ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΕΡΕΥΝΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΛΥΣΕΩΝ ΣΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΔΑΣΙΚΩΝ ΔΡΟΜΩΝ ΣΤΟΓΙΑΝΝΟΥ ΓΡΗΓΟΡΗΣ ΤΕΧΝ. ΔΑΣΟΠΟΝΟΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΔΑΣΟΛΟΓΙΑΣ & ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΔΑΣΟΝΟΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΥΔΡΟΝΟΜΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ & ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΕΡΕΥΝΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΛΥΣΕΩΝ ΣΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΔΑΣΙΚΩΝ ΔΡΟΜΩΝ ΣΤΟΓΙΑΝΝΟΥ ΓΡΗΓΟΡΗΣ ΤΕΧΝ. ΔΑΣΟΠΟΝΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2009

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ-ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών της Σχολής Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος κατά την περίοδο Από τη θέση αυτή θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Διευθυντή του Εργαστηρίου Μηχανικών Επιστημών και Τοπογραφίας Καθηγητή κ. Κοσμά Δούκα, καθώς και τον επιβλέποντα καθηγητή κ. Κωνσταντίνο Καραγιάννη για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε με την ανάθεση αυτής της εργασίας και τις πολύτιμες συμβουλές του καθ όλη την διάρκεια εκπόνησης της. Ευχαριστώ επίσης τα μέλη της τριμελούς επιτροπής Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Παναγιώτη Εσκίογλου, και τον Επίκουρο Καθηγητή κ. Παναγιώτη Λεφάκη για τις πολύτιμες υποδείξεις και διορθώσεις τους, με σκοπό την βελτίωση της παρούσας εργασίας. Θερμές ευχαριστίες αξίζουν και στο προσωπικό του εργαστηρίου για την ηθική τους συμπαράσταση και την παροχή κάθε δυνατής βοήθειας για την ολοκλήρωση αυτής της εργασίας. Ιδιαίτερα θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Επίκουρο καθηγητή κ. Βασίλειο Γιαννούλα τους φίλους μου Καραντζίδη Νικόλαο και Μπασιάνα Γεώργιο για την ηθική συμπαράσταση και βοήθεια που μου προσέφεραν τα τρία αυτά χρόνια. Τέλος, επιθυμώ να εκφράσω τη μεγάλη ευγνωμοσύνη μου στην οικογένεια μου για την αμέριστη ηθική και υλική συμπαράστασή της. σελ. 2

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η δασική οδοποιία συμβάλει ουσιαστικά στην προσπάθεια της ολοκληρωτικής διανοίξεως του ορεινού και δασικού χώρου, αντιμετωπίζει αποτελεσματικά και εποικοδομητικά τα δύσκολα προβλήματα της με την εφαρμογή νέων μεθόδων και σύγχρονων μηχανικών και αποτελεί σήμερα μία από τις μεγαλύτερες δραστηριότητες από τεχνική και οικονομική άποψη. Στην εργασία αυτή διερευνάται η χρησιμοποίηση και η συμβολή σύγχρονων μεθόδων που χρησιμοποιούνται στην τοπογραφία (AUTOCAD,Ψ.Μ.Ε., GPS, GIS, )για μία ουσιαστική βελτίωση στην ποιότητα των διαδικασιών λήψης στοιχείων υπαίθρου κατά την χάραξη δασικού δρόμου. Ερευνούνται επίσης κατά πόσο είναι ασφαλή και εφαρμόσιμα τα αποτελέσματα τους, κατά την λήψη στοιχείων υπαίθρου στα διάφορα στάδια μελέτης μιας οδού, σε σύγκριση με τις κλασικές μεθόδους. Σκοπός της διατριβής είναι η έρευνα εφαρμογής κλασικών και σύγχρονων μεθόδων για την σύνταξη της μελέτης δασικών δρόμων. σελ. 3

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Εισαγωγή Γενικά Ιστορική εξέλιξη της κατασκευής των δασικών δρόμων Χαρακτηριστικά του δασικού δρόμου Χαρακτηριστικά στοιχεία των κατηγοριών των δασικών δρόμων Μεταβλητές διαμόρφωσης της διατομής Αναλυτικός καθορισμός του είδους και των μεγεθών της διατομής Χάραξη δασικού δρόμου Καθορισμός της πορείας του άξονα του δασικού δρόμου Προεργασίες για τη σύνταξη της μελέτης Με τις κλασσικές μεθόδους Με Η/Υ Πορεία αναζήτησης της άριστης ερυθράς Κλασσικές και σύγχρονες εναλλακτικές λύσεις για την μελέτη χάραξης δασικών δρόμων Κλασσικές μέθοδοι Πυξίδα Θεοδόλιχος Σύγχρονες μέθοδοι Γεωδαιτικός σταθµός Γεωγραφικά Συστήµατα Πληροφοριών (GIS) Το σχεδιαστικό πρόγραμμα AutoCAD Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους GPS ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ Περιοχές έρευνας...46 σελ. 4

5 3.2 Υλικά Μέθοδοι Μέθοδος δημιουργίας Ψ.Μ.Ε Μέθοδος χρήσης GPS Μέθοδος χάραξης δρόμου με το AutoCAD Μέθοδος σύνταξης προγράμματος Η/Υ για την μέτρηση των όγκων εκχωμάτων Υπολογισμός των στοιχείων των κατά πλάτος τομών χωρίς τη χάραξη της κατά μήκος τομής Σύνταξη προγράμματος Η/Υ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Αποτελέσματα για τη δημιουργία ΨΜΕ Δασοτεxvικά έργα Διάνοιξη δρόμων Χάραξη δρόµων Σχεδιαστικές εφαρμογές Αποτελέσματα χρήσης GPS Αποτελέσματα προγράμματος Η/Υ για την μέτρηση των όγκων εκχωμάτων Αποτελέσματα του σχεδιαστικού προγράμματος AutoCAD ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ 80 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ σελ. 5

6 1. Εισαγωγή 1.1 Γενικά Ορισμός: Δασικός δρόμος ή δασόδρομος είναι μια τεχνητή λωρίδα εδάφους, η οποία έχει διαμορφωθεί κατάλληλα από άποψη γεωμετρικών στοιχείων και ποιότητας του καταστρώματος, ώστε να εξυπηρετεί τόσο τις απαιτήσεις των χρηστών (ανθρώπων και οχημάτων) για την εκμετάλλευση, την προστασία, την κάρπωση των οικονομικών και κοινωνικών αποδόσεων του δάσους, όσο και τις απαιτήσεις του φυσικού περιβάλλοντος. Η δασική οδοποιία είναι ένας ειδικός κλάδος της οδοποιίας, η οποία ασχολείται με αντικείμενα της οδοποιίας, τα οποία εμφανίζονται ή δημιουργούνται από την ανάγκη της ανάπτυξης και αξιοποίησης των δασών καθώς και της προστασίας τους. Σκοπός της δασικής οδοποιίας είναι να δημιουργεί καλύτερες προϋποθέσεις για την προστασία του δάσους και για την κάρπωση των οικονομικών και κοινωνικών αποδόσεών του. Αντικείμενο της δασικής οδοποιίας είναι η μελέτη των αρχών και μεθόδων που απαιτούνται για το σχεδιασμό, τη χάραξη, την κατασκευή, την προστασία και αποκατάσταση του φυσικού περιβάλλοντος. Διάνοιξη περιοχής ονομάζεται το σύνολο εργασιών που εκτελούνται σε συγκεκριμένο χώρο με σκοπό να δημιουργηθούν οι κατάλληλες προϋποθέσεις και εγκαταστάσεις (δρόμοι κ.λ.π.) για την εξασφάλιση της επικοινωνίας και σύνδεσης μεταξύ περιοχών, τόπων, οικισμών, δασοσυστάδων κ.λ.π. Διάνοιξη του δάσους είναι ο συνδυασμός φυσικών ή τεχνητών εγκαταστάσεων (μέσα διάνοιξης) που ικανοποιούν τις απαιτήσεις της ορθολογικής εκμετάλλευσης και της ασφαλέστερης προστασίας των δασών καθώς και της κάρπωσης, μετακίνησης και αξιοποίησης του ξύλου από τεχνική και οικονομική άποψη. σελ. 6

7 Τα είδη διάνοιξης διακρίνονται ανάλογα με τα μέσα διάνοιξης που χρησιμοποιούνται σε μία περιοχή, στις εξής κατηγορίες(καραγιάννης Κ.2004) 1. Βασική ή αδρομερής διάνοιξη (μέσα διάνοιξης : δρόμοι) Όλοι οι δρόμοι που εξυπηρετούν μια δασική περιοχή αποτελούν το σκελετό της δασικής διάνοιξης και μπορεί να χαρακτηριστούν ως η αδρομερής διάνοιξη του δάσους. Στους δρόμους αυτούς ανήκουν όλες οι κατηγορίες δρόμων που έχουν σταθεροποιημένο κατάστρωμα και επιτρέπουν μια μόνιμη βατότητα (κυκλοφορία) στα φορτηγά οχήματα. 2. Λεπτομερής ή λεπτοφυής διάνοιξη, (μέσα διάνοιξης: ελκυστόδρομοι, σύρτες, συρτόδρομοι, σχοινιοεγκαταστάσεις κ.λ.π.). Δρόμοι, οι οποίοι παρουσιάζουν εδαφική βατότητα στα οχήματα, π.χ. χωματόδρομοι και δρόμοι μετατόπισης, συνθέτουν τη λεπτομερή ή λεπτοφυή διάνοιξη του δάσους. Η λεπτοφυής διάνοιξη δημιουργεί τις γραμμές συνδέσεως μεταξύ των διαφόρων δρόμων και των μεμονωμένων επιμέρους επιφανειών και των συστάδων. Στις πολύ επικλινείς και απόκρημνες δασοπεριοχές προσφέρουν βοήθεια στη λεπτοφυή διάνοιξη και διάφορες σχοινιοεγκαταστάσεις. Με τον όρο διάνοιξη του δάσους εννοούμε το σύνολο των εργασιών που περιλαμβάνουν: α. Το σχεδιασμό της διάνοιξης του δάσους, ο οποίος χρησιμοποιεί ως μέσα διάνοιξης κυρίως τα δίκτυα δασικών δρόμων και δευτερευόντως άλλα μέσα ή συνδυασμό αυτών β. Τη μελέτη χάραξης και κατασκευής των μεμονωμένων δασικών δρόμων καθώς και τη μελέτη των περιβαλλοντικών επιπτώσεων γ. Την κατασκευή των μεμονωμένων δασικών δρόμων δ. Τη μελέτη συντήρησης του οδικού δικτύου. Με το σχεδιασμό της διάνοιξης προσδιορίζονται οι οδηγήτριες γραμμές ή η κατεύθυνση των χαράξεων με πολλές εναλλακτικές λύσεις, ύστερα από επισταμένη μελέτη πολλών παραγόντων και συνθηκών που επηρεάζουν τη διάνοιξη ή επηρεάζονται από αυτήν, όπως π.χ. το φυσικό περιβάλλον και η εκμετάλλευση του δάσους, η ανάπτυξη των δασικών περιοχών κ.λ.π. και εκλέγεται η καλύτερη εναλλακτική λύση. (Ο όρος σχεδιασμός της διάνοιξης και γενικός σχεδιασμός της διάνοιξης είναι ταυτόσημοι. Ολοκληρωτικός σχεδιασμός είναι ο σχεδιασμός της σελ. 7

8 διάνοιξης, κατά τον οποίο διανοίγονται γεωργικές, λιβαδικές και κ.λ.π. εκτάσεις). Με τη μελέτη της χάραξης και της κατασκευής των μεμονωμένων δασικών δρόμων αναζητείται και καθορίζεται η ισοκλινής γραμμή και ο άξονας του δασικού δρόμου στο έδαφος με λεπτομέρεια και με μοναδική επιδίωξη την οικονομικοτεχνική κατασκευή και την ικανοποίηση των απαιτήσεων τόσο της δασικής εκμετάλλευσης όσο και του φυσικού περιβάλλοντος 1.2 Ιστορική εξέλιξη της κατασκευής των δασικών δρόμων Κατά την πορεία της άσκησης της δασικής πολιτικής διακρίθηκαν οι παρακάτω περίοδοι εξέλιξης της κατασκευής των δασικών δρόμων. Περίοδος Άγονη περίοδος. Κατασκευάστηκαν μόνο καρόδρομοι Περίοδος Κατασκευάστηκαν δασικοί δρόμοι για τη σύνδεση δασών Περίοδος Κατασκευάστηκαν 200 χλμ. δασικοί δρόμοι διάνοιξης Περίοδος Κατασκευάστηκαν 307 χλμ. δασικοί δρόμοι σε έκταση εκτάρια (ha) Περίοδος Κατασκευάστηκαν 2532 χλμ. δασικοί δρόμοι Περίοδος Κατασκευάστηκαν 5618 χλμ. δασικοί δρόμοι Περίοδος Κατασκευάστηκαν 7577 χλμ. δασικοί δρόμοι Περίοδος Κατασκευάστηκαν χλμ. δασικοί δρόμοι Χαρακτηριστικά του δασικού δρόμου Ο δασικός δρόμος είναι μια μόνιμη εγκατάσταση και αποτελεί μέσο διάνοιξης της βασικής διάνοιξης Ο δασικός δρόμος ή το σύνολο των δασικών δρόμων (δίκτυο δασικών δρόμων), όταν στοχεύει στην εκμετάλλευση, καλλιέργεια και προστασία του δάσους, διανοίγει επιφάνειας (οριζόντια λειτουργικότητα), (διαφορά σελ. 8

9 από το επαρχιακό δίκτυο). Στην περίπτωση αυτή ισχύει ο όρος οδική πυκνότητα (μέτρα ανά εκτάριο) Ο δασικός δρόμος, όταν στοχεύει αποκλειστικά στην εξυπηρέτηση έργων υδρομάστευσης, ορεινής υδρονομικής, εγκαταστάσεων λιβαδιών, οικισμών κ.λ.π., συνδέει σημεία (Α,Β) (κάθετη λειτουργικότητα) και όχι επιφάνειες. Στην περίπτωση αυτή δεν ισχύει ο όρος οδική πυκνότητα (μέτρα ανά εκτάριο) Ο κυκλοφοριακός φόρτος στους δασικούς δρόμους είναι μικρός, επομένως δικαιολογούνται δασικοί δρόμοι με μία λωρίδα κυκλοφορίας, με προϋπόθεση να προβλεφθούν ανάλογες θέσεις διαπλάτυνσης για τη διασταύρωση και επιστροφή των οχημάτων. Επί των δασικών δρόμων μεταφέρονται μεγάλα φορτία, επομένως απαιτείται μεν σταθερή υπόβαση και βάση αυτών, αλλά όχι μεγάλη πολυτέλεια. Οι δασικοί δρόμοι προϋποθέτουν καλή προσαρμογή στο ανάγλυφο του εδάφους και μικρό εύρος κατάληψης. Αποτελέσματα: - Μείωση των ζημιών στο φυσικό περιβάλλον (συμβατότητα στο φυσικό περιβάλλον) - Ελαχιστοποίηση του κόστους κατασκευής (μείωση των όγκων των εκχωμάτων και επιχωμάτων, μείωση των τεχνικών έργων) - Διευκόλυνση των δασικών εργασιών (μετατόπιση του ξύλου, συγκέντρωση και φόρτωση αυτού λόγω εύκολης εισόδου και εξόδου και καλής επικοινωνίας) - Αύξηση του αριθμού των οριζόντιων γωνιών ανά χιλιόμετρο (μέσος αριθμός γωνίες ανά χιλιόμετρο) - Εφαρμογή μικρών ακτίνων καμπυλότητας και κίνηση οχημάτων με μικρές ταχύτητες Χαρακτηριστικά στοιχεία των κατηγοριών των δασικών δρόμων Η ταξινόμηση των δασικών δρόμων σε κατηγορίες, οι σκοποί, τους οποίους πρόκειται να εκπληρώσουν και τα τεχνικά στοιχεία τους σελ. 9

10 καθορίστηκαν σύμφωνα με την /1739/ απόφαση του Υπουργείου Γεωργίας "Περί εγκρίσεως γενικής συγγραφής υποχρεώσεων εκπονήσεως μελετών δασικών μεταφορικών εγκαταστάσεων", όπως τροποποιήθηκε με τις υπ' αριθ /2281/ και 92833/46679/ αποφάσεις του Υπουργείου Γεωργίας σε ότι αφορά τις διακρίσεις (ταξινόμηση) των κατηγοριών και τα τεχνικά στοιχεία των δασικών δρόμων. Ο σκοπός των διαφόρων κατηγοριών των δασικών δρόμων είναι: Δασικοί δρόμοι Α' κατηγορίας: Συνδέουν τους επαρχιακούς ή εθνικούς δρόμους με τα δασικά συμπλέγματα ή με πολύξυλα τμήματά τους ή τις λεκάνες των υπό διευθέτηση χειμάρρων ή τις μεγάλες μονάδες των υπό διαχείριση βοσκοτόπων ή μεγάλες δασικές εκτάσεις που πρόκειται να αναδασωθούν. Συνδέουν δασόβια και παραδασόβια χωριά με επαρχιακούς ή εθνικούς δρόμους ή με άλλους δασικούς δρόμους Α' κατηγορίας. Χρησιμοποιούνται συνεχώς και για όλη τη διάρκεια τους έτους. Δασικοί δρόμοι Β' κατηγορίας: Συνδέουν δασικούς δρόμους Α' κατηγορίες ή επαρχιακούς ή εθνικούς δρόμους με τα δασικά τμήματα ή τις συστάδες, όπως διαχωρίζονται από τη δασοπονική μελέτη διαχείρισης κάθε δάσους ή τις υπολεκάνες των χειμάρρων ή τις περιοχές συγκροτημάτων έργων ή τα τμήματα βοσκοτόπων και τις δασικές εκτάσεις που πρόκειται να αναδασωθούν. Χρησιμοποιούνται κατά το ½ τουλάχιστον του χρόνου περιφοράς προκειμένου να εξυπηρετήσουν μοναδικά τη μεταφορά δασικών προϊόντων ή σε επανειλημμένες συνεχείς χρονικές περιόδους όχι μικρότερες των 5 ετών κάθε μία και σε μία 20ετία τουλάχιστον, προκειμένου να εξυπηρετήσουν την εκτέλεση δασοτεχνικών έργων, αναδασώσεων και διαχείριση βοσκοτόπων. Συνδέουν μεμονωμένα δασόβια και παραδασόβια χωριά με άλλους δασικούς ή επαρχιακούς εθνικούς δρόμους. Δασικοί δρόμοι Γ' κατηγορίας: Συνδέουν μεμονωμένες συστάδες ή χώρους συγκέντρωσης δασικών προϊόντων ή θέσεις μεμονωμένων πάσης φύσεως δασοτεχνικών έργων και τέλος μικρές εκτάσεις που πρόκειται να αναδασωθούν με τους δασικούς δρόμους Α' και Β' κατηγορίας. Χρησιμοποιούνται εποχιακά. σελ. 10

11 Τρακτερόδρομοι ή ελκυστόδρομοι: Συνδέουν το χώρο του υλοτομίου με τον πλησιέστερο δασικό δρόμο ή με τις κορμοπλατείες και εξυπηρετούν τη μετατόπιση του ξύλου. Είναι δρόμοι που χρησιμοποιούνται για την κίνηση κυρίως ελκυστήρων και εν μέρει ζώων έλξεως ή φόρτου. Χρησιμοποιούνται μόνο κατά το έτος υλοτομίας και έπειτα εγκαταλείπονται. Τα τεχνικά και κατασκευαστικά στοιχεία δασικών δρόμων Α', Β' και Γ' κατηγορίας καθώς και των τρακτεροδρόμων φαίνονται στον πίνακας Μεταβλητές διαμόρφωσης της διατομής Η διατομή των δασικών δρόμων μπορεί να είναι μικτή, σε όρυγμα (έκχωμα) ή σε επίχωμα. Στην διαμόρφωση αυτή της διατομής συμβάλλουν οι παρακάτω μεταβλητές. Η εγκάρσια κλίση του εδάφους σελ. 11

12 Η υψομετρική διαφορά (ερυθρό ύψος) ΔΗ εδάφους (Η εδ ) και δασικού δρόμου (ερυθράς γραμμής) (Η δρ ) δηλαδή ΔΗ = Η εδ Η δρ Το πλάτος του καταστρώματος και της τάφρου (πλάτος κατασκευής) Η κλίση των πρανών ορύγματος (εκχώματος) και επιχώματος. Με τη βοήθεια των παραπάνω μεταβλητών μπορούμε να προσδιορίσουμε το είδος της διατομής και να υπολογίσουμε τόσο τα βασικά στοιχεία (μεγέθη) της διατομής, όσο και τα βοηθητικά τους. Τα βασικά μεγέθη της διατομής επηρεάζουν την καταλληλότητα και την οικονομικότητα του δασικού δρόμου και είναι οι όγκοι των ορυγμάτων (εκχωμάτων) και των επιχωμάτων, το εύρος κατάληψης του δασικού δρόμου, το κεκλιμένο μήκος των πρανών (εκχώματος και επιχώματος), το ύψος των πρανών (εκχώματος και επιχώματος), το πλάτος του δασικού δρόμου σε έκχωμα και επίχωμα. Τα βοηθητικά στοιχεία (μεγέθη) της κατά πλάτος τομής μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξασφάλιση (πασσάλωση) της διατομής του δασικού δρόμου στο έδαφος και είναι τα εξής: Το κεκλιμένο μήκος του εύρους κατάληψης τόσο του εκχώματος, όσο και του επιχώματος, (προσδιορίζει την κορυφή και τον πόδα της διατομής αντίστοιχα). Το οριζόντιο και το κεκλιμένο μήκος από τον άξονα (πάσσαλο) της διατομής μέχρι του σημείου τομής της επιφάνειας του εδάφους και του καταστρώματος (προσδιορίζει το σημείο τομής εκχώματος και επιχώματος). Ο καθορισμός της διατομής και ο υπολογισμός των μεγεθών της είναι δυνατό να γίνει από στοιχεία εδάφους και της κατά μήκος τομής κατόπιν σχεδίασης αυτής με ορισμένη κλίμακα (γραφικός υπολογισμός), καθώς και χωρίς τη σχεδίαση της κατά πλάτος τομής (αναλυτικός υπολογισμός). Ο γραφικός υπολογισμός είναι η κλασσική μέθοδος σχεδίασης και υπολογισμού των στοιχείων των κατά πλάτος τομών. Ο αναλυτικός σχεδιασμός με τη δημιουργία προγράμματος Η/Υ καθιστά σύντομη και οικονομική τη μελέτη του δασικού δρόμου σελ. 12

13 1.6. Αναλυτικός καθορισμός του είδους και των μεγεθών της διατομής Προϋπόθεση για τον υπολογισμό των στοιχείων μιας κατά πλάτος τομής είναι ο καθορισμός του είδους αυτής, εάν δηλαδή είναι μικτή, σε έκχωμα ή σε επίχωμα. Ο καθορισμός αυτός επιτυγχάνεται με τον υπολογισμό του ερυθρού ύψους (ΔΗ) και του οριακού ερυθρού ύψους (ΔΗ ο ). (Καραγιάννης Κ.2004) Το ερυθρό ύψος (ΔΗ) ή υψομετρική διαφορά δασικού δρόμου και εδάφους είναι η διαφορά του υψομέτρου του δασικού δρόμου (Η δρ ) από το υψόμετρο του εδάφους (Η εδ ) για κάθε συγκεκριμένη κατά πλάτος τομή (ΔΗ = Η εδ - Η δρ ). Έτσι για αρνητική τιμή του ερυθρού ύψους (ΔΗ) προκύπτει επίχωμα στην κατά μήκος τομή του δασικού δρόμου, δηλαδή Η εδ Η δρ = ΔΗ < 0 με Η δρ > Η εδ. Αντίθετα για θετική τιμή του ΔΗ προκύπτει έκχωμα στην κατά μήκος τομή, δηλαδή Η εδ Η δρ = ΔΗ > 0 με Η δρ < Η εδ. Το οριακό ερυθρό ύψος (ΔΗ Ο ) είναι το ερυθρό ύψος (ΔΗ) από το μέσο του πλάτους του καταστρώματος της διατομής και του αντίστοιχου σημείου του εδάφους, από την τιμή του οποίου η διατομή διαμορφώνεται σε πλήρες έκχωμα (όρυγμα) ή σε πλήρες επίχωμα. Το μέγεθος του οριακού ερυθρού ύψους είναι σταθερό για ορισμένο πλάτος καταστρώματος και ορισμένη μέγιστη κλίση του εδάφους (πίν. 1). Ο υπολογισμός του οριακού ερυθρού ύψους γίνεται με την παρακάτω σχέση και σχήμα 1: ΔΗ ορ = εφα. b k /2 όπου: ΔΗ ορ = Οριακό ερυθρό ύψος σελ. 13

14 b k = Κατάστρωμα δασικού δρόμου α = Γωνία κλίσης πλαγιάς σε βαθμούς. Με βάση τη σχέση υπολογισμού του οριακού ερυθρού ύψους υπολογίστηκαν τα οριακά ερυθρά ύψη, που δείχνονται στον πίνακα1, για συγκεκριμένη εγκάρσια κλίση πλαγιάς και συγκεκριμένο πλάτος καταστρώματος. Τα μεγέθη του πίνακα 2, εκτός από τον καθορισμό του είδους της διατομής, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη μηκοτομή του εδάφους κατά σελ. 14

15 την τοποθέτηση της ερυθράς, ώστε να προκύψουν διατομές σε έκχωμα στην περίπτωση μεγάλων εγκάρσιων κλίσεων του εδάφους. σελ. 15

16 Η τιμή του ερυθρού ύψους (ΔΗ) δηλαδή ΔΗ > 0 ή ΔΗ < 0 και η σχέση της απόλυτης τιμής του με την αντίστοιχη τιμή του οριακού ερυθρού ύψους (ΔΗ ο ), δηλαδή ΔΗ > ΔΗ ορ ή ΔΗ < ΔΗ ορ ή ΔΗ = ΔΗ ορ αποτελούν βασικές μεταβλητές για τον καθορισμό του είδους μιας κατά πλάτος τιμής. 1.7 Χάραξη δασικού δρόμου Γενικά Η χάραξη του δασικού δρόμου στοχεύει στη σύνδεση δύο κύριων σημείων Α και Τ (Α = αρχή και Τ = τέλος) ή και ενδιάμεσων υποχρεωτικών σημείων. (1, 2, 3, κλπ.) (σχ.2). Η ευθεία που συνδέει την αρχή (Α) και το τέλος (Τ) καλείται γενική κατεύθυνση της χάραξης. Οι ευθείες που ενώνουν την αρχή (Α) με τα υποχρεωτικά σημεία (1, 2, 3 κλπ.) καλείται γενική πορεία χάραξης. Η χάραξη θα ακολουθούσε τη γενική κατεύθυνση ή την γενική πορεία όταν το έδαφος ήταν πεδινό. Οι δασικοί δρόμοι όμως χαράσσονται σε ημιορεινές και ορεινές περιοχές, όπου τα εδάφη παρουσιάζουν εσοχές και προεξοχές και η σύνδεση των Α και Τ ή των Α, 1, 2, 3, και Τ απαιτεί την τοποθέτηση ενδιάμεσων σημείων (Κ 1, Κ 2, Κ 3, κλπ.) τα οποία επιλέγονται ανάλογα με την διαμόρφωση του εδάφους και αποτελούν τις κορυφές πολυγωνικής όδευσης (σχ.2). σελ. 16

17 Η πολυγωνική γραμμή που συνδέει διαδοχικά τα κύρια και τα επιλεγμένα ενδιάμεσα σημεία (Α, Κ 1, Κ 2, Κ 3..Τ) ή τα κύρια, τα ενδιάμεσα υποχρεωτικά και τα επιλεγόμενα ενδιάμεσα σημεία (Α, Κ 1,1, Κ 2, 2, Κ 3, Κ 4 3, κλπ. Τ) καλείται πορεία χάραξης. Η πορεία χάραξης αποτελεί τη βάση για την τοποθέτηση του άξονα του δασικού δρόμου σε οριζόντια προβολή. 1.8 Καθορισμός της πορείας του άξονα του δασικού δρόμου Ο καθορισμός του άξονα του δασικού δρόμου μπορεί να γίνει με τη βοήθεια τοπογραφικού διαγράμματος ή κατευθείαν στο έδαφος (σx..3). σελ. 17

18 σελ. 18

19 1.9 Προεργασίες για τη σύνταξη της μελέτης Με τις κλασσικές μεθόδους Τα στοιχεία εδάφους που έχουν καταχωρηθεί σε διάφορους πίνακες συγκεντρώνονται, ελέγχονται, διαμορφώνονται και καταχωρούνται σ ένα συγκεντρωτικό πίνακα στοιχείων Περιεχόμενα του συγκεντρωτικού πίνακα α. Στοιχεία άξονα (προ της κατασκευής) Αύξων αριθμός διατοµών Αποστάσεις από την αρχή των διατομών (L i ) Αποστάσεις μεταξύ των διατομών (ΔL= L i -L i-1 ) Υψόμετρα εδάφους των σημείων των κατά πλάτος τομών Η i = H i-1 + ΔΗ i -1,i Στοιχεία τόξων β. Στοιχεία πολυγωνικής Αύξων αριθμός των κορυφών Γωνίες κορυφών Αποστάσεις μεταξύ κορυφών Προεργασίες για τη σύνταξη της οριζοντιογραφίας (κλίμακα 1 : 1000) Πηγή στοιχείων: Πίνακας συγκεντρωτικός Πρόσθετα στοιχεία: Ρέματα, εξεσφάλιση κορυφών, συνδέσεις με δασικούς δρόμους κλπ. Περιεχόμενα της οριζοντιογραφίας: Άξονας δασικού δρόμου με κορυφές και ακτίνες καμπυλότητας, στοιχεία τόξων και πρόσθετα στοιχεία. Σημασία της οριζοντιογραφίας. Μικρή σημασία για τη σύνταξη της κατά μήκος τομής του άξονα (ερυθρά). Σπουδαία σημασία για τη σύνταξη των σελ. 19

20 τεχνικών έργων (οχετών), θέσεων διαπλάτυνσης, θέσεων ελιγμών και στοίβαξη ξύλου. Σημασία της οριζοντιογραφίας για τον προς κατασκευή δρόμο. Ιδιαίτερα σπουδαία για τον προσανατολισμό της κατασκευής. Προεργασίες για τη σύνταξη της κατά μήκος τομής του εδάφους Κλίμακα L., 1 : 1000, H, 1: 100) Πηγή στοιχείων: Πίνακας συγκεντρωτικός Περιεχόμενα: Υψομετρική πορεία του άξονα στο έδαφος (υψόμετρα σημείων κατά πλάτος τομών και αποστάσεις μεταξύ ή από την αρχή (άξονας προ της κατασκευής) Σημασία της κατά μήκος τομής του εδάφους: Σπουδαία για τη σύνταξη της κατά μήκος τομής του άξονα (ερυθράς) (άξονας μετά την κατασκευή) Σημασία της κατά μήκος τομής του εδάφους για τον προς κατασκευή δασικό δρόμο. Μοναδικής σημασίας για τις γνώσεις των κατά μήκος κλίσεων του άξονα. Προεργασίες για τη σύνταξη των κατά πλάτος τομών (κλίμακα L και H, 1:100) Πηγή στοιχείων: Πίνακας συγκεντρωτικός. Πίνακας εδάφους: στοιχεία εδάφους για κατά πλάτος τομές (εγκάρσια κλίση, κατάταξη εδαφών) Περιεχόμενα: Πορεία εδάφους εγκάρσια προς τον άξονα του δασικού δρόμου σε κάθε διατομή, πορεία γραμμής του σώματος του δασικού δρόμου. Σημασία των κατά πλάτος τομών: Σπουδαία σημασία για τη σύνταξη της κατά μήκος τομής του άξονα (ερυθράς) Σημασία των κατά πλάτος τομών για τον προς κατασκευή δασικό δρόμο: Σπουδαία σημασία για την διεξαγωγή της κατασκευής σελ. 20

21 Με Η/Υ 1 η Δυνατότητα Εισαγωγή τόσο των στοιχείων του συγκεντρωτικού πίνακα, όσο και των στοιχείων εδάφους που αφορούν τις κατά πλάτος τομές στον Η/Υ. 2 η Δυνατότητα Εισαγωγή των στοιχείων εδάφους σε φορητή συσκευή λήψης στοιχείων Άμεση μεταφορά των στοιχείων στον Η/Υ Πορεία αναζήτησης της άριστης ερυθράς. Πορεία αναζήτησης της άριστης ερυθράς σε ομαλά εδάφη (κλίση <60%) Αναζήτηση της άριστης ερυθράς σε ομαλά εδάφη με τις κλασσικές μεθόδους 1. Αναζήτηση της ερυθράς με δοκιμές λαμβάνοντας υπόψη την κλίση χάραξης της ισοκλινούς γραμμής και τις επιτρεπόμενες κλίσεις. 2. Υπολογισμός της κατά μήκος τομής. α. Στάδιο κλίσεων. β. Στάδιο συναρμογής κατακορύφων καμπυλών. γ. Στάδιο υψών ερυθράς και ερυθρού ύψους. 3. Σχεδίαση των κατά πλάτος τομών. 4. Υπολογισμός των χωματισμών. 5. Ισοφαρισμός των όγκων γίνεται σε μικρές αποστάσεις τότε 6. 5α. Δεν πραγματοποιείται ισοφαρισμός των όγκων σε μικρές αποστάσεις τότε 6α. 6. Σχεδίαση της κατά μήκος τομής ως και των κατά πλάτος τομών. 6α. Μετάθεση, αλλαγή σημείων θλάσης, πρόσθεση ή αφαίρεση. Επιστροφή στο (2). σελ. 21

22 Αναζήτηση της άριστης ερυθράς σε ομαλά εδάφη με τη χρήση Η/Υ 1. Αναζήτηση της ερυθράς με δοκιμές λαμβάνοντας υπόψη την κλίση χάραξης της ισοκλινούς γραμμής και τις επιτρεπόμενες κλίσεις, στην κατά μήκος τομή με την βοήθεια cursor και mouse (στην οθόνη η κατά μήκος τομή). 2. Ελέγχονται οι κλίσεις και οι αποστάσεις μεταξύ σημείων θλάσεως ή μεταβάλλεται η ερυθρά (στην οθόνη η κατά μήκος τομή). 3. Τοποθέτηση των κατακορύφων καμπυλών με cursor και mouse (στην οθόνη η κατά μήκος τομή). 4. Ορίζεται το σώμα του δασικού δρόμου για κάθε διατομή (στην οθόνη η κανονική διατομή). 5. Άποψη όλων των διατομών στην τελική μορφή τους (στην οθόνη οι διατομές), ενδεχομένως μεταβάλλεται εν μέρει η ερυθρά και η κανονική διατομή. 6. Εκτιμάται το διάγραμμα των όγκων (στην οθόνη σχεδιάζεται η καμπύλη των όγκων). 7. Ισοφαρισμός όγκων σε μικρές αποστάσεις τότε 8. 7α. Δεν πραγματοποιείται ισοφαρισμός όγκων σε μικρές αποστάσεις τότε 8α. 8. Σχεδιασμός κατά μήκος τομής και κατά πλάτος τομών. 8α. Μετάθεση, αλλαγή σημείων (θλάσεως, πρόσθεση ή αφαίρεση (στην οθόνη κατά μήκος τομή). Επιστροφή στο (5). Πορεία αναζήτησης της άριστης ερυθράς σε απότομα εδάφη (κλίση πλαγιάς>60%) Mε τις κλασσικές μεθόδους 1. Tοποθέτηση της μηκοτομής του εδάφους (εν ανάγκη και της μηκοτομής της μηδενικής γραμμής) στην κατά μήκος τομή. Με βάση την κλίση χάραξης, τις επιτρεπόμενες κατά μήκος κλίσεις και τα οριακά ερυθρά ύψη, τα οποία τοποθετούνται στην κατά μήκος τομή για κάθε σημείο διατομής, καθορίζονται τα σημεία θλάσης και τοποθετείται μια αρχική ερυθρά. σελ. 22

23 2. Έλεγχος των κλίσεων και των αποστάσεων μεταξύ των σημείων θλάσεως της ερυθράς [ανωφερείς και κατωφερείς κλίσεις εντός των ορίων, η απόσταση μεταξύ των κορυφών (σημεία θλάσης), τόση ώστε να μπορεί να τοποθετηθεί η ελάχιστη απόσταση συναρμογής των κατακορύφων καμπυλών] ενδεχόμενη αλλαγή της αρχικής τοποθέτησης της ερυθάς. 3. Μέτρηση των ερυθρών υψών και σχεδίαση των διατομών (με ενδεχόμενη διαπλάτυνση και εγκάρσια κλίση). 4. Έλεγχος των διατομών σε τμήματα ερυθράς που δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν (απαιτούνται πολλοί τοίχοι αντιστήριξης, ασταθή πρανή επιχωμάτων κλπ.). Ενδεχόμενη μερική αλλαγή της ερυθράς, επιστροφή στο (2). 5. Υπολογισμός της κατά μήκος τομής (ερυθράς). Στάδιο 1 ο Υπολογισμός των κλίσεων Στάδιο 2 ο Συναρμογή κατακορύφων καμπυλών Στάδιο 3 ο : Υπολογισμός ερυθρών υψών. 6. Σχεδίαση των κατά πλάτος τομών. 7. Υπολογισμός των εκχωμάτων και επιχωμάτων. 8. Δυνατότητα καλυτέρευσης του σώματος του δασικού δρόμου με εκτίμηση των εκχωμάτων και επιχωμάτων που υπολογίστηκαν, με αλλαγή της ερυθράς, του σχεδιασμού τοίχων αντιστήριξης ή με εξέταση της δυνατότητας μετάθεσης του άξονα. 9. Εάν το σώμα του δασικού δρόμου είναι ικανοποιητικό τότε γίνεται οριστική επεξεργασία του δασικού δρόμου (πίνακας χωματισμών, τιμολόγιο, προϋπολογισμός). 9α. Εάν το σώμα του δασικού δρόμου δεν είναι ικανοποιητικό τότε γίνεται μερική ή ολική αλλαγή της ερυθράς, εξέταση της δυνατότητας μετάθεσης του άξονα και επιστροφή στο στάδιο (5). σελ. 23

24 Πορεία αναζήτησης της άριστης ερυθράς σε απότομα εδάφη (κλίση πλάγιας > 60%) Mε Η/Υ 1. Τοποθέτηση της μηκοτομής του εδάφους (εν ανάγκη και της μηκοτομής της μηδενικής γραμμής) στην κατά μήκος τομή. Με βάση την κλίση χάραξης, τις επιτρεπόμενες κατά μήκος κλίσεις και τα οριακά ερυθρά ύψη (κρίσιμες κατά πλάτος τομές) καθορίζονται τα σημεία θλάσεως και τοποθετείται μια αρχική ερυθρά με cursor και mouse (στην οθόνη κατά μήκος τομή) 2. Έλεγχος των κλίσεων και των αποστάσεων μεταξύ των σημείων θλάσεως της ερυθράς, ενδεχόμενη αλλαγή της αρχικής τοποθέτησης της ερυθράς (στην οθόνη κατά μήκος τομή). 3. Συναρμογή των κατακορύφων καμπυλών με τον cursor (κέρσορα) και mouse (ποντίκι) (στην οθόνη κατά μήκος τομή). 4. Προσδιορισμός του σώματος του δασικού δρόμου (διατομές, τοίχοι αντιστήριξης) για κάθε διατομή (στην οθόνη κανονική διατομή). 5. Έλεγχος των διατομών σε τμήματα της ερυθράς που δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν, (πολλοί τοίχοι αντιστήριξης, ασταθή πρανή επιχωμάτων κλπ.) (στην οθόνη διατομές), ενδεχόμενη αλλαγή ερυθράς και κανονικής διατομής (στην οθόνη κατά μήκος τομή και κανονική διατομή). 6. Δυνατότητα καλυτέρευσης του σώματος του δασικού δρόμου με εκτίμηση του διαγράμματος κίνησης γαιών (στην οθόνη η γραμμή των όγκων). Με αλλαγή της ερυθράς, του σχεδιασμού τοίχων αντιστήριξης ή με εξέταση της δυνατότητας μετάθεσης του άξονα. 7. Για ικανοποιητικό σώμα του δασικού δρόμου γίνεται η οριστική επεξεργασία του δασικού δρόμου (πίνακας χωματισμών, προϋπολογισμός) 7α. Για μη ικανοποιητικό σώμα του δασικού δρόμου γίνεται μερική ή ολική αλλαγή της ερυθράς εξέτασης της δυνατότητας μετάθεσης του άξονα, επιστροφή στο στάδιο (5). σελ. 24

25 2 Κλασσικές και σύγχρονες Εναλλακτικές λύσεις για την μελέτη χάραξης δασικών δρόμων 2.1 Κλασσικές Μέθοδοι Πυξίδα Με τις πυξίδες μπορούµε να μετρήσουμε μαγνητικά αζιμούθια δηλαδή την δεξιόστροφη γωνία σε σχέση µε τον µαγνητικό βορρά. Για τη µέτρηση γωνίας διακρίνουµε δύο περιπτώσεις ανάλογα µε το όργανο που χρησιµοποιούµε: α. Όταν ο βόρειος πόλος της µαγνητικής βελόνας ταυτίζεται µε το µηδέν και η κλίµακα είναι δεξιόστροφη (Διοπτρικές πυξίδες): Γίνεται ανάγνωση της διεύθυνσης σκόπευσης. β. Όταν το µηδέν ταυτίζεται µε τη διεύθυνση σκόπευσης και η κλίµακα είναι αριστερόστροφη (Δασικές πυξίδες): Τότε η ανάγνωση γίνεται στο βόρειο πόλο της βελόνας.. Έτσι µετρώντας τα µαγνητικά αζιµούθια των πλευρών πού θέλουµε να µετρήσουµε βρίσκουµε την οριζόντια γωνία αφαιρώντας από την δεξιά σκόπευση την αριστερή ή την µεγαλύτερη από την µικρότερη. Στην περίπτωση που ο µαγνητικός βορράς τύχει ανάµεσα στις πλευρές της γωνίας που µετράµε (δηλαδή όταν η δεξιά σκόπευση είναι µικρότερη της αριστερής) τότε προσθέτουµε και 400 g ή 360 0, δηλαδή οριζόντια γωνία = δεξιά σκόπευση - αριστερά g (ή ). Οι πυξίδες είναι εύχρηστα όργανα για την αποτύπωση δασικών εκτάσεων και δίνουν ασφαλέστερες μετρήσεις σε σχέση με τον θεοδόλιχο, επειδή κάποιο τυχαίο σφάλμα στο αζιμούθιο m w προκαλεί παράλληλη μετατόπιση και όχι στροφή στο πολύγωνο της όδευσης, και αυτό γιατί κάθε μέτρηση είναι στην πυξίδα ανεξάρτητη της άλλης. Γι' αυτό σε δασικές εργασίες οι οδεύσεις με πλευρές μέχρι 25 m πλεονεκτούν από τεχνοοικονομική άποψη έναντι των οδεύσεων που μετρούνται με θεοδόλιχο. Ακόμη οι μετρήσεις του ενός μόνο αζιμουθίου σε κάθε κορυφή μίας πολυγωνικής γραμμής (μόνο προς τα εμπρός) ή μετρήσεις εμπρός και πίσω σε κάθε δεύτερη κορυφή, εξοικονομεί σημαντικό χρόνο. Η απόδοση της πυξίδας σε δασικό δρόμο δασωμένο στις δύο πλευρές σελ. 25

26 είναι τριπλάσια του ηλεκτρονικού θεοδόλιχου, όµως σε επαρχιακό δρόµο δασωµένο στη µια πλευρά η απόδοση του θεοδόλιχου είναι 1,5 φορά µεγαλύτερη. Οι µετρήσεις µε πυξίδα µειονεκτούν όµως, γιατί οι σκοπεύσεις αναφέρονται στον μαγνητικό βορρά (μεσημβρινό) σε αντίθεση µε τους χάρτες που αναφέρονται στον βορρά (μεσημβρινό) του χάρτη και στο ότι η διαφορά τους δηλ. η ολική μαγνητική απόκλιση και επομένως οι µετρήσεις είναι µεταβλητές όχι µόνο κατά τόπο αλλά και κατά χρόνο, τόσο ετήσια, όσο και ηµερήσια. Η ετήσια µεταβολή οφείλεται στις µαγνητικές δυνάµεις του εσωτερικού της γης, ενώ η ηµερήσια σε δυνάμεις, που οφείλονται εκτός γης. Εκτός τούτων η µαγνητική απόκλιση υπόκειται σε απότοµες μεταβολές από µεταλλικά αντικείµενα, ηλεκτροφόρα καλώδια υψηλής τάσης, περιφράξεις, οικοδομές, βουνά µε ορυκτό χαλκό, ή από άλλη πυξίδα, όταν βρίσκονται σε κοντινή απόσταση. Για τους παραπάνω λόγους η χρήση της πυξίδας είναι ανακριβής και είµαστε αναγκασµένοι να ελέγχουµε τις µετρήσεις εφόσον είναι δυνατό από τριγωνοµετρικά ή πολυγωνικά σηµεία µε γνωστές συντεταγµένες. Έτσι στην αποτύπωση π.χ, δικτύου δασικών δρόµων, µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε όργανο ακριβείας, όπως ο θεοδόλιχος στις βασικές οδεύσεις, απ' όπου θα εξαρτηθούν οδεύσεις πυξίδας. Οι οδεύσεις πυξίδας µετά τη διόρθωση της ολικής µαγνητικής απόκλισης και για µικρού µήκους οδεύσεις «1 Κm), µπορούν να δώσουν ικανοποιητική ακρίβεια Θεοδόλιχος Ο θεοδόλιχος είναι το συνηθέστερο και ακριβέστερο στην τοπογραφία όργανο μέτρησης οριζόντιων και κατακόρυφων γωνιών. Πλήν όμως σε σχέση με τα υπόλοιπα όργανα απαιτεί περισσότερο χρόνο προετοιμασίας του οργάνου πρίν από τη μέτρηση. σελ. 26

27 Οι σύγχρονοι θεοδόλιχοι, που έχουν στο σταυρόνημα δύο επιπλέον οριζόντια μικρά νήματα, με τη βοήθεια των οποίων είναι δυνατή η μέτρηση αποστάσεων, καλούνται ταχύμετρα. Ο θεοδόλιχος αποτελείται από; 1)Τον τρίποδα, ο οποίος έχει πόδια, των οποίων το μήκος μπορεί να αυξομειώνεται έτσι, ώστε ο παρατηρητής να φέρει το όργανο στο κατάλληλο για αυτόν ύψος, για να το χειρίζεται με ευχέρεια 2)Κυρίως όργανο το οποίο αποτελείται από το κάτω μέρος, που είναι σταθερό και το πάνω, που είναι κινητό και περιστρέφεται γύρω από ένα κατακόρυφο άξονα που λέγεται άξονας περιστροφής 3)Το τηλεσκόπιο είναι ένα οπτικό σύστημα, που χρησιμεύει για την παρατήρηση αντικειμένων που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση. 2.2 Σύγχρονες μέθοδοι Γεωδαιτικός σταθµός Ο γεωδαιτικός σταθµός είναι ο συνδιασµός των ηλεκτροµαγνητικών οργάνων µέτρησης µηκών (Ε.D.Μ.) και των ηλεκτρονικών θεοδολίχων, ώστε και οι δύο λειτουργίες να πραγµατοποιούνται από το ίδιο όργανο, που δεν ξεπερνά σε βάρος και όγκο ένα απλό θεοδόλιχο. Leica TC 805L σελ. 27

28 Στο συνδυασµό αυτό ενσωµατώνεται και ηλεκτρονικός υπολογιστής και έτσι είναι δυνατοί αυτόµατοι υπολογισµοί οριζόντιων αποστάσεων, υψοµετρικών διαφορών και συντεταγµένων, ενώ παράλληλα είναι δυνατή η αντιστοίχιση των τιµών αυτών σε κατάλληλα κωδικοποιημένα σηµεία, ώστε να υπάρχουν εκτός από τις γεωμετρικές, και ποιοτικές πληροφορίες (π.χ. όριο, φρύδι πρανούς, κορυφή όδευσης κλπ.) για το σηµείο µέτρησης. Όλες αυτές οι πληροφορίες καταχωρούνται σε µικρές καταγραφικές µονάδες που συνοδεύουν αυτού του είδους τα όργανα. Από τα παραπάνω προκύπτουν σαφώς τα πλεονεκτήµατα αυτών των οργάνων στις εργασίες υπαίθρου, αφού δεν αποµένει στο χρήστη παρά να κάνει σωστά τις µετρήσεις στάσης και να σκοπεύει, απαλλαγµένος από το μόνιμο κίνδυνο ύπαρξης χονδροειδών σφαλμάτων τόσο κατά την ανάγνωση όσο και κατά την καταγραφή των μετρήσεων. Φυσικό επακόλουθο είναι να μπορεί ο παρατηρητής να εργαστεί για περισσότερο διάστημα χωρίς κόπωση ενώ το συνεργείο μπορεί να μειωθεί κατά ένα άτομο καθώς ο γραφέας αντικαθίσταται από την καταγραφική μονάδα. Σε σχέση με τα προηγούμενα όργανα (Θεοδόλιχο και ΕDΜ) οι γεωδαιτικοί σταθμοί πλεονεκτούν στα παρακάτω σημεία (Σαββαΐδης και Μπαντέλλας 1988): Είναι πάντα δυνατή η σκόπευση σε δύο θέσεις τηλεσκοπίου. Δεν χρειάζονται αναγωγές στο γραφείο, αφού αυτές γίνονται αυτόματα κατά τη διάρκεια των μετρήσεων καθώς διαθέτουν ειδικά λογισμικά για την επίλυση συνθετότερων τοπογραφικών προβλημάτων στο πεδίο. Στις χαράξεις είναι δυνατός ο έλεγχος της τοποθέτησης των σημείων αυτόματα με την προϋπολογισμένη οριζόντια απόσταση, χωρίς να απαιτούνται άλλοι ιδιαίτεροι υπολογισμοί. Για την πλήρη εκμετάλευση των δυνατοτήτων των γεωδαιτικών σταθμών απαιτούνται κατάλληλα λογισμικά (παρέχονται από τις εταιρίες) για την αυτόματη μεταφορά των μετρήσεων και των άλλων πληροφοριών (π.χ. κωδικοί) σε ηλεκτρονικό υπολογιστή προκειμένου να πραγματοποιείται η τελική αξιοποίηση τους, είτε αυτή αφορά τη ψηφιακή σχεδίαση είτε τη χρήση σελ. 28

29 τους ως πρωτογενή χωρικά δεδομένα για τη υλοποίηση χωρικών αναλύσεων με Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών. Η μεταφορά των δεδομένων από τον γεωδαιτικό σταθμό Leica TC 805L σε Η/Υ πραγματοποιείτε μέσω καλωδίου που συνδέεται σε σειριακή θύρα και τη χρήση του αντίστοιχου TCTOOLS της Leica που συνοδεύει το όργανο. Τελικά προκύπτουν αρχεία κειμένου txt και εισάγονται ως σημειακά διανυσματικά δεδομένα στο ArcGIS με χρήση της εντολής Add ΧΥ data Γεωγραφικά Συστήµατα Πληροφοριών (GIS) Τις τελευταίες δεκαετίες η ανάπτυξη της τεχνολογίας και η µαζική παραγωγή χαρτογραφικών δεδοµένων, συνήθως πλέον σε ψηφιακή µορφή, είναι οι παράγοντες που οδήγησαν την επιστηµονική κοινότητα στη δηµιουργία συστηµάτων που τους αξιοποιούν επιτυγχάνοντας πολύπλοκες χωρικές λειτουργίες και αναλύσεις.. Ο όρος που χρησιµοποιείται σήµερα για τα συστήµατα αυτά είναι «Γεωγραφικά Συστήµατα Πληροφοριών «Geographic Information Systems». Ωστόσο συχνά στη σχετική επιστηµονική βιβλιογραφία παρατηρείται µια διαφοροποίηση στην ονοµατολογία των συστηµάτων αυτών ανάλογα µε τα δεδοµένα που αξιοποιούν και τις εφαρµογές που υλοποιούν. Ο Kraus (2000) χρησιµοποιεί την ακόλουθη κατηγοριοποίηση για το χαρακτηρισµό των παραπάνω συστηµάτων: i * Συστήµατα Πληροφοριών Γης (Landinformationssystem). Τα συστήµατα αυτά αποσκοπούν στη διαχείριση κτηµατολογικών πληροφοριών. * Συστήµατα Τοπογραφικών Πληροφοριών (Τopographisches Informationssystem). Αφορούν κυρίως στη θέση και γεωµετρία των φυσικών και τεχνητών σντικειµένων της Γης που αντιμετωπίζονται: ως ψηφιακά µοντέλα και δεν επιτρέπεται κανενός είδος γενίκευσή τους. * Γεωγραφικά Συστήµατα Πληροφοριών (Geographisches σελ. 29

30 Informationssystem). Εξετάζουν και αναλύουν τα φυσικά και τεχνητά αντικείµενα της Γης, δίνοντας βαρύτητα στη θεματική περιγραφική πληροφορία και εηιτρέπουν τη γενίκευση των δεδοµένων αυτών. Η τεχνολογία των ΓΣΠ θεωρείται στην σύγχρονη εποχή ως ένα από τα πιο χρήσιµα και διαδεδοµένα εργαλεία για τους δασολόγους στα πλαίσια άσκησης των επαγγελµατικών του δραστηριοτήτων (Bernard και Prisley 2005). Αυτό ισχύει καθώς η Δασοπονία αποτελεί παραδοσιακά ένα πεδίο λήψης αποφάσεων στο χώρο που εκτείνεται ένα δασικό οικοσύστημα. Οι περισσότερες αποφάσεις διαχείρισης είναι χωρικά προσανατολισμένες (π.χ. διάνοιξη νέων δρόµων, χωροθέτηση δασοτεχνικών έργων, καθορισµός συστάδων για υλοτοµία κ.α.) αλλά παράλληλα επηρεάζουν και καθορίζουν τον ίδιο το χώρο και τη σταθερότητα του δασικού οικοσυστήµατος. Οι Wing και Bettinger 2003 αναφέρουν ότι η πιο δαπανηρή εργασία στα πλαίσια µιάς εφαρµογής ΓΣΠ στη Δασοπονία είναι η συλλογή των δεδοµένων, είτε αυτή αφορά τη θέση και γεωµετρία χωρικών αντικειµένων, είτε τη συλλογή περιγραφικών χαρακτηριστικών και πληροφοριών των αντικειµένων αυτών. Στα κόστη συµπεριλαµβάνουν και αυτά που συνδέονται µε το σχεδιασµό, τον εξοπλισµό που θα χρησιµοποιηθεί, τις επισκέψεις στο πεδίο και την αρχική επεξεργασία των δεδοµένων για την εισαγωγή τους σε ένα ΓΣΠ. Οι εφαρµογές των ΓΣΠ ποικίλουν ευρέως ανάµεσα στους χρήστες και εκτείνονται από τη χαρτογράφηση µέχρι τη µοντελοποίηση εναλλακτικών πολιτικών και αποφάσεων που είναι δυνατό να επηρεάζουν χαρακτηριστικά ενός φυσικού τοπίου για διάρκεια που µπορεί να υπερβαίνει τα 100 χρόνια (Bettinger και Wing 2003). Οι ψηφιακές ορθοεικόνες (από Α/Φ ή από Δορυφόρο) αποτελούν κύρια πηγή χωρικών πληροφοριών για τα ΓΣΠ ιδιαίτερα για περιβαλλοντικές εφαρμογές που σχετίζονται με φυσικούς πόρους και μεγάλες σε έκταση περιοχές (Hinton 1996). Τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών χρησιμοποιούνται σε μεγάλο βαθμό στη δασοπονική πράξη. Από την εμφάνισή τους ακόμα στη δεκαετία του 1960, παρατηρήθηκαν οι πρώτες σχετικές εφαρμογές στην σελ. 30

31 Αμερική και στον Καναδά. Στις μέρες μας σε όλα τα ομόσπονδα κρατίδια της Γερμανίας, όι αρχές διαχείρισης των δασών χρησιμοποιούν το δικό τους Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών. Χαρακτηριστικό παραδείγματά είναι το FOGIS (Forstliches Geographisches Informationssystem) στη Βάδη-Βουτεμβέργη και το NIFIS (Niedersachsisches Forstliches Informationssystem) στη Κάτω Σαξονία. Τα συστήματα αυτά εκτός από την παραγωγή και διαχείριση ψηφιακών δασικών χαρτών είναι σε πολύ μεγαλύτερο βαθμό αποτελεσματικά «εργαλεία» που συμβάλλουν στην προστασία και στη σωστή διαχείριση των δασικών οικοσυστημάτων. Συνήθως τα δεδομένα αυτών των Γ.Σ.Π. έχουν ως σημείο αναφοράς τη συστάδα (Kurth 1994). Οι Doukas και Αkςa (1991) σημειώνουν τη συμβολή των Γ.Σ.Π. για την οργάνωση, βελτίωση και ολοκλήρωση του Δασικού Κτηματολογίου. Θεωρούν ότι ο διαχωρισμός των χρήσεων Γης πραγματοποιείται με αντικειμενικά κριτήρια που βασίζονται στις πληροφορίες και τα προϊόντα των Γ.Σ.Π. Ο Jager (1995) χρησιμοποιεί τα Γ.Σ.Π. για χωρικές αναλύσεις που αφορούν την οδοποιία και τη διάνοιξη του δάσους, σε συνδυασμό με Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους και αποτυπώσεις σημείων με γεωδαιτικό σταθμό. Οι λειτουργίες των ΓΣΠ που σχετίζονται άµεσα µε την εκτίµηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων αναφέρονται παρακάτω (Bachiller 2000) : * Αποθήκευση σηµαντικών ποσοτήτων πληροφοριών χωρικά προσδιορισµένων. * Αποδοτική απεικόνιση και παραγωγή υψηλής αισθητικής χαρτών που απεικονίζουν αυτές τις πληροφορίες. * Αλληλο-επίθεση χαρτών (map overlay) για τον προσδιορισµό και µέτρηση επικαλύψεων. * Συνδυασµός διαφορετικών χαρτών, σταθµισµένοι ή όχι, για την παραγωγή σύνθετων χαρτών (map algebra) και τον υπολογισµό της τιµής µιας σύνθετής µεταβλητής για διαφορετικά επιµέρους µέρη της σελ. 31

32 συνολικής περιοχής. * Μέτρηση του µεγέθους (αριθµού, εµβαδού, µήκους, περιµέτρου) χαρτογραφικών αντικειµένων της περιοχής. * χρήση αποστάσεων για τη δηµιουργία ζωνών εγγύτητας (buffers) που περιβάλλουν συγκεκριµένα αντικείµενα. * Δηµιουργία ισοβαρών καµπύλων από τιµές µεταβλητών. * Παραγωγή τρισδιάστατων µοντέλων αναγλύφου και υπολογισµός τοπογραφικών χαρακτηριστικών (κλιση, έκθεση). * Εντοπισµός περιοχών ορατότητας (areas of visibility) χρησιµοποιώντας το Ψ.Μ.Ε. Τα πλεονεκτήµατα της χρήσης των ΓΣΠ στην εκτίµηση των Περιβαλλοντικών επιπτώσεων συνοψίζονται στα εξής (Satapathy κ.α.2007): * παροχή συστηµατικής προσέγγισης για τη συλλογή περιβαλλοντικών πληροφοριών. * Καθιστούν τα δεδοµένα που χρησιµοποιούνται στην εκτίµηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων διαθέσιµα σε όλους τους υπεύθυνους λήψης αποφάσεων. * Διευκολύνουν την ανάλυση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, οι οποίες είναι δυνατό να αγνοηθούν ή να µην εντοπιστούν λόγω αναλυτικών δυσκολιών ή υψηλού κόστους * Αυξάνουν τη συµβατότητα και σύγκριση ανόµοιων δεδοµένων. * Μειώνουν το συνολικό κόστος και τη θεσµική αλληλοκάλυψη στη συλλογή και διαχείριση περιβαλλοντικών πληροφοριών. * Η ανανέωση και επικαιροποίηση των γεωγραφικών βάσεων δεδοµένων είναι εύκολη. * Είναι δυνατή η παραγωγή ερμηνευτικών χαρτών, πινάκων και άλλων αναλύσεων των αποτελεσµάτων. Οι Bernarrd κ α εξετάζουν την περιβαλλοντική επίδραση του δασικού οδικού δικτύου και των προβληµάτων διάβρωσης που µπορεί αυτό να σελ. 32

33 προκαλέσει, στην ποιότητα των νερών µιας υδρολογικής λεκάνης σε δασική περιοχή. Για το σκοπό αυτό χρησιµοποιήθηκαν ΓΣΠ για την ανάλυση της θέσης και του µήκους των δασικών δρόµων, της κλίσης της ερυθράς και της εδαφολογικής σύνθεσης των περιοχών που διανοίγονται από τους δρόµους. Οι Gumus κ.α χρησιµοποιούν τα ΓΣΠ για να εκτιµήσουν περιβαλλοντικά το δασικό οδικό δίκτυο εξετάζοντας τιµές από διάφορους περιβαλλοντικούς δείκτες. Τελικά η µεθοδολογία που προτείνεται καταλήγει σε µια κατηγοριοποίηση των δασικών περιοχών που διακρίνει τις ακόλουθες τρεις κατηγορίες: * Περιοχές µε ελάχιστες περιβαλλοντικές επιπτώσεις * Περιοχές δεύτερου βαθµού επικινδυνότητας * Περιοχές µε µέγιστες περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όπου συνίσταται η µη κατασκευή δρόµων Το σχεδιαστικό πρόγραμμα AutoCAD Το AutoCAD είναι ένα από τα πιο διαδεδομένα σχεδιαστικά προγράμματα χρησιμοποιούμενο από όλες τις κατηγορίες μηχανικών. Πολλές από τις λειτουργίες του χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση εργασιών που αφορούν περιβαλλοντικά θέματα. Παρακάτω ακολουθεί πλήρης περιγραφή των εντολών που χρησιμοποιούνται στη συγκεκριμένη έρευνα. Κατά τη σχεδίαση στο AutoCAD, κατ' αρχήν δημιουργούνται γεωμετρικές φόρμες οι οποίες επιτρέπουν να καθοριστούν τα βασικά σχήματα των αντικειμένων και κατόπιν τροποποιώντας τις φόρμες αυτές επιτυγχάνεται ο μέγιστος βαθμός λεπτομέρειας. Στην ουσία, χρησιμοποιούνται εναλλάξ διαδικασίες δημιουργίας και επεξεργασίας αντικειμένων για την κατασκευή ενός σχεδίου (Omura 1999). Το παράθυρο του AutoCAD Το παράθυρο εφαρμογής του AutoCAD χωρίζεται σε πέντε μέρη: 1 Η γραμμή μενού 2 Η περιοχή σχεδίασης σελ. 33

34 Η Γλώσσα Προγραμματισμού AutoLISP 3 Το παράθυρο με τη γραμμή εντολών (προτροπή Comrnand:) 4 Η γραμμή καταστάσεων 5 Οι σταθερές και κινητές γραμμές εργαλείων Η εικόνα 2 παρουσιάζει μια τυπική διάταξη του παραθύρου εφαρμογής του AutoCAD. Μια τυπική διευθέτηση των στοιχείων του παραθύρου εφαρμογής του AutoCAD Εισαγωγή στην AutoLISP Το ΑutοCAD διαθέτει µια πληθώρα λειτουργιών και δυνατοτήτων οι οποίες σελ. 34

35 μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βελτιώνεται η παραγωγικότητα. Αλλά και µε αυτό το επίπεδο αποτελεσματικότητας, θα υπάρχουν πάντα περιπτώσεις, οι οποίες θα απαιτούν ακόµη περισσότερη αυτοματοποίηση. Πολλοί κατασκευαστές εφαρμογών έχουν δημιουργήσει ειδικευμένα εργαλεία τα οποία βοηθούν τους χρήστες συγκεκριμένων τοµέων να προσαρµόσουν το AutoCAD στους δικούς τους τοµείς εφαρμογής. Τα περισσότερα υψηλών προδιαγραφών πακέτα CAD διαθέτουν µία γλώσσα προγραμματισμού (ή γλώσσα μακροεντολών) για να βοηθούν τους χρήστες τους να εξειδικεύουν τα συστήµατα τους (προσαρμογή και βελτίωση του AutoCAD). Το AutoCAD διαθέτει την AutoLISP µία παραλλαγή της δημοφιλούς γλώσσας τεχνητής νοημοσύνης LISP (Ornura 1999) Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους Γενικά Η τεχνολογική εξέλιξη των υπολογιστών μας έδωσε εργαλεία που μπορούν να μας βοηθήσουν σημαντικά στο σχεδιασμό των δασοτεχνικών έργων καθώς και στην επιλογή της άριστης συγκριτικά λύσης. Ένα από αυτά αποτελεί το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (Digital Terrain ModeI), το οποίο στο εξής θα αναφέρεται με τα αρxικα ΨΜΕ και ορίζεται ως εξής: "Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους είναι η ψηφιακή περιγραφή της επιφάνειας η οποία βασίζεται σε μετρήσεις σημείων της και συνοδεύεται από ένα σύνολο κανόνων, που επιτρέπουν να εξαχθεί επιπλέον πληροφορία" σελ. 35

36 Στην ουσία είναι η τρισδιάστατη αναπαράσταση στον υπολογιστή ενός κοµµατιού της επιφάνειας του εδάφους µε τη µορφή κανάβου ή ισοϋψών, η οποία όµως έχει το πλεονέκτηµα, πέρα από την οπτική διάσταση να δίνει άµεσα τοπογραφική πληροφορία σε συγκεκριµένα σηµεία της επιφάνειας αλλά και για το σύνολό της. Αποτελούν επίσης εξέλιξη των αναλογικών µοντέλων εδάφους (τοπογραφικά διαγράµµατα, ορθοφωτογραφίες, ορθοφωτοχάρτες) που περιέχουν µεγάλο αριθµό πληροφοριακών στοιχείων που όµως δεν είναι άµεσα διαθέσιµα. Τα στοιχεία αυτά απαιτούν µεγάλο όγκο χειρωνακτικής εργασίας για την εξαγωγή τους και συνάµα σε περίπτωση αλλαγών αλλά και έρευνας για την επιλογή της βέλτιστης λύσης απαιτείται νέος υπολογισµός και συλλογή στοιχείων, αφού τα παλιά δεν µπορούν να χρησιµοποιηθούν. Με τη δηµιουργία όµως ενός ΨΜΕ έχουµε άµεσα στη διάθεσή µας πληροφορίες για τον χώρο υπό µελέτη, που µας επιτρέπουν τον καλύτερο σχεδιασµό και υπολογισµό δασοτεχνικών έργων, όπως επίσης και τη δυνατότητα επιλογής της βέλτιστης λύσης αλλά και ελέγχου των οικονοµοτεχνικών παραµέτρων καθώς και του περιβαλλοντικού κόστους. σελ. 36

37 2.4.1 Δομή των ΨΜΕ Τα ΨΜΕ παρουσιάζουν µια γενική δοµή που αποτελείται από τρία µέρη: ί) τα αρχικά δεδοµένα, δηλαδή το σύνολο των σηµείων, των οποίων τις συντεταγµένες Χ, Υ, Ζ γνωρίζουµε ή τις πρoσδιoρiζoυµε µε µετρήσεις στο πεδίο (σηµεία στηρίξεως) ίί) τη µέθοδο παρεµβολής, δηλαδή τη µέθοδο υπολογισµού των υ- ψοµέτρων άλλων σηµείων, γνωστών µόνο κατά τη θέση, (σηµεία παρεµβολής), και ίίί) τα αποτελέσµατα, δηλαδή την πρακτική εφαρµογή του ψηφιακού µοντέλου. Και τα τρία παραπάνω χαρακτηριστικά µέρη ενός ψηφιακού µοντέλου εδάφους βρίσκονται σε στενή αλληλεξάρτηση και έχουν ιδιαίτερη σηµασία για τον τρόπο λειτουργίας και την ακρίβεια του µοντέλου Δηµιουργία ενός ΨΜΕ Ένα ΨΜΕ μπορεί να δημιουργηθεί µε τη συλλογή είτε πρωτογενών, είτε δευτερογενών δεδομένων. Πρωτογενή δεδομένα συλλέγονται κατά κύριο λόγο µε φωτογραµµετρικές ή τοπογραφικές μεθόδους και κατά δεύτερο από την Τηλεσκόπηση. Δευτερογενή δεδομένα συλλέγονται µε ψηφιοποίηση ή σάρωση της υψοµετρικής πληροφορίας υπαρχόντων χαρτών. Για τη δημιουργία ενός ΨΜΕ τα στοιχεία συλλέγονται µε κάποιον από τους παρακάτω τρεις τρόπους: (Καραμήτρος 1999) 1. Τα σηµεία του εδάφους επιλέγονται πάνω στις κορυφές ενός τετραγωνικού κανάβου. Η συλλογή γίνεται σε οριζόντιες ή κατακόρυφες τοµές του εδάφους, όπως αυτές ορίζονται από τον κάναβο (προφίλ). Με τον τρόπο αυτό δηµιουργείται ένας πίνακας, τα στοιχεία του οποίου είναι το υψόµετρο του εδάφους 2. Τα σηµεία επιλέγονται κατά µήκος ισοϋψών καµπυλών, δηµιουργώντας έτσι ψηφιοποιηµένες πρωτογενείς ισοϋψείς καµπύλες. 3. Τα σηµεία επιλέγονται τυχαία και είναι χαρακτηριστικά σηµεία του σελ. 37

38 εδάφους. Στην περίπτωση της Τοπογραφίας είναι πολύ δύσκολο να συλλέξουµε πρωτογενή σηµεία που βρίσκονται πάνω σε κάναβο και σχεδόν αδύνατο πρωτογενείς ισοϋψείς καµπύλες. Έτσι, τα τοπογραφικά στοιχεία αναφέρονται συνήθως σε χαρακτηριστικά σηµεία του εδάφους. Οι διαδικασίες ψηφιοποίησης υπαρχόντων χαρτών παρέχουν υψομετρική πληροφορία υπό µορφή µόνον ισοϋψών καµπύλων (που υπάρχουν στον αρχικό χάρτη) σε διανυσµατική ή ψηφιδωτή µορφή. Για να δηµιουργήσουµε ένα πλήρες (µε την έννοια ότι περιγράφει µε πιστότητα το ανάγλυφο) και αξιόπιστο (µε την έννοια ότι το περιγράφει µε ακρίβεια) ΨΜΕ, από δεδοµένα που συλλέγονται µε τους παραπάνω τρόπους ή και µε συνδυασµό αυτών για να έχουµε την καλύτερη δυνατή αναπαράσταση της επιφάνειας του εδάφους, θα πρέπει να λάβουµε υπόψην όλα τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της επιφάνειας του φυσικού εδάφους, όπως το ότι η επιφάνεια του εδάφους δεν είναι οµαλή. Η επιφάνεια του εδάφους διακόπτεται από ασυνέχειες που ονοµάζονται χαρακτηριστικές γραµµές (κορυφογραµµές, κοίτες ποταµών, χαράδρες). 'Ετσι µε γνώµονα αυτά τα χαρακτηριστικά µπορούµε πλέον να οργανώσουµε τη συλλογή των στοιχείων προσπαθώντας να καλύψουµε όσο το δυνατόν περισσότερο τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της υπό µελέτη επιφάνειας για να είναι κατά το µέγιστο αξιόπιστη η παρεµβολή σηµείων για την ολοκλήρωση του ΨΜΕ. Ας µην ξεχνάµε όµως ότι η µορφή του εδάφους αλλάζει συχνά και πολλές φορές απότοµα, οπότε σίγουρα πρέπει να στρέψουµε την προσοχή µας στα τοπικά φαινόµενα και το χαρακτήρα τους, παρά στο συνολικό χαρακτήρα της επιφάνειας, δηµιουργώντας τις προϋποθέσεις για µέγιστη ακρίβεια. Για την τελική δημιουργία του ΨΜΕ πολύ σηµαντικός είναι και ο ρόλος που παίζει η επιλογή του προγράμματος, το οποίο θα παρεμβάλλει σηµεία και θα δηµιουργήσει το ΨΜΕ. Η δυνατότητα του προγράμματος και η σωστή επιλογή των παραµέτρων δηµιουργίας ποικίλλουν αλλά χρησιμοποιούν σελ. 38

39 παρόµοιες µεθόδους παρεµβολής. Στη δημιουργία των ΨΜΕ θα πρέπει απαραίτητα να λάβουµε υπόψην και την τελική µορφή του αφού θα πρέπει να είναι άµεσα διαθέσιµη για άλλες εφαρµογές και σκοπούς καθώς επίσης και τις δυνατότητες οπτικοποίησης αλλά και εξαγωγής χαρτών και εικόνων. Αν τα δεδομένα αναφέρονται σε τρισδιάστατες συντεταμένες σηµείων της επιφάνειας του εδάφους, τότε το ψηφιακό µοντέλο ονοµάζεται Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (Digital Terrain Model, DΤΜ) ή Ψηφιακό Μοντελο Αναγλύφου (Digital Elevation Model, DΕΜ).. Παραδοσιακά, τα ΨΜΕ περιλαµβάνουν έναν κατάλογο σηµείων, τα οποία ανήκουν σε ορθογωνικό κάναβο, παρουσιάζοντας έτσι µια "συστηµατική" κατανοµή. Σπάνια όµως τα δεδοµένα συλλέγονται κατ' αυτόν τον τρόπο. Το γεγονός αυτό, δημιούργησε την ανάγκη ανάπτυξης µεθοδολογιών παρεμβολής πάνω σε ορθογωνικό κάναβο από δεδοµένα που έχουν τυχαία κατανοµή. Τα ΨΜΕ χρησιμοποιήθηκαν και εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται πάρα πολύ στη Χαρτογραφία και τη Φωτογραμμετρία και µάλιστα η χρήση τους εντοπίζεται σε συγκεκριμένες εφαρμογές, όπως: (Παρασχάκης 1993) 1. Αποθήκευση υψοµετρικής πληροφορίας. Τα ΨΜΕ αποτελούν έναν τρόπο αποθήκευσης της ψηφιακής υψομετρικής πληροφορίας, που αφορά σε τµήµα της επιφάνειας του εδάφους, µε τα αντίστοιχα φυσικά και τεχνικά χαρακτηριστικά του. 2. Χαρτογραφικά συστήµατα (CAC), γεωγραφικά συστήµατα πληροφοριών/συστήµατα πληροφοριών γης (GIS/LΙS). Το ΨΜΕ αποτελούν ένα απαραίτητο δεδομένο για τα συστήματα CAC και GIS/LIS. Περιέχουν όλες τις πληροφορίες που είναι απαραίτητες για τον αναπτυξιακό και πολεοδομικό σχεδιασμό, καθώς και για τη διαχείριση της γης (πχ σχεδιασμός τεχνικών έργων, χαρακτηρισμός της περιοχής από άποψη επικινδυνότητας όσον αφορά καταστροφές κτλ). 3. παραγωγή ορθοφωτοχαρτών. Στην περίπτωση της παραγωγής φωτοχαρτών από ορθοφωτογραφίες, τα ΨΜΕ δίνουν την απαραίτητη υψομετρική πληροφορία για την σελ. 39

40 κατασκευή του χάρτη. 4. Αυτοµατοποίηση φωτογραµµετρικών διαδικασιών. Με τη βοήθεια των ΨΜΕ ο προσανατολισμός ενός στερεοζεύγους φωτογραφιών μπορεί να γίνει αυτόματα με τη βοήθεια ειδικών οργάνων που ονομάζονται αυτόματοι συσχετιστές. Με τον τρόπο αυτό αυτοματοποιούνται πολλά στάδια της φωτογραμμετρικής διαδικασίας παραγωγής χαρτών GPS Το παγκόσµιο σύστηµα εντοπισµού θέσης (GPS = Global positioning Sysrem) είναι το πιο πρόσφατο σύστηµα και βασίζεται στις παρατηρήσεις.δορυφόρων, Ο βασικός στόχος του GPS είναι να παρέχει υπηρεσίες ραδιεντοπισµού υψηλής ακρίβειας, µε παγκόσµια κάλυψη σε 24ωρη βάση, κάτω από οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες σε επίγειες, θαλάσσιες και εναέριες µονάδες των ΗΠΑ και του ΝΑΤΟ. Παρόλα αυτά τα τελευταία, χρόνια αποδείχθηκε ένα χρήσιµο εργαλείο και σε µη στρατιωτικες εφαρµογές. (Καραντζίδης 2008) Το GPS βασίζεται στην εύρεση της απόστασης µεταξύ δορυφόρων, στον υπολογισµό της απόστασης ανάµεσα στο δέκτη και τρεις ή περισσότερους (4 ή περισσότερους αν χρειάζεται και το υψόµετρο) και στην εφαρµογή απλών µαθηµατικών. (Σχ4) ΟΙ θέσεις των δορυφόρων είναι γνωστές κάθε στιγµή και είναι αποθηκευµένες στους δέκτες GPS. Ο εντοπισµός της θέσης του δέκτη ανάγεται στην εύρεση ενός γεωµετρικού τόπου, δηλαδή στην τοµή τριών ή περισσοτέρων σφαιρών, που κάθε µία έχει ως ακτίνα την απόσταση κάθε δορυφόρου από το δέκτη. Το GPS υπολογίζει την απόσταση ανάµεσα στο δορυφόρο και στο δέκτη, µετρώντας το χρόνο που απαιτείται για να φθάσει το σήµα του δορυφόρου στο δέκτη. Ενώ το GPS σχεδιάστηκε αρχικά για στρατιωτική χρήση, σύντοµα, µετά τη διατύπωση των αρχικών προτάσεων, έγινε σαφές ότι το GPS θα µπορούσε σελ. 40

41 να χρησιµοποιηθεί και από τους πολίτες και όχι µόνο για τον ατομικό προσδιορισµό θέσης (όπως προοριζόταν για το στρατό). Οι πρώτες δύο µεγάλες εφαρµογές για τους πολίτες ήταν η ναυσιπλοΐα και η τοπογραφία. Σήµερα οι εφαρμογές του GPS ποικίλουν καθώς χρησιμοποιείται σε γεωδυναµικές. γεωδαιτικες και τoπογραφικές εφαρµογές, στη διαχείριση στόλων αυτοκινήτων σε συνδυασµό µε ηλεκτρονικούς χάρτες για την επίτευξη της συντοµότερης διαδροµης, ειδικά σε έκτακτες, στις εργασίες κτηματολογίου σε συνδυασµό µε τα GIS, στη λεπτοµερή και ακριβή απογραφη της υπάρχουσας διάνοιξη; των δασών, στη σύνταξη της προµελετης και της µελέτης δρόµων,. στην καθοδηγηση χωµατουργικών µηχανηµάτων σε συνδυασµό µε το ψηφιακό µοντέλο του εδάφους, στον υπολογισµό της παραγωγικότητας των δασικών µηχανηµάτων. Η συνολικη διαμόρφωση του GPS αποτελείται από τρία ξεχωριστά τµήματα Το Τμήμα Διαστήματος ( Δορυφόροι που βρίσκονται σε τροχιά γυρω από τη γη) Το Λειτουργικό Τμήμα Εδάφους (Σταθµοί τοποθετηµένοι γύρω από τον ισηµερινό της γης ώστε να ελέγχουν τους δορυφόρους). Το Τµήµα Χρηστών (Οποιοσδήποτε λαµβάνει και χρησιµοποιεί το σηµα του GPS) Για τις τοπογραφικές εργασίες υπάρχουν δύο κατηγορίες δεκτών στην αγορά: Ι. Γεωδαιτικοί δέκτες ακριβείας, διπλής συχνότητας µε προστατευµένους κωδικούς και ακρίβεια 1 m. 2. Δέκτες χαµηλού κόστους χειρός), µίας συχνότητας, που ανάλογα µε τη µέθοδο µέτρησης η ακρίβεια κυµαίνεται από m. Το υψηλό κόστος των οργάνων της πρώτης κατηγορίας, πάνω από τα καθιστά απαγορευτικά για χρήση σε γεωδαιτικές εφαρµογές, ενώ αντίθετα το σχετικά χαµηλό κόστος των οργάνων της δεύτερης κατηγορίας, µικρότερο από 300. τα καθιστά ελκυστικά για τις γεωτεχνικές εφαρµογές. Η ακρίβεια των G.P.S., σε δασικό περιβάλλον είναι ένα µειονέκτηµα για σελ. 41

42 πολλές εφαρµογές που απαιτούν ακρίβεια ιδιαίτερα µέσα σε κλειστό από το φύλλωµα ουρανό. Μια από τις πρώτες έρευνες για τη χρήση GPS σε δάση, πραγματοποιήθηκε από τον Gerlach το 1989 για λογαριασμό της αμερικάνικης δασικής υπηρεσίας. Στη μελέτη αυτή διαπιστώνεται η αρνητική επίδραση της δασικής βλάστησης και εκτιμάται ότι η απώλεια του σήματος οφείλεται κατά 23 % στους κορμούς, 28 % στα κλαδιά και 36 % στην ύπαρξη φυλλώματος. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η επίδραση της βλάστησης που περιβάλει τους δασικούς δρόµους στην ακρίβεια των µετρήσεων µε σχετικό προσδιορισµό και χρήση ψευδοαποστάσεων (Martin κ.α., 2001). Διαπιστώθηκε µείωση της ακρίβειας, της αξιοπιστίας και της απόδοσης του εντοπισµού θέσης µε την αύξηση των εµποδίων των δένδρων στα σήµατα των δορυφόρων. Τα αποτελέσµατα της ακρίβειας κυµάνθηκαν από 1,91m για αραιή βλάστηση έως 3,70 m σε περιοχές όπου η βλάστηση κοντά στο δασικό δρόµο ήταν πυκνή. Η ακρίβεια υψοµέτρησης µε δέκτες χειρος ερευνήθηκε σε δασικό δρόµο, όπου το µέσο τετραγωνικό σφάλµα για το υψόµετρο υπολογίστηκε σε 11,332 m, καθιστώντας τη χρήση του απαγορευτική για µελέτη χάραξης δρόµου για τη διάνοιξη των δασών. Η λήψη σήµατος των δορυφόρων στο δάσος ήταν προβληµατική και 19 % των µετρήσεων απορήφθηκαν καθώς παρουσίασαν ιδιαίτερα µεγάλα σφάλµατα (Καραγιάννης κ.α. 2005). Οι Holden κ.α. (2001) εξέτασαν την ακρίβεια της ίδιας µεθόδου σε συνάρτηση µε το βαθµό συγκόµωσης των δασικών περιοχών όπου πραγµατοποίησαν τις σχετικές µετρήσεις και διαπίστωσαν ότι η απόδοση του GPS ήταν η ίδια µε την αντίστοιχη σε ανοικτές περιοχές σε σηµεία µε βαθµό συγκώµωσης µικρότερη του 0,2 (20 %). Οι Doukas κ.α. (2008), αναφέρουν ότι μέσα σε δάση η χρήση δύο συχνοτήτων με την ημικηνιμοτική μέθοδο δεν αποδείχτηκε ακριβέστερη από τη χρήση μιας συχνότητας λόγω προβλημάτων συγκόμωσης και πολυανάκλασης. Επίσης δεν κατέστη, δυνατή η λήψη διορθώσεων του ευρωπαϊκού συστήματος EGNOS και έτσι δεν προέκυψε βελτίωση των αποτελεσμάτων μέτρησης των δεκτών που χρησιμοποίησαν. Τέλος αξίζει να αναφέρουμε ότι μετά τη λήξη της επιλεκτικής σελ. 42

43 διαθεσιμότητας βελτιώθηκε η ακρίβεια των µικρού κόστους G.PS. Τα µικρά φορητά G.PS είναι πιο εργονομικά στη δασική πράξη, συνδυάζονται και µε πυξίδα και µε αλτίμετρο και έτσι έχουν µια σίγουρη βασική ακρίβεια. όταν οι µετρήσεις γίνονται σε ανοικτό ουρανό και απο εκεί οι διευθύνσεις µετρούνται µε την πυξίδα σε σηµεία κάτω απο φύλλωµα. Οι Fritz και Gawehn (2001), απαριθμούν τις κυριότερες εφαρμογές του παγκόσμιου συστήματος εντοπισμού θέσης GPS στη δασοπονία που ασκείται στη Γερμανία, όπως αυτές καταγράφονται παρακάτω: Αποδοτικότερες και ποιοτικές τοπογραφικές εργασίες. Μετρήσεις γραμμικών χαρακτηριστικών: δασικοί δρόμοι, πάροδοι μετατόπισης, Απόσταση μετατόπισης. Μετρήσεις περιμέτρου: Όρια δασών, περιφράξεις. Μετρήσεις επιφανειών: Εμβαδά δασωμένων αγρών, περιοχές με οικολογικά προβλήματα, εμβαδά συστάδων, καταγραφή εμβαδών μικρών ιδιωτικών δασών. Καταγραφή θέσης μεμονωμένων αντικειμένων. Μεμονωμένα δέντρα, θέση συσκευών, προφίλ εδάφους Καταγραφή υλοτομημένων δέντρων για την αναδάσωσή και φροντίδα των φυταρίων Καταγραφή δέντρων για τη χρησιμοποίηση, τους ως στοιχεία εισόδου για την κατάρτιση μαζοπινάκων ή αυξητικών µοντέλων. Καταγραφή θέσεων αναψυχής, πολύτιμων ή προστατευόμενων δένδρων, άτομα διαφορετικών δασοπονικών ειδών. Αναζήτηση σημείων στο δάσος (επανεντοπισμός) Επαναληπτικές δειγματοληψίες, συστηματικές δειγματοληψίες, για τον υπολογισμό του ξυλαποθέματος. Στη Γερμανία εξετάστηκε η χρήση του GPS (στατικός και κινηματικός σχετικός προσδιορισμός με χρήση του γερμανικού SAPOS) για εφαρμογές σελ. 43

44 διάνοιξης και λειτουργίας μηχανημάτων (Erler και Ηϋckel 2004). Αναλυτικότερα το GPS χρησιμοποιήθηκε για: * Καταγραφή των διαδρομών των οχημάτων. προετοιμασία εργασιών και χάραξη παρόδων μετατόπισης. Έλεγχος των μηχανημάτων για την κίνησή τους στις κατάλληλες παρόδους μετατόπισης. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα του GPS έναντι των άλλων παλαιότερων επίγειων και δορυφορικών μεθόδων είναι: Δίνει απευθείας τη θέση ενός σημείου στην επιφάνεια της γης, συνεπώς γνωρίζουμε κάθε στιγμή τη θέση μας σε καρτεσιανές συντεταγμένες Χ, Υ, Ζ. Είναι ένα σύστημα παντός καιρού, δηλαδή. μπορεί να χρησιμοποιηθεί κάτω από όλες τις καιρικές συνθήκες. Για τον προσδιορισμό θέσης δεν απαιτείται αμοιβαία ορατότητα μεταξύ των σημείων παρατήρησης. Απαιτείται μόνο ορατότητα προς ικανοποιητικό αριθμό δορυφόρων. Μπορεί να συνεργαστεί με άλλα συστήματα προσδιορισμού θέσης σελ. 44

45 καθώς και με άλλες σύγχρονες εφαρμογές και συστήματα (GIS, Φωτογραμμετρία κ.α.) Η διαδικασία των μετρήσεων είναι αρκετά απλή και απαιτείται μικρός χρόνος μέτρησης. Η εκτέλεση των μετρήσεων είναι δυνατή όλο το 24ωρο με μικρό αριθμό προσωπικού (ένα άτομο ανά σημείο παρατήρησης ή και ένα άτομο σε πολλά σημεία παρατήρησης μιας και ο δέκτης αφού ξεκινήσει τις μετρήσεις δε χρειάζεται επιπλέον επίβλεψη ή χειρισμό. Δίνει καλή ακρίβεια προσδιορισμού θέσης με πολύ μικρότερο χρόνο μέτρησης σε σχέση με άλλες μεθόδους. Κουτσογιαννόπουλος και Βέργος (2004) Σφάλµατα του GPS. Τα σφλµατα που επηρεάζουv τον προσδιορισµό της θεσης µε τη χρήση του συστήµατος GPS είναι κυρiως συστηµατικά τα οποία δεν είναι ανεξαρτητα µεταξύ τους (Δερµάνης 1999). Τα σφάλµατα ανάλογα µε την πηγή τους διακρίνονται στις παρακάτω κατηγορίες: Σφάλµατα Δορυφόρων. Τα σφάλµατα αυτά είναι σφάλµατα τροχιάς των δορυφόρων, τα σφάλµατα ρολογιών των δορυφόρων και το σφάλµα της επιλεκτικής διαθεσιµότητας το οποίο δεν ισχύει από τις 2/5/2000, ωστόσο παραµένει στη διάθεση της κυβέρνησης των ΗΠΑ η ενεργοποίηση της εκ νέου σε περιόδους κρίσεων. Σφάλµατα δέκτη. Τα σφάλµατα αυτά προέρχονται κυρίως από την κεραία, τους αλγόριθµούς που χρησιμοποιεί το λογισµικό των δεκτών και το ρολόι του δέκτη. Αξίζει να σημειωθεί ότι ένα σφάλµα της τάξης του 1 µ/sec αντιστοιχεί σε σφάλµα 300 m του υπολογισµού της απόστασης δέκτη-δορυφόρου. Σφάλµατα µέσου διάδοσης του δορυφορικού σήµατος. Τα σφάλµατα αυτά είναι τα ατµοσφαιρικά σφάλµατα (διάδοση στην τροπόσφαιρα και ιονόσφαιρα) και τα σφάλµατα πολυανάκλασης σελ. 45

46 (multipath errors). Τα ατµοσφαιρικά σφάλµατα προκαλούνται από τη διάθλαση του δορυφορικού σήµατος κατά τη διάδοσή του στην τροπόσφαιρα και την ιονόσφαιρά. Οι Meng κ.α αναφέρουν ότι για τη µείωση των σφαλµάτων της ατµόσφαιρας χρησιµοποιείται µία τιµή-όριο για τη γωνία ύψους των δορυφόρων µε το δέκτη που αναφέρεται στη σχετική ορολογία ως γωνία αποκοπής (elevation mask). Το τροποσφαιρικό σφάλµα είναι ανεξάρτητο των συχνοτήτων εκποµπής των σηµάτων σε αντίθεση µε το lονοσφαιρικό, το οποίο είναι δυνατό να απαλειφθεί αν χρησιµοποιηθεί δέκτης δύο συχνοτήτων L1 και L2. Το lονοσφαιρικό σφάλµα µπορεί να είναι πέντε φορές µεγαλύτερο κατά τη διάρκεια της µέρας σε σύγκριση µε τις νυχτερινές ώρες, ενώ αποκτά τη µέγιστη τιµή έτους κατά την περίοδο του Μαρτίου (Van Sickle 2001) 3. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ 3.1 Περιοχές έρευνας Τα στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν αναφέρονται στις εξής περιοχές : Στα πανεπιστημιακά Δάση Ταξιάρχη και Περτουλίου, στο Λιβάδι Θεσσαλονίκης και στην περιοχή Λαχανά Θεσσαλονίκης. 3.2 Υλικά Για την εκπλήρωση του σκοπού της διατριβής χρησιμοποιήθηκαν τα απαραίτητα τοπογραφικά όργανα, χάρτες των περιοχών για τη λήψη των στοιχείων υπαίθρου, στοιχεία από βιβλιογραφίες. ( Καραγιάννης Ε. 2005, Καραμήτρος 1999, Καραντζίδης 2008, Καραγιάννης και Κανταρτζής 1999). 3.3 Μέθοδοι Μέθοδος δημιουργίας Ψ.Μ.Ε. Α Για την δημιουργία ΨΜΕ πρωταρχικός σκοπός είναι η συλλογή στοιχείων και η δημιουργία ενός ολοκληρωμένου ΨΜΕ. Επιλέγεται ο χώρος μελέτης, σαν τέτοιος χώρος επιλέχτηκε το πανεπιστήμιο Δάσος Περτούλιου αφού υπήρχαν σελ. 46

47 άμεσα διαθέσιμα στοιχεία ακριβείας. Μετρήσεις τοπογραφικές, αεροφωτογραφίες (πρωτογενή στοιχεία) χάρτης μικρής κλίμακας (δευτερ. Στοιχεία) και ευχέρεια για μέτρηση στο έδαφος. Οι τοπογραφικές μετρήσεις αφορούσαν μετρήσεις υψηλής ακριβείας με ηλεκτροπτικό θεοδόλιχο και δεύτερον μετρήσεις με πυξίδα για την αποτύπωση της δασικής επιφάνειας για τον πλησιέστερο σχεδιασμό των ΨΜΕ. Για την επεξεργασία των μετρήσεων που λήφθηκαν χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Panterra. Αφού επιλέχτηκαν οι αεροφωτογραφίες εφαρμόστηκαν στο όργανο και καταγράφηκαν σε ψηφιακή μορφή. Μέσο του σχεδιαστικού προγράμματος που συνοδεύει τον αναλυτικό στεραιοαναγωγέα, αποθηκεύτηκαν και αυτά στη γνωστή μορφή για παραπέρα χρήση τους από τον υπολογιστή. Για την τελειότερη αναπαράσταση του μοντέλου έγινε η ψηφιοποίηση των υπαρχόντων χαρτών και για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε ο ψηφιοποιητής του εργαστηρίου σε συνδυασμό με το πρόγραμμα Panterra. Τα στοιχεία αυτά χρησιμοποιήθηκαν για περαιτέρω χρήση. Μετά τη συλλογή των στοιχείων, τα στοιχεία ενώθηκαν σε ένα αρχείο αυτό αποτέλεσε και τη βάση δημιουργίας του ΨΜΕ και εισήχθη αρχικά στο πρόγραμμα Surfer. Η όλη διαδικασία δημιουργίας του ΨΜΕ συνοψίζεται στα εξής στάδια : 1) μετρήσεις ακριβείας 2) μετρήσεις πυξίδας 3) μετρήσεις φωτογραμμετρικά 4) ψηφιοποίηση Στα 1,2,3,4 έγινε επεξεργασία των στοιχείων αυτών από την οποία προκύπτει η οπτική παρουσίαση και η απόδοση στοιχείων. Για το σχεδιασμό του οδικού δικτύου κρίθηκε απαραίτητο να σχεδιαστούν στο ΨΜΕ οι δρόμοι, το υδρογραφικό σύστημα και δημιουργήσαμε ένα αρχείο με τα στοιχεία των δρόμων του υδρογραφικού συστήματος και ένα αρχείο με τις συντεταγμένες της περιοχής. σελ. 47

48 Στην τελική παρουσίαση είχαμε ένα ολοκληρωμένο ΨΜΕ με όλα τα απαραίτητα στοιχεία Σχεδιασµός οδικού δικτύου στο ΨΜΕ Η απλή εικόνα ενός μοντέλου του εδάφους (Εικόνα 4) δεν αρκεί αφού πρέπει να υπάρχουν και άλλα επίπεδα πληροφορίας για να είναι ικανό το ΨΜΕ να αποδώσει τη μέγιστη δυνατή πληροφορία αλλά και να γίνει ευκολότερα αντιληπτό από το μέσο χρήστη που θα θελήσει να το χρησιμοποιήσει. Έτσι κρίθηκε απαραίτητο να εφαρμοστούν στο ΨΜΕ οι δρόμοι, τα ποτάμια αλλά και κάποιες χαρακτηριστικές τοποθεσίες. Για να γίνει αυτό πρέπει να αντλήσουμε από κάπου τα στοιχεία που περιγράφουν αυτά τα κομμάτια. Έτσι μπορούμε στο Panterra να δημιουργήσουμε ένα αρχείο μόνο με τα στοιχεία των δρόμων όπως έχουν καταγραφεί από τον ηλεκτροοπτικό θεοδόλιχο (Εικόνα 5). Παρόμοια μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα αρχείο με την καταγραφή των σημείων του υδρογραφικού συστήματος και ένα αρχείο με τις συντεταγμένες χαρακτηριστικών επιφανειών στην υπό μελέτη περιοχή. Τα αρχεία αυτά είναι ξεχωριστά στην απλή μορφή αρχείου συντεταγμένων που χρησιμοποιούμε. Το μόνο που μένει είναι να ορίσουμε τις παραμέτρους σελ. 48

49 εισαγωγής των αρχείων και τα χαρακτηριστικά τους (π.χ. οι δρόμοι σχεδιάζονται με κόκκινο χρώμα, τα ρέματα με μπλε και οι ιδιοκτησίες με πράσινο). Στην τελική παρουσίαση έχουμε πλέον ένα ολοκληρωμένο ΨΜΕ με όλα τα απαραίτητα στοιχεία για την εκμετάλλευσή του στην οθόνη του ηλεκτρονικού μας υπολογιστή Σχεδιασµός του ΨΜΕ µε χρήση ισοϋψών Για την καλύτερη όµως παρουσίαση του Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους από τον υπολογιστή υπάρχει η δυνατότητα παρουσίασης του ΨΜΕ µε τρισδιάστατη χάραξη των ισοϋψών που µπορούν να µας αποδώσουν τον κλασικό τοπογραφικό χάρτη αλλά και την εικόνα της επιφάνειας αναπαριστώντας την υψομετρική διαφορά των ισοϋψών δίδοντας στην ουσία ένα πρόπλασµα της επιφανείας όπως συνέβαινε παλιά. Αυτό συµβαίνει µέσω ενός υποπρογράµµατος του SURFER το οποίο µας δίνει τη δυνατότητα να σχεδιάσουμε κλασικούς τοπογραφικούς χάρτες µε την επιθυµητή ισοδιάσταση. 'Οµως ο σχεδιασµός αυτός δεν είναι κλασικός αλλά τρισδιάστατος αφού τις ισοϋψείς τις χαρακτηρίζει η υψοµετρική διαφορά. Σαν αποτέλεσµα αυτής της διαφοράς είναι και η δυνατότητα τρισδιάστατης σελ. 49

50 παρουσίασης του µοντέλου µέσω των ισοϋψών από οποιαδήποτε οπτική γωνία και ίσως µια πιο εύκολα αντιληπτή εικόνα του µοντέλου. Για την καλύτερη παρουσίαση του ΨΜΕ µπορούν επίσης να χαρακτηριστούν και να κατηγοροποιηθούν οι ισοϋψείς µε το υψόµετρο του και ίσως µε διαφορετικό χρώµα. Επίσης µπορούν και εδώ να εφαρµοσθούν πρόσθετα επίπεδα πληροφοριών όπως δασικό δίκτυο δρόµων, ποτάµια και ιδιοκτησίες πράγ- µα που έγινε και µας έδωσε τον παρακάτω χάρτη (Εικόνα 6). σελ. 50

51 Β Τα υλικά που χρησιµοποιήθηκαν για την έρευνα περιγράφονται παρακάτω. Το ζεύγος αεροφωτογραφιών (223288,223289) του έτους 1993 και κλίµακας 1 : Οι αεροφωτογραφίες συνοδεύονται από το Calibration Certificate το οποίο παρέχει χρήσιµες πληροφορίες σχετικά µε τα χαρακτηριστικά της αεροφωτογράφησης καθώς και των µηχανών που χρησιµοποιήθηκαν σε αυτή. Οι παραπάνω αεροφωτογραφίες µαζί µε τα διαθετικά, ο Τοπογραφικός χάρτης της Γ.Υ.Σ 1 : φ.χ Θέρµης, καθώς και o τοπογραφικός χάρτης της Γ.Υ.Σ 3399/4 κλίµακας 1 :5.000 χορηγήθηκαν ύστερα από αίτηση µας από τη Γεωγραφική Υπηρεσία Στρατού Τα παραπάνω διαθετικά σαρώθηκαν σε φωτογραµµετρικό σταθµό µε ανάλυση 2000 dpi, και αποθηκεύτηκαν χωρίς κανένα αλγόριθµο συµπύκνωσης σε αρχείο εικόνας µε επέκταση.tif Για την εξαγωγή της υψοµετρικής πληροφορίας χρησιµοποιήθηκε ο φωτογραµµετρικός ψηφιακός σταθµός DVP. Με τη βοήθεια του Γεωδαιτικού Σταθµού LEICA TCR 307 εξαρτήθηκαν τόσο το αρχικό και τελικό σηµείο του δασικού δρόµου όσο και τα φωτοσταθερά σηµεία της περιοχής Το προβολικό σύστηµα που χρησιµοποιήθηκε είναι το Ε.Γ.Σ.Α. 87. Είναι το πλέον πρόσφατο προβολικό σύστηµα που χρησιµοποιείται στην Ελλάδα, και είναι προϊόν συνεργασίας του Εργαστηρίου Ανώτερης Γεωδαισίας του Τµήµατος Αγρονόµων-Τοπογράφων Μηχανικών Ε.Μ.Π., της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού και του ΟΚΧΕ (1995) Στη συγκεκριµένη εργασία χρησιµοποιήθηκε προσωπικός υπολογιστής Acer µε επεξεργαστή Pentium ιν, ταχύτητας 2.0 GHz µε 256 ΜΒ DDR SDRAM και κάρτα γραφικών GEFORSE 64 ΜΒ Για την κατασκευή σχηµάτων καθώς και την εισαγωγή Raster αρχείων στον Η/Υ χρησιµοποιήθηκε σαρωτής Mustek 800 µε δυνατότητα σαρώµατος έως 900 Dpi. Χρησιµοποιήθηκαν για την ολοκλήρωση της έρευνας µια σειρά προγραµµάτων (softwares) τα οποία αναλύονται παρακάτω: σελ. 51

52 Τα προγράµµατα επεξεργασίας εικόνας είναι το Adobe photoshop 7 και το Paint shop PΓΟ 5, τα οποία σε συνδυασµό µε το σαρωτή αποθηκεύανε µια φωτογραφία ή µια έντυπη εικόνα σε αρχείο εικόνας. Το σχεδιαστικό πρόγραµµα Autocad R 14 για επεξεργασία και παρουσίαση των δεδοµένων σε σύστηµα συντεταγµένων. Η επεξεργασία της µελέτης έγινε κατά το µεγαλύτερο µέρος µε το πρόγραµµα Δασική οδός 4. Για την εξάρτηση των σημείων χρησιμοποιήθηκε το υφιστάμενο δίκτυο Τριγωνομετρικών σημείων. Στο Πίνακα 3 παρουσιάζονται οι συντεταγμένες των τριγωνομετρικών σημείων που χρησιμοποιήθηκαν Πίνακας 3. Χαρακτηριστικά τριγωνομετρικών σημείων περιοχής έρευνας 1 ΔΙΠΕΤΡΟΧΑΛΟ , ,80 794,20 2 ΚΑΣΤΕΛΙ , ,37 728,58 3 ΣΟΥΜΠΑΣΗ , ,75 901,35 4 ΑΛΩΝΑΚΙ , ,48 940,20 5 ΘΕΡΜΟ , ,32 727,26 6 ΔΡΥΜΩΝΑΣ , ,13 809,22 Για τη συγγραφή της μελέτης χρησιμοποιήθηκε ο κειμενογράφος Microsoft Word ΧΡ. Τέλος για τη λειτουργία όλων των παραπάνω προγραμμάτων χρησιμοποιήθηκαν τα Windows ΧΡ. Δημιουργία ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους (ΨΜΕ, DΤΜ) με Ψηφιακές Φωτογραμμετρικές μεθόδους (Ackermann F., 1984, Wrobe/ P.R., 1991, Li Ζ., 1992). Σε ένα κεντρικό σύστημα Η/Υ με οθόνη στερεοσκοπικής όρασης επεξεργάσθηκαν ψηφιακές εικόνες για την εξαγωγή όχι μόνο της γεωμετρικής πληροφορίας αλλά και για τη συλλογή, επεξεργασία, απόδοση και αποθήκευση τόσο των γεωμετρικών όσο και των μετρικών πληροφοριών για παραπέρα ανάλυση σε G.I.S. (Δούκας 2002). Για την εξαγωγή τρισδιάστατης πληροφορίας από την φωτογραμμετρική μέθοδο ακολουθήθηκε αρχικά η εξής διαδικασία: σελ. 52

53 1. Σάρωση των διαθετικών των Α/Φ υπ αρίθμ και κλίμακας 1 : Εισαγωγή των γεωμετρικών και φυσικών χαρακτηριστικών που απαιτούνται για τον εσωτερικό προσανατολισμό. Αφού γίνει και η εισαγωγή των συντεταγμένων των εικονοσημάτων (Finducials) βρίσκουμε τις παραμέτρους στο σύστημα δεκτών της φωτογραφίας. Για την εξαγωγή της υψοµετρικής πληροφορίας χρησιµοποιήθηκε το υποπρόγραµµα Vectorization του DVP. Η ψηφιοποίηση ήταν στερεοσκοπική µε την χρήση του πολωτικού φίλτρου της οθόνης και των πολωτικών γυαλιών του συστήµατος. Η πρώτη ενέργειά µας ήταν να οριοθετήσουµε την περιοχή εκείνη των αεροφωτογραφιών από την οποία θα συλλέγαµε τα σηµεία. Ετσι, ορίσαµε ένα "φράκτη" (fence) ο οποίος περιελάµβανε τον δασικό δρόµο και µια ευρύτερη περιοχή γύρω από αυτόν. Η συλλογή υψοµετρικής πληροφορίας έγινε ανά 5m ενώ ως κατώτερο όριο αποδοχής ενός σηµείου επιλέχθηκε η τιµή συσχέτισης οµολόγων σηµείων C=75%, η οποία αντιστοιχεί σε µέγιστο όριο σφάλµατος 0.25 pixel, και σε υψοµετρικό εύρος αναζήτησης του οµολόγου σηµείου τα 5,192 m. Συνολικά ψηφιοποιήθηκαν 1205 σημεία τα οποία αποθηκεύτηκαν σε αρχείο ascii X,Y,Z μορφής γνωρίζουμε δηλαδή τις συντεταγμένες Χ,Υ και το υψόμετρο Ζ για κάθε σημείο. Εισήχθηκε το αρχείο μορφής ascii στο πρόγραμμα Surfer 8 το οποίο με τη μέθοδο του Τριγωνισμού με Γραμμική Παρεμβολή μετατρέπει το δίκτυο ακανόνιστων σημείων σε κανονικό δίκτυο σημείων με αποστάσεις κόμβων 4Χ4 μ. Το κανονικό δίκτυο σημείων εξάγετε από το SURFER σε μορφή ascii Χ,Υ,Ζ και εισάγεται στο πρόγραμμα οδοποιίας Δασική Οδός 4. Τις υψομετρικές πληροφορίες από το Ψ.Μ.Ε το πρόγραμμα Δασική Οδός 4 τις χρησιμοποιεί αυτόματα τόσο στη κατασκευή της μηκοτομής όσο και των σελ. 53

54 διαγραμμάτων των διατομών. Με την ολοκλήρωση της έρευνας έχουμε στη διάθεση μας αρκετά στοιχεία τα οποία θα χρησιμοποιήσουμε για την μελέτη χάραξης δασικού δρόμου, δηλαδή έχουμε σχεδιάσει την οριζοντιογραφία, μηκοτομή, και διατομές καθώς επίσης και πίνακες χωματισμών. Για την αξιοπιστία των παραπάνω αποτελεσμάτων που προέκυψαν με την μέθοδο του ψηφιακού μοντέλου εδάφους πάρθηκαν και στοιχεία με πυξίδα τα οποία επεξεργάστηκαν (Καραγιάννης Κ,2003β) και συγκρίθηκαν ΜΕΘΟΔΟΣ ΧΡΗΣΗΣ GPS Α) Αποτυπώθηκε υψομετρικά δασικός δρόμος μήκους m που βρίσκεται στο Πανεπιστημιακό δάσος Ταξιάρχη Χαλκιδικής και αποτυπώθηκε υψομετρικά με GPS με αλτίμετρο με κλισίμετρο και με γεωδαιτικό σταθμό. Τα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ο γεωδαιτικώς σταθμός Leica TC805/L το αλτίμετρο Thommen, το κλισίμετρο Meridian, καθώς και το GPS χειρός etrex Legend της Garmin. Για την στατική ανάλυση οι τιμές του γεωδαιτικού σταθμού πάρθηκαν σαν αληθείς τιμές. Για τον έλεγχο σφάλματος των μετρήσεων υπολογίστηκε: i) Ο μέσος όρος των αποκλίσεων των μετρήσεων από τον τύπο του μέσου αριθμητικού σφάλματος: μ α =(δ)/n όπου: μ α =μέσο αριθμητικό σφάλμα σελ. 54

55 δ=το άθροισμα των απόλυτων τιμών των αληθινών διαφορών (σφαλμάτων) δ 1,δ 2 δ n n=το πλήθος των παρατηρήσεων ii) Το μέσο τετραγωνικό σφάλμα των μετρήσεων: Μτ=((δδ)/n) 0,5 οπου: Μ τ = μέσο τεραγωνικό σφάλμα δδ= Ε t - Ε G Ε t = το αληθές υψόμετρο από το γεωδαιτικό σταθμό Ε G =το υψόμετρο που μετρήθηκε με GPS, με αλτίμετρο ή με κλισίμετρο n= ο αριθμός των μετρήσεων iii) Το κριτήριο του μέσου τετραγωνικού σφάλματος του μέσου όρου: Τα προηγούμενα σφάλματα καθόριζαν το σφάλμα κάθε μιας μέτρησης της σειράς και όχι της πιθανής τιμής (μέσου όρου). Το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου δίνεται από τον τύπο: μ Μ =((δδ)/(n (n-1)) 0,5 = μ τ /(n) 0,5 όπου: μ Μ = το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου δδ= (Ε t - Ε G ) 2 Ε t = το αληθές υψόμετρο από το γεωδαιτικό σταθμό Ε G =το υψόμετρο που μετρήθηκε με GPS, με αλτίμετρο ή με κλισίμετρο n= ο αριθμός των μετρήσεων δηλαδή η αληθείς τιμή Χ βρίσκεται μεταξύ των ορίων (L+μ Μ ),(L-μ Μ ) όπου: σελ. 55

56 L=ο μέσος όρος της αληθούς τιμής Χ ( Καραγιάννης Ε. κ.α. 2005). Β) Αποτυπώθηκε οριζοντιογραφικά στον Ταξιάρχη ο άξονας ενός δασικού δρόμου μήκους 200m με γεωδαιτικό σταθμό, το διπλόσυχνο HiperPro με παράλληλη λήψη δορυφόρων GLONASS και το δέκτη χειρός GPSMap 60CSx της εταιρίας Garmin Μέθοδος Χάραξης δρόμου με το AutoCAD Για τη χάραξη ενός δρόµου εφόσον γνωρίζουμε τα σηµεία έναρξης και τέλους αυτού, πρέπει να βρεθούν αρχικά τα σηµεία από τα οποία είναι κατασκευαστικά δυνατό να περάσει ο δρόµος και να γίνει αγκύστρωση αυτών στο έδαφος. Για να είναι οδικά προσπελάσιµος ο δρόµος, η κατά µήκος κλίση δε θα πρέπει να είναι µεγαλύτερη του 6%. Με βάση αυτή την κλίση και µε µια µέγιστη απόσταση µεταξύ δυο συνεχόµενων αγκυρώσεων 20 µέτρα αποφεύγοντας όλα τα φυσικά εµπόδια, τοποθετούµε τα σηµεία. Η εργασία αυτή µπορεί να γίνει και µέσω H/Y εφόσον είναι γεωγραφικά προσδιορισµένος ο χώρος. Με τις υπάρχουσες δυνατότητες του AutoCAD κάτι τέτοιο δεν είναι δυνατό να γίνει. Με τα εργαλεία όµως που παρέχει η γλώσσα προγραµµατισµού AutoLISP, που υποστηρίζει το AutoCAD µπορεί να δημιουργηθεί µια µακροεντολή, η οποία να ελέγχει την απόσταση και την κλίση µεταξύ δυο σηµείων. σελ. 56

57 3.3.4 Μέθοδος σύνταξης προγράμματος Η/Υ για τη μέτρηση των όγκων εκχωμάτων Υπολογισμός των στοιχείων των κατά πλάτος τομών χωρίς τη χάραξη της κατά μήκος τομής. Ο υπολογισμός των στοιχείων των κατά πλάτος τομών χωρίς τη χάραξη της κατά μήκος τομής του εδάφους πραγματοποιήθηκε με τη χρησιμοποίηση μιας κανονικής μικτής διατομής του δασικού δρόμου, όπως δείχνει το σχήμα 6 Σχ6. κανονική μικτή διατομή με κατακόρυφη (ψ) και οριζόντια (χ) μεταθεση του σώματος του δασικού δρόμου. Με βάση το σχήµα 6 τα στοιχεία τόσο του εκχώµατος, όσο και του επιχώµατος υπολογίζονται ως εξής: 1. Το απαιτούµενο πλάτος του δασικού δρόµου: α. Σε έκχωµα (Βα 1 ): σελ. 57

58 Βα 1 = Β+Β1 -Βα2 β. Σε επίχωµα (Βα 2): (κατά Raafatnia 1978): όπου: Βα 1 = Απαιτούµενο πλάτος δασικού δρόµου σε έκχωµα Βα2 = Απαι τούµενο πλάτος δασικού δρόµου σε επίχωµα Β = Πλάτος δασικού δρόµου. Β 1 = Πλάτος τάφρου. Μ 1 = ηµα ηµδ1/2ημ(δ1-α) Μ2 = ηµα ημδ2/2ημ(δ2-α). Κ = Ποσοστό % αύξησης του επιχώµατος (10-50%). 2. Το κεκλιµένο µήκος του πρανούς α. Σε έκχωµα (L1) β. Σε επίχωµα (L2). L1 = Βα1 ηµα/ηµ(δ1-α) L2 = Βα2-ηµαΙηµ(62-α) όπου: L1 = Κεκλιµένο µήκος πρανούς εκχώµατος. L2 = Κεκλιµένο µήκος πρανούς επιχώµατος. δ1= Γωνία κλίσης πρανούς εκχώµατος σε βαθµούς. δ2= Γωνία κλίσης πρανούς επιχώµατος σε βαθµούς. α = Γωνία κλίσης πλαγιάς σε βαθµούς. 3. Τ ο ύψος του πρανούς α. Σε έκχωµα (Υ 1 ): β. Σε επίχωµα (Υ2) Υ1 = ηµδ1-l1 Υ2 = ηµδ1-l2 = Βα1 ηµδ1 ηµα/ηµ(δ1-α) = Βα2-ηµδ2-ηµα/ηµ(δ2-α) όπου: Υ1= Ύψος πρανούς σε έκχωµα. Υ2 = Ύψος πρανούς σε επίχωµα.. 4. Το πλάτoς του πρανούς: α. Σε έκχωµα (Π1): β. Σε επίχωµα (Π2): Π1 =Βα1 Ζ1 Π2 =Βα2 Ζ2 σελ. 58

59 όπου: Π1 = Πλάτος πρανούς σε έκχωµα. Π2 = Πλάτος πρανούς σε επίχωµα Ζ1 = Συντελεστής = ηµα συνδ1/ηµ(δ1-α). Ζ2 = Συντελεστής = ηµα συνδ2/ηµ(δ2-α). [Π1 = Υ1/εδ1 = [(ηµδ1(βα1 ηµα/ηµ(δ1-α))]/εφδ1 = Βα1 ηµδ1 ηµα/ηµ(δ1-α) (ηµδ1/συνδ1)] 5 Η οριζόντια ζώνη που καταλαµβάνει ο δασικός δρόµος α. Σε έκχωµα (ΒΟ 1): β. Σε επίχωµα (Β02): Β01 = (1+Ζ1)-Βα1 Β02 = (1+Ζ2) BA2 Συνολική ΒΟ = ΒΟ 1 +Β02 όπου: ΒΟ1 = Οριζόντια ζώνη που καταλαμβάνει ο δασικός δρόµος σε έκχωμα. ΒΟ2 = Οριζόντια ζώνη που καταλαµβάνει ο δασικός δρόµος σε επίχωµα. Για γνωστή κλίση Πλαγιάς σε βαθµούς, η τιµή των συντελεστών Ζ1 και Ζ2 δίνεται Του µεν Ζ1 στον πίνακα 4 για κλίση πρανούς εκχώµατος 1Ι1 (γαιώδη εδάφη) και 10/1 (βραχώδη εδάφη), του δε Ζ2 στον πίνακα 5 για κλίση πρανούς επιχώματος 1/1.5 (κλίση φυσικού πρανούς).. 6. Η κεκλιμένη ζώνη που καταλαμβάνει δασικός δρόµος: α. Σε έκχωμα (ΒΚ1): β. Σε επίχωμα (ΒΚ2): ΒΚ1 = Βα1 ημδ1/ηµ(δ1-α) ΒΚ2 = Βα2 ηµδ2/ηµ(δ2-α) [Υ1 = ημα ΒΚ1, Υ1 = ημδ1 L1 και ΒΚ1 = ημδ1 L1] Συνολική ΒΚ = ΒΚ 1 +ΒΚ2 7. Το εμβαδόν της διατομής: α. Σε έκχωμα (Ε 1): β. Σε επίχωμα (Ε2): Ε1 = (Υ1/2) Βα1 Ε2 = (Υ2/2) Βα2 = [(Βα1) 2 /2] Κ1 = [(Βα2) 2 /2] Κ2 σελ. 59

60 όπου: Ε1 = Εμβαδόν σε έκχωμα. Ε2 = Εμβαδόν σε επίχωμα. Κ1 = Συντελεστής = ημδ1 ημα/ημ(δ1-α). Κ2 = Συντελεστής = ημδ2 ημα/ημ(δ2-α). Για γνωστή κλίση πλαγιάς σε βαθμούς η τιμή των συντελεστών Κ 1 και Κ2 δίνεται: Του μεν Κ1 στον πίνακα 6 για κλίση πρανούς εκχώματος 1/1 (Γαιώδη εδάφη) και 10/1 (βραχώδη εδάφη), του δε Κ2 στον πίνακα 7 για κλίση πρανούς επιχώματος 1/1.5 (κλίση φυσικού πρανούς). σελ. 60

61 ΠΙΝΑΚΑΣ 4 Κλίση πλαγιάς Ζ1 Παρατηρήσεις Εφα=0.05 1/n Βαθμοί Κλίση πρανούς 1/1 10/1 Z1=ημα*συνδ1/ημ(δ1-α) δ1=1/1=1=50g / δ1=10/1=1/0.1=10= g / / / / / / / / / / / / Ηδασ.<Ηεδ, ΔΗ<0, ΔΗ<Ηορ Π1 = (Β/2+Β1+ ΔΗ/εφα)*Ζ1 Β01 = (1+Ζ1)Β/2+Β1+ΔΗ/εφα Ηδασ.>Ηεδ, ΔΗ>0, ΔΗ<Ηορ Π1=(Β/2+Β1-ΔΗ/εφα)*Ζ1 Β01=(1+Ζ1)(Β1+Β1-ΔΗ/εφα) Ηδασ.=Ηεδ, ΔΗ=0 Π1=(Β/2+Β1)*Ζ1 Β01=Β/2(1+Ζ1) σελ. 61

62 ΠΙΝΑΚΑΣ 5 Κλίση πλαγιάς Ζ2 Παρατηρήσεις Εφα=0.05 1/n Βαθμοί Κλίση 2/3 Z2=ημα*συνδ2/ημ(δ2-α) / δ2=2/3=1/1.5= =66.66% / / / / Ηδασ.<Ηεδ, ΔΗ<0, ΔΗ<Ηορ Π2=(Β/2-ΔΗ/εφα)*Ζ2 Β02=(1+Ζ2)(Β/2-ΔΗ/εφα) / / / / / / / Ηδασ.>Ηεδ, ΔΗ>0, ΔΗ<Ηορ Π2=(Β/2+ΔΗ/εφα)*Ζ2 Β02=(1+Ζ2)(Β/2+ΔΗ/εφα) Ηδασ.=Ηεδ, ΔΗ=0 Π2=Β/2 *Ζ2 Β02=Β/2(1+Ζ2) / σελ. 62

63 ΠΙΝΑΚΑΣ 6 Κλίση πλαγιάς Κ1 Παρατηρήσεις Εφα=0.05 Βαθμοί Κλίση κρανούς 1/1 10/ Κ1=ημδ1*ημα/ημ(δ1-α) δ1=10/1=1/0.1=10= g δ1=1/1=50 g Ηδασ.<Ηεδ, ΔΗ<0, ΔΗ<Ηορ Ε1=1/2{Β/2+Β1+Δh/εφα} 2 * Κ1 Ηδασ.>Ηεδ, ΔΗ>0, ΔΗ<Ηορ Ε1=1/2{Β/2+Β1-Δh/εφα} 2 *Κ1 Ηδασ.=Ηεδ, ΔΗ=0 Ε1=1/2{Β/2+Β1} 2 *Κ1 σελ. 63

64 ΠΙΝΑΚΑΣ 7 Κλίση πλαγιάς Κ2 Παρατηρήσεις Εφα=0.05 Βαθμοί Κλίση 2/ Κ2=ημδ 2 *ημα/ημ(δ2-α) δ 2 =2/3=1/1.5= g =66.66% Ηδασ.<Ηεδ, ΔΗ<0, ΔΗ<Ηορ Ε2=1/2{Β/2-Δh/εφα} 2 * Κ2 Ηδασ.>Ηεδ, ΔΗ>0, ΔΗ<Ηορ Ε2=1/2{Β/2+Δh/εφα} 2 *Κ2 Ηδασ.=Ηεδ, ΔΗ=0 Ε2=1/2{Β/2} 2 *Κ Σύνταξη προγράμματος Η/Υ Με βάση τις σχέσεις υπολογισμού των στοιχείων των κατά πλάτος τομών (Σχ5) συντάχτηκε πρόγραμμα για Η/Υ, που ονομάστηκε «Δασικός δρόμος 2». σελ. 64

65 σελ. 65

66 σελ. 66

67 σελ. 67

68 4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 4. 1 Αποτελέσματα για τη δημιουργία ΨΜΕ Τα ψηφιακά μοντέλα εδάφους αποτελούν την εξέλιξη των κλασικών χαρτών. Από τους αναλογικούς χάρτες βρισκόμαστε πλέον στους ψηφιακούς που κύριο χαρακτηριστικό τους δεν είναι μόνο η δυνατότητα οπτικοποίησης τους αλλά ο δυναμικότερος χαρακτήρας τους. Δεν παραμένουν πια στατικοί αποκρυσταλλομένοι σ' ένα φύλλο χάρτη αλλά μπορούν να εκφραστούν με διάφορες επιθυμητές μορφές και ακόμη περισσότερο να δώσουν αυτοματοποιημένα στοιχεία για τα επιμέρoυς κομμάτια τους, δημιουργώντας μια αμφίδρομη επικοινωνία με το χρήστη. Έχοντας δημιουργήσει τον ψηφιακό χάρτη έχουμε στη διάθεσή μας ένα ισχυρό εργαλείο για τη εκπόνηση μελετών ανάπτυξης και σχεδιασμού. Ανάλογα πλέον με τις ανάγκες μας μπορούμε να αναπτύξουμε στον ψηφιακό χάρτη τα φαινόμενα που μας ενδιαφέρουν ή να αντλήσουμε πληροφορίες γι' αυτά. Μπορούμε να αναπτύξουμε π.χ. έναν κτηματολογικό χάρτη, έναν δασοπονικό χάρτη ή έναν περιβαλλοντικό χάρτη με όλα τα πλεονεκτήματα των ψηφιακών χαρτών και να τον χρησιμοποιήσουμε για άντληση πληροφοριών, ή να τον προωθήσουμε στα συστήματα GIS για παραπέρα εκμετάλλευση ή ακόμα να δημιουργήσουμε έναν κλασικό αναλογικό χάρτη Δασοτεxvικά έργα Με βάση το ΨΜΕ σχεδιάζουμε τα δασοτεχνικά έργα που μας ενδιαφέρουν (σχ7) με σημαντικότερο πλεονεκτήματα από τις κλασικές μεθόδους. Κατ' αρχήν, ο χρόνος συλλογής στοιχείων μειώνεται σημαντικά αφού είναι διαθέσιμα ψηφιακά και για οποιοδήποτε σημείο της επιφάνειας μας ενδιαφέρει. Τα στοιχεία αυτά επεξεργάζονται πολύ πιο γρήγορα από τον Η/Υ και αποδίδονται σε όλες τις διαθέσιμες μορφές. Το τελικό αποτέλεσμα δίνεται είτε γραφικά είτε αριθμητικά, επιτρέποντάς μας ευκολότερα να εκτιμήσουμε την αποτελεσματικότητα των λύσεων. Επιπλέον, υπάρχει και η δυνατότητα άμεσων διορθώσεων και αλλαγής του σχεδιασμού σε οποιοδήποτε στάδιο, κάτι που για να συμβεί στο παρελθόν έπρεπε να επανασχεδιασθεί όλη η σελ. 68

69 μελέτη από την αρχή. Αυτά τα χαρακτηριστικά τελικά μας επιτρέπουν να ερευνήσουμε για τη βέλτιστη λύση έχοντας ταυτόχρονα στη διάθεσή μας τα αποτελέσματα εφαρμογής της. Επίσης, πέρα από οποιουσδήποτε υπολογισμούς, υπάρχει η δυνατότητα να εκτιμήσουμε τις επιπτώσεις και τις ανάγκες των επιλογών μας κυρίως πάνω στο περιβάλλον, ώστε να διαλέξουμε όχι απλά την πιο οικονομική αλλά και την πιο συμβατή περιβαλλοντικά λύση Διάνοιξη δρόμων Στην εφαρμογή της διάνοιξης δρόμων στη δασολογία με τη χρήση ΨΜΕ, υπάρχει η δυνατότητα άμεσης εφαρμογής και σχεδιασμού του οδικού δικτύου σε μια ευρύτερη περιοxή. Με τη χρήση του ΨΜΕ μπορεί άμεσα να υπoλoγισθεί η υπάρχουσα πυκνότητα αλλά και η άριστη πυκνότητα Χάραξη δρόµων Η χάραξη των δρόµων, χρησιµoπoιώvτας τα ΨΜΕ, αποτελεί τη σημαντικότερη εφαρμογή στα δασοτεχνικά έργα λόγω της ανάγκης για µακροσκελείς υπολογισμούς και γραφικό σχεδιασµό. Μία από τις βασικότερες δυσκολίες που εντοπίζονται στις κλασικές µεθόδους αφορά στην περίπτωση αλλαγών, αφού για να πραγματοποιηθούν θα πρέπει ουσιαστικά να επανασυλλεχθούν στοιχεία και να επαναϋπολογισθεί όλη η διαδικασία σχεδιασμoύ του δρόµου. Με τη χρήση των ΨΜΕ έχουµε πλέον την αποδέσμευση από τη συλλογή στοιχείων αφού όλα είναι οργανωμένα ψηφιακά και διαθέσιµα ανά πάσα στιγµή. Η χάραξη στο χάρτη του δασικού δρόµου είναι σήµερα πολύ πιο εύκολη αφού µε τη βοήθεια του υπολογιστή µάς υποδεικνύεται η πορεία του δρόµου σύµφωνα µε τις παραµέτρους που έχουµε ορίσει (π.χ. κλίση) ώστε να σχεδιάσουµε την άριστη χάραξη. Επίσης έχοντας στη διάθεσή µας και διάφορα άλλα στοιχεία, όπως δασοπονικά, γεωλογικά, περιβαλλοντικά αλλά και τις ανάγκες του δασικού συμπλέγματος µπορούµε να σχεδιάσουµε τη χάραξη ικανοποιώντας παράλληλα τα όποια κριτήρια έχουν τεθεί. σελ. 69

70 Περνώντας κατόπιν από την προµελέτη στη µελέτη έχοντας στη διάθεσή µας ήδη τα ψηφιακά στοιχεία αλλά και την υπολογιστική ισχύ του Η/Υ µπορούµε πλέον να ολοκληρώσουμε τη µελέτη συντοµότερα και ακριβέστερα Σχεδιαστικές εφαρμογές Με τη χρήση των Η/Υ και τη δημιουργία του ΨΜΕ οδηγούμαστε προς τον ψηφιακό χάρτη που μας δίνει ξεχωριστές δυνατότητες, οι οποίες αναπτύσσονται και στον τομέα του σχεδίου. Οι Η/Υ όχι απλά μας ανοίγουν ένα ευρύ πεδίο στον τομέα του σχεδιασμού προσφέροντάς μας αφάνταστα περιθώρια αλλά -ιδιαίτερα σημαντικό- μας παρέχουν την ικανότητα τρισδιάστατου και προοπτικού σχεδιασμού. Με τα ΨΜΕ μπορούμε πλέον να αναπαραστήσουμε την επιφάνεια στον ψηφιακό χώρο τρισδιάστατα. Παρόμοια μπορούν να γίνουν αναπαραστάσεις έργων που σχεδιάζουμε όχι µόνο ανεξάρτητες αλλά και ενταγµένες στο χώρο που θα κατασκευασθούν. Στην ουσία πρόκειται για ένα βήµα στο χρόνο αφού µας δίνει µια εικόνα των έργων στον µέλλον, ενταγµένα στο χώρο τους όταν κατασκευασθούν. Αυτό φαίνεται στο ακόλουθο σχήµα όπου έχει σχεδιαστεί η εικόνα ενός µελλοντικού δρόµου. Ακόµη, µας δίνεται η δυνατότητα να επιλέξουµε την οπτική γωνία παρατήρησης ή ακόµα να δοκιµάσουµε µια περιήγηση σ' ένα έργο ή µια υποτιθέµενη διαδροµή σ' ένα δρόµο που έχουµε σχεδιάσει Η δυνατότητα αυτή µπορεί να χρησιµοποιηθεί για περαιτέρω έλεγχο των έργων, για τυχόν λάθη στο σχεδιασµό τους ή ακόµα για την ευκολότερη αντίληψη της υπό µελέτη επιφάνειας και των χαρακτηριστικών της. σελ. 70

71 Ο µέσος όρος της υψοµετρικής διαφοράς εδάφους ερυθράς µε πυξίδα και Ψ.Μ.Ε για όλα τα σηµεία (64 σηµεία) που λήφθηκαν είναι 0,01. Η µέγιστη υψοµετρική διαφορά εδάφους ερυθράς είναι ίση µε 2, 67 cm ενώ η µικρότερη είναι σχεδόν µηδενική 0,02 cm. Οι διαφορές των απολύτων υψοµέτρων σε µέτρα ανά 100 µέτρα είναι -0,54µ και οι διαφορές της κλίσης της ερυθράς από τη µία χιλιοµετρική θέση στην άλλη είναι 0,02% µε πυξίδα και ΨΜΕ. Η µεγαλύτερη διαφορά κλίσης ερυθράς παρατηρείται ίση µε 1,67% ενώ η µικρότερη µε διαφορά σχεδόν αµελητέα 0,03 %. Ο μέσος όρος της διαφοράς της κλίσης των πλευρών της πολυγωνικής με πυξίδα και Ψ.Μ.Ε είναι 0,14%. Ο μέσος όρος της διαφοράς του απολύτου υψομέτρου πυξίδας με Ψ.Μ.Ε στις κορυφές πολυγωνικής είναι 0,87μ. Η μεγαλύτερη διαφορά κλίσης παρατηρείται να είναι ίση με 12% ενώ αντίθετα σελ. 71

72 η μικρότερη είναι μηδενική. Ο μέσος όρος (Μ.Ο) των διαφορών των εγκάρσιων κλίσεων (%) με πυξίδα και ΨΜΕ για ένα αριθμό διατομών 65 είναι κατάντη -3 (μέγιστη τιμή - 29) και ανάντη 4 (μέγιστη τιμή 18) Τέλος δείκτης οικονομικότητας της μελέτης αποτελεί η σύγκριση του πίνακα χωματισμών με πυξίδα και ΨΜΕ. 4.2 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ GPS Α Το μέσο αριθμητικό σφάλμα (μ α ) του απόλυτου υψομέτρου Η υπολογίσθηκε σε +/ για το G.P.S., σε +/- 4,9627 για το αλτίμετρο και +/- 1,5994 για το κλισίμετρο. Το μέσο τετραγωνικό σφάλμα (μ τ ) του απόλυτου υψομέτρου Η υπολογίσθηκε σε +/ για το G.P.S., σε +/- 5,4038 για το αλτίμετρο και +/- 1,7070 για το κλισήμετρο. Τελικά το μέσο τετραγωνικό σφάλμα του μέσου όρου ανέρχεται σε +/- 1,7397 για το G.P.S., σε +/- 0,7567 για το αλτίμετρο και σε +/- 0,2390 για το κλισίμετρο. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, κατά τη διάρκεια της υψομετρικής αποτύπωσης του δασικού δρόμου με το GPS, απορρίφθηκαν 12 μετρήσεις (ποσοστό 19%), που παρουσίαζαν μεγάλο σφάλμα, επειδή εμποδίζονται από δέντρα στο κρασπεδό του δρόμου. Το μέσο αριθμητικό και τετραγωνικό σφάλμα των μετρήσεων των υψομέτρων με G.P.S. αποκλίνει κατά 129% σε σχέση με τις μετρήσεις των υψομέτρων με αλτίμετρο και κατά 628% σε σχέση με τις μετρήσεις των υψομέτρων με κλισίμετρο. σελ. 72

73 Έρευνες που έγιναν στο παρελθόν και αφορούσαν την υψομέτρηση με G.P.S. χειρός υπολόγισαν μέσο αριθμητικό και μέσο τετραγωνικό σφάλμα +/- 11,199 και +/- 11,6148 [5], καθώς και +/- 14,856 και +/- 19,786 αντίστοιχα. Β 4.3 Αποτελέσματα προγράμματος Η/Υ για την μέτρηση των όγκων εκχωμάτων Με σκοπό αφενός την εφαρµογή των µοντέλων µε τα οποία υπoλoγίζoνται οι όγκοι των εκχωµάτων και επιχωµάτων που παράγονται κατά την κατασκευή των δασικών δρόµων και µε σκοπό αφετέρoυ την εξαγωγή των σχετικών συµπερασµάτων, χρησιµοποιήθηκαν τα στοιχεία ένδεκα (11) κατά πλάτoς τοµών και πραγµατοποιήθηκαν τα εξής, (Πίνακας 8): σελ. 73

74 σελ. 74

75 σελ. 75

76 1. Με βάση τα στοιχεία του πίνακα 8, υπολογίστηκαν τα εµβαδά των εκχωµάτων και των επιχωµάτων µε τα αντίστοιχα µοντέλα ως εξής, (Πίνακας 9): α. Σχεδιάστηκαν οι κατά πλάτος τοµές µε κλίµακα 1:100 και εµβαδοµετρήθηκαν τα εκχώµατα και τα επιχώµατά τους µε το ηλεκτρονικό εµβαδόµετρο Planix Τα απoτελέσµατα των µετρήσεων δίνονται στις στήλες 2 και 5 του πίνακα 9 (γραφικός υπολογισµός), β. Χωρίς να σχεδιαστούν οι κατά πλάτος τοµές υπολογίστηκαν τα εµβαδά των εκχωµάτων και των επιχωµάτων µε εφαρµογή των προγραµµάτων µε Η/Υ, δηλαδή του προγράµµατος «Δασική οδός 4» και «Δασικός δρόµος 2», τα αποτελέσµατα των οποίων δίνονται αντίστοιχα στις στήλες 3 και 6 (2ο µοντέλο - αναλυτικός υπολογισµός ) και στις στήλες 4 και 7 (3ο µοντέλο - αναλυτικός υπολογισµός ) του πίνακα Υπολογίστηκαν οι µέσοι όγκοι των εκχωµάτων και επιχωµάτων ανά τρέχον µέτρο δασικού δρόµου για κάθε µοντέλο. τα αποτελέσµατα των οποίων δίνονται αντίστοιχα για κάθε µοντελο στις στήλες 8 και 11, 9 και 12, 10 και 13 του πίνακα 9. Σύγκριση των µοντέλων. Τα αποτελέσµατα από τον υπολογισµό των εµβαδών των επιφανειών στις κατά πλάτος τομές δείχνουν τα εξής: 1. Το 1 ο μοντέλο, για την ίδια εγκάρσια κλίση πλαγιάς και γα διαφορετική υψομετρική διαφορά δασικού δρόµου και εδάφους, δίνει διαφορετικό εµβαδόν εκχωµάτων και επιχωµάτων. π.χ. οι διατοµές 1 και 4 (στήλη 1) δίνει διαφορετικά εµβαδά εκχωµάτων (στήλες 2 και 3) και διαφορετικά εμβαδά επιχωμάτων (στήλες 5 και 6) του πίνακα 9, ενώ έχουν την ίδια εγκάρσια κλίση της πλαγιάς, 45%. Αντίθετα το 3ο για την ίδια εγκάρσια κλίση της πλαγιάς δίνει πάντα τα ίδια εμβαδά εκχωμάτων και επιχωμάτων. Π.χ. οι διατομές 1 και 4 (στήλη 1) δίνουν τα ίδια εμβαδά εκχωμάτων ( στήλη 4) και τα ίδια εμβαδά επιχωμάτων (στήλη 7) του πίνακα 9, και την ίδια εγκάρσια κλίση πλαγιάς, 45%. Το γεγονός αυτό οφείλεται στους εξής λόγους: Στη μεν περίπτωση του 1 ου και 2 ου μοντέλου η κατακόρυφη μετάθεση σελ. 76

77 (υψομετρική διαφορά δρόμου και εδάφους) και επομένως και η οριζόντια μετάθεση του καταστρώματος του δασικού δρόμου είναι δεδομένη από τη μηκοτομή του εδάφους για κάθε εγκάρσια κλίση πλαγιάς. Τις περισσότερες φορές συμβαίνει η κατακόρυφη μετάθεση να είναι διαφορετική για την ίδια εγκάρσια κλίση πλαγιάς. Στη δε περίπτωση του 3 0υ μοντέλου η κατακόρυφη μετάθεση και επομένως και η οριζόντια μετάθεση του καταστρώματος του δασικού δρόμου υπολογίζεται και είναι η ίδια για την αυτή εγκάρσια κλίση της πλαγιάς. Το 1 ο και 2 ο μοντέλο δίνουν αποτελέσματα τόσο για μικτές διατομές (διατομές 1 και 6, στήλη 1), όσο και για διατομές σε πλήρες έκχωμα (διατομή 7, στήλη 1) και σε πλήρες επίχωμα (διατομή 9), (Πίνακας 9 και στήλες 2, 3, 5 και 6). Ενώ το 2ο μοντέλο δίνει αποτελέσματα πάντα μικτών διατομών και οι τυχόν διατομές σε πλήρες έκχωμα ή σε πλήρες επίχωμα υπολογίζονται ως μικτές διατομές. Τα αποτελέσματα από τον υπολογισμό των μέσων όγκων των κατά πλάτος τομών δείχνουν τα εξής:.1. Ο υπολογισμός των μέσων όγκων των εκχωμάτων και επιχωμάτων με γραφικό τρόπο (1 Ο μοντέλο) και με το πρόγραμμα Η/Υ «δασική οδός4» ( 2ο μοντέλο, αναλυτικός υπολογισμός) δίνει σχεδόν την αυτή ποσότητα όγκων εκχωμάτων και επιχωμάτων ανά τρέχον μέτρων δασικού δρόμου και μέση τιμή, η οποία ανέρχεται για το 1o µοντέλο σε 9,88 κ.µ/τρχ µέτρ και για το 2 Ο μοντέλο σε 9,86 κ.μ/ τρχ. μετρ για τα εκχώματα (στήλες 8 και 9 ) και για τα επιχώματα ανέρχεται αντίστοιχα σε 6,56 και 6,50 κ.μ/ τρχ.μέτρ. δασικού δρόμου ( στήλες 11 και 12), του πίνακα Ο υπολογισμός των μέσων όγκων των εκχωμάτων και επιχωμάτων με το πρόγραμμα Η/Υ «δασικός δρόμος 2» (3 Ο μοντέλο, αναλυτικός υπολογισμός) δίνει αποτελέσματα τα οποία αποκλίνουν από τις αντίστοιχες τιμές του 1 ου και 2 ου μοντέλου. Η μέση τιμή των όγκων των εκχωμάτων και των επιχωμάτων στο 3 Ο μοντέλο ανέρχεται αντίστοιχα σε 8,34 κ.μ/ τρχ. μετρ. Και 3,75 κ.μ/ τρχ. μετρ. δασικού δρόμου, (στήλες 10 και 13) του πίνακα Η αναλογία της µέσης τιµής των όγκων των επιχωµάτων και εκχωµάτων ανά τρέχον µέτρο δασικού δρόµου για κάθε µοντέλο ανέρχεται σε: σελ. 77

78 1 ο μοντέλο Επίχ/Έκχ. = 1/ ο μοντέλο Επίχ/Έκχ. = 1/ ο µοντέλο Επίχ/Έκχ. = 1/ 2.22 Με βάση το 3ο μοντέλο η αναλογία της µέσης τιµής των όγκων των εκχωµάτων και των επιχωµάτων ανέρχεται σε: Έκχωµα 3ο/2ο/1ο = 1 / 1. 18/1.18 Επίχωuα 3ο/2ο/1ο = 1.73/1.75 Από τις παραπάνω διαπιστώσεις προκύπτουν τα εξής: 1. Το 2 Ο μοντέλο (πρόγραμμα Η/Υ «δασική οδός 4») είναι πλεονεκτικότερο στην εφαρμογή του, διότι δίνει αποτελέσματα υψηλότερης ακρίβειας από το 1 ο και 3 ο μοντέλο και επιτυγχάνεται μεγαλύτερη οικονομία χρόνου απ ότι στο 1 ο μοντέλο. 2. Το 3ο µοντέλο καθίσταται πλεονεκτικότερο του 1 ου και 2 ου για την περίπτωση που επιδιώκονται κατ εκτίµηση εναλλακτικές λύσεις σχεδιασµού δικτύων δασικών δρόµων και µεµονωµένων δασικών δρόµων και όταν δεν απαιτείται για τις εναλλακτικές λύσεις ο υπολογισµός των υψοµέτρων του δασικού δρόµου και του εδάφους. Μειονεκτεί όµως σε σύγκριση µε τα δυο άλλα μοντέλα, όταν πρόκειται για ένα ακριβή υπολογισµό των όγκων των εκχωµάτων και επιχωµάτων. Ως προς την απλότητα εφαρµογής του 3 0υ µοντελου και την εξοικονόµηση χρόνου κατά την επεξεργασία των στοιχείων των κατά πλάτος τοµών, πλεονεκτεί σε σύγκριση µε το 1ο µοντέλο και είναι εξίσου σημαντικό όπως και το 2 ο μοντέλο. 4.4 Αποτελέσματα του σχεδιαστικού προγράμματος ΑUTOCAD Ψηφιοποιώντας τις ισοϋψείς του χάρτη που έχουμε εισάγει στον Η/Υ και με τις παραδοχές που έχουμε δώσει στο πρόγραμμα (κλίση <6%, απόσταση σημείων 20m),το πρόγραμμα σχεδιάζει την ισοκλινή που θα ενώσει το αρχικό με το τελικό σημείο που έχουμε επιλέξει(εικ 10). Επίσης έχουμε και σε έναν πίνακα (Πιν 10) τις συντεταγμένες των κορυφών της ισοκλινούς. σελ. 78

79 ΠΙΝΑΚΑΣ 10. Σημεία Συντεταγμένες σημείων Χ Υ Ζ Απόσταση Κλίση Α Τ σελ. 79