenti, passiamo ad analizzare il principio fisico secondo il quale lavorano.  

Il teodolite e il tacheometro in quanto strumenti di misura permettono di valutare e misurare gli angoli in maniera diretta. Al variare delle condizioni e dei parametri esterni, tali misure vengono ottenute confrontando i valori angolari (assunti come unità di misura) riportati su di un cerchio su cui è incisa una gradazione, anche detta lembo, ed un centro C della stessa.

La misura di un angolo sul terreno è resa più complicata rispetto ad uno studio su carta dal fatto che in questo caso non sono visibili le semirette che lo formano. Nonostante ciò la misurazione e il principio fisico che la governa sono i medesimi.

Innanzitutto è opportuno definire due diverse tipologie di angoli:

  • l'angolo orizzontale, anche definito come angolo diedro, è l’angolo misurato su un piano orizzontale su cui è collocato il cerchio orizzontale, formato da due piani verticali (la cui traccia passa per il vertice) e contenente le due semirette dell’angolo. In topografia sono gli angoli più importanti e più usati;
  • l’angolo zenitale, invece, è l’angolo misurato su un piano verticale, che viene a formarsi tra la verticale (asse generale del nostro strumento) e la direzione della linea di mira del collimatore.

A questo punto tutto ciò che è necessario fare è porre in coincidenza il vertice S dell’angolo da misurare (intersezione delle semirette che formano l’angolo) con il centro C della graduazione riportata sul rapportatore. Si possono riscontrare due situazioni:

  • Quando l’origine della graduazione (0°) è esterna alle due semirette che definiscono l’angolo α, poiché la graduazione del cerchio è destrorsa (la sua numerazione procede in senso orario,) l’angolo α verrà fornito dalla differenza delle letture eseguite alla graduazione in corrispondenza delle due semirette: α = LB - LA;
  • Quando l’origine della graduazione (0°) è compresa tra le due semirette che definiscono l’angolo α, dunque con LB < LA, l’angolo α viene fornito dalla relazione precedente con l’aggiunta di un angolo giro: α = LB - LA + 360°
Infine la misura dell’angolo a può avvenire disponendo il cerchio graduato in modo da far coincidere il lato SA con l’origine della graduazione. In questo caso particolare l’angolo α coincide con il valore letto sulla graduazione in corrispondenza del lato SB, dunque: α = LB

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#04 - LA SCIENZA

É arrivato adesso il momento di inquadrare il teodolite e il tacheometro all'interno dell'ambito scientifico in cui vengono utilizzati: la geodesia.

La geodesia é una branca della topografia, la scienza che ha come scopo la determinazione e la rappresentazione metrica della superficie fisica della terra, detta anche superficie topografica.
Il suo nome deriva dal greco γεωδαισία, parola composta da γῆ «terra» e tema di δαίω «dividere». Originariamente, la geodesia era infatti l'arte di "dividere i terreni", mentre oggi si é affermata come la scienza che studia le forme e le dimensioni della terra, oltre che il suo campo gravitazionale. In base ai metodi utilizzati, si può distinguere: geodesia geometrica, geodesia teoretica/dinamica, geodesia gravimetrica, geodesia astronomica e geodesia spaziale. 
Il teodolite e il tacheometro operano all'interno della geodesia geometrica, disciplina dalle origini antichissime: già nel IV sec. a.C. si eseguirono le prime misurazioni di archi di meridiano di cui si hanno notizie certe. In seguito, perfezionando i metodi utilizzati, si riuscirono ad ottenere risultati dal valore scientifico sempre maggiore, citando ad esempio Posidonio che nel III secolo a.C. riuscì ad approssimare la circonferenza terrestre a 240.000 stadi olimpici, pari a 44.400 km. Bisogna giungere fino al 17° sec. per osservare la nascita della moderna geodesia geometrica con l'introduzione del metodo della triangolazione e della geodetica per la misurazione degli archi di meridiano e di parallelo terrestri. Un ulteriore perfezionamento di tale disciplina provenne dall'applicazione del cannocchiale. L'evoluzione finale della geodesia geometrica si ha, infine, con l'introduzione della trilaterazione al posto della triangolazione, avvenuta negli anni 1960 con l'avvento di geodimetri, tellurometri ed altri strumenti.

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