9.2 METÓDY MERANIA POLOHOPISU A VÝŠKOPISU

Transcript

1 9.2 METÓDY MERANIA POLOHOPISU A VÝŠKOPISU Polohopis a výškopis môžeme mera v oddelených technologických postupoch merania, alebo naraz jedným meraním, ktoré má mnoho obmien a variantov. S meraním polohopisu sme sa už oboznámili v predchádzajúcich kapitolách. Meranie výškopisu terénu má svoje osobitné zákonnitosti, ktorými sa zaoberá odbor geodézie topografia. Výškopisné útvary sa nedajú exaktne zobrazi ako napr. polohopisný geometrický útvar (štvorec, rovnobežky a pod.), ale dá sa zobrazi pomocou množiny efektívne zvolených bodov výškopisu. V závislosti na mierke mapy a lenitosti terénu, môžeme len charakterizova ten-ktorý terénny útvar. Poet podrobných bodov výškopisu volíme s ohadom na morfológiu terénu, predpokladanú hustotu vrstevníc, presnos ich zobrazenia a mierku mapy a poda toho, i výškopis bude konštruovaný programom na PC alebo manuálne. ím bude terén lenitejší a ím budú vyššie požiadavky na presnos výškopisu, tým bude potrebná aj väšia hustota podrobných výškopisných bodov, ako aj dômyselnejšia ich voba. Na podrobné meranie polohopisu a výškopisu používame niekoko metód a ich obmien. Volíme ich poda lenitosti terénu, jeho prehadnosti a mierky, v ktorej má by vyhotovená mapa. Z najdôležitejších metód si uvedieme: plošnú niveláciu a tachymetriu Plošná nivelácia Plošná nivelácia sa používa na urenie výškopisnej zložky mapy, alebo výšok množiny bodov v rovinatom území, ke je známa poloha bodov (doplovanie polohopisu výškopisom), alebo sa urila iným spôsobom (štvorcovou sieou, profilmi a pod.). Vhodne sa aplikuje pri zameriavaní úprav rovinných plôch inžinierskych stavieb s malým potom vertikálnych prekážok (budovy, krovie a pod.). Najjednoduchšie využitie plošnej nivelácie je pri doplnení polohopisu mapy o výškopis. Polohovým podkladom môže by tiež fotoplán. Vtedy identifikujeme v prírode a na mape (fotopláne) sie bodov, ktorú výškovo uríme nivelaným prístrojom alebo teodolitom (pri meraní s vodorovnou zámerou). Výšky bodov uríme z vhodne stabilizovaného a odmeraného výškového bodového poa. Vypoítané výšky identifikovaných bodov sa vpíšu do polohopisu mapy, ím dostaneme kótovanú mapu. Na podklade kót, v prípade potreby, vykonštruujeme vrstevnice poda zásad, ktoré si podrobnejšie uvedieme pri tachymetrii (kap. 9.42). Obr Plošná nivelácia s polohovým Obr Plošná nivelácia štvoruholníkovej 223

2 urením bodov profilmi siete Výškové meranie plošnou niveláciou môžeme vykona aj profilovaním územia. Profily rozmiestnime tak, aby sme pomocou nich o najlepšie vystihli terén. Polohu profilov situane vyjadríme vo vzahu k polygónovej sieti zastaniením prieseníkov s polygónovými stranami. Na obr sú vedené profily kolmo k polygónovej strane. Pri terénnych prácach súasne s meraním prevýšenia urujeme stanienia podrobných bodov. Pri projektoch menšieho rozsahu v rovinatom území znázorujeme výšky a celý topografický tvar terénu tiež pomocou štvoruholníkovej siete. V teréne rozložíme sie priamok v pravidelných odstupoch v dvoch na seba kolmých smeroch. Prieseníky priamok zastabilizujeme kolíkmi, ím dostaneme pravidelnú sie bodov, ktorú ahko polohopisne prenesieme do mapy. Na celej ploche výšky jednotlivých kolíkov uríme niveláciou (obr. 9.19). Nivelané meranie pripojíme bu na najbližší bod ŠNS, alebo na zvolenú zrovnávaciu rovinu. Niekedy rozmiestnená sie poda tvaru projektovaného diela tvorí aj geometrický základ na vytýenie stavby. Technológiu merania plošnou niveláciou a výpoet výšok podrobných bodov si bližšie nepopisujeme z dôvodov, že je totožná s meraním geometrickou niveláciou. Zámery stranou úelne vkladáme medzi zámery nazad a napred. Maximálne džky zámier volíme poda zväšenia alekohadu použitého nivelaného prístroja a vyžadovanej presnosti výsledkov merania Tachymetria Na súasné polohové a výškové urovanie bodov metódou polárnych súradníc používame prevzatý názov tachymetria, ktorý v preklade znamená rýchle meranie. Na tachymetrické meranie môžeme v podstate použi každý univerzálny teodolit, t.j. teodolit vybavený diakomernými ryskami (Reichenbachov diakomer). Okrem týchto prístrojov existujú alšie prístroje optické a elektronické diakomery, ktoré sa výhodne zapájajú do tachymetrického merania. Poda druhu použitého diakomera pomenovávame aj tachymetriu: - tachymetria univerzálnym teodolitom (napr. Zeiss THEO 020 A, Meopta nazýva nitková alebo inžinierska tachymetria, c T 1, Wild T1 at.) sa - pri použití diagramového diakomeru (napr. Zeiss DAHLTA 010 A, MOM Ta-D41 at.) je to diagramová tachymetria, - názov presná tachymetria je urený na tachymetrické meranie dvojobrazovými autoreduknými diakomermi (napr. Zeiss Redta 002 at.), - z alších druhov diakomerov do tachymetrických prác môžeme úelne zapoji telemetre (Zeis BRT 006) a hlavne elektronické teodolity, z ktorých napr. prístroj Elta 4 sa už svojím názvom elektronický tachymeter prezentuje ako prístroj na tachymetrické meranie. Princípy merania a obsluhy jednotlivých diakomerov sú uvedené v príslušných odsekoch 5. kapitoly, z ktorých poda potreby vyberieme odvodené výsledné vzahy Terénne práce v tachymetrii Tachymetrické stanoviská predstavujú body základného a podrobného polohového bodového poa, ktoré boli vybudovali poda Inštrukcie NP-2703/1993. Prístroj na stanovisku scentrujeme a zhorizontujeme a odmeriame výšku prístroja h p nad bodom. Poda druhu použitého prístroja (diakomera) pre každý tachymetricky urený bod meriame prvky: 224

3 1. vodorovný uhol ω, ktorý uruje polohu tachymetricky odmeraného bodu od východiskového smeru ureného bodom polohového bodového poa, 2. vzdialenos po odmeraný bod s, ktorú uríme prostredníctvom latového úseku, 3. výškový uhol β (zenitový uhol z), alebo prevýšenie h, 4. výšku ciea predstavuje ítanie na strednej l s (= h c ) alebo základnej ryske. Postup merania nitkovou tachymetriou Pri zameraní nového bodu ítame údaje na diakomerných ryskách l d, l n a na strednej ryske (l s ) (obr. 9.20) a obidva uhly (vodorovný a výškový uhol). Z týchto veliín vypoítame vodorovnú vzdialenos a prevýšenie: 2 1 s = K l cos β ; h = K l sin 2β, resp s = K l sin z ; h = K l sin 2z, (9.10) 2 kde l = l h l d a výšku bodu P : H P = H + h ± h l. (9.11) A p s Znamienko prevýšenia h je súhlasné so znamienkom uhla, resp. riadi sa vekosou zenitového uhla. Obr Nitková tachymetria V snahe zjednoduši a urýchli meraský výkon v teréne a tiež aj výpoty tachymetrického zápisníka, používame rôzne postupy pri vyíslení rovníc (9.10). Uvedieme si ich po rozdelení tachymetrického výkonu na úkon diakomerný a výškomerný. 225

4 a/ b/ c/ Obr Spôsoby ítania latového úseku a/ nastavenie l d na celý decimeter, b/ nastavenie l s na celý decimeter, c/ meranie s vodorovnou zámerou 1. Zacielime dolnou ryskou na celý meter (decimeter) a ítame údaje dolnej, strednej a hornej rysky. Na kruhoch ítame vodorovný a zenitový uhol (obr 9.21a, body 520 a 521 v tachymetrickom zápisníku). 2. Zacielime dolnou ryskou na celý meter (decimeter) a ítame latový úsek, ktorý po prenásobení konštantou K = 100 zapíšeme do zápisníka ako odmeranú vzdialenos (obr. 9.21a, bod x1 v tachymetrickom zápisníku). Pohybovkou výškového kruhu premiestnime strednú rysku na najbližší celý decimeter a ítame l s a obidva uhly (ω a z)(obr. 9.21a). 3. V prípadoch, ke nám to dovolí rozsah laty, meriame s vodorovnou zámerou. Na výškovom kruhu nastavíme β = 0 g (z = 100 g ), na ryskách ítame údaje l d, l s a l h a vodorovný uhol (obr. 921c), bod x2 v tachymetrickom zápisníku). V prípade, že prístroj má nivelanú libelu, využijeme ju pri meraní s vodorovnou zámerou. 226

5 4. Ak nie je možné íta údaje l d alebo l h na urenie džky (meranie v priestoroch s vegetaným krytom a pod.), do merania džky zapojíme strednú rysku a násobnú konštantu K = 200 (bod x3 v tachymetrickom zápisníku). V naznaených postupoch merania sme si všimli, že vodorovné a výškové uhly meriame v jednej polohe alekohadu. Preto pred tachymetrickým meraním si overujeme vekos kolimanej a hlavne indexovej chyby prístroja. Ak indexová chyba prístroja i > 1 (3 c ), vykonáme jej rektifikáciu, alebo ju zohadníme pri odmeraných výškových uhloch. V priebehu merania (poda potreby pred každým ítaním výškového uhla) kontrolujeme urovnanie indexovej libely. Správnos odmeranej osnovy smerov na podrobné body overujeme kontrolnou zámerou na východiskový smer. ítanú hodnotu zaznamenávame do tachymetrického zápisníka. Ak rozdiel medzi ítanými hodnotami je väší ako 2 (6 c ), považujeme meranie za zaažené hrubou chybou a je potrebné ho zopakova. Preto v priebehu merania niekokokrát kontrolujeme orientáciu osnovy smerov. Postup merania diagramovou tachymetriou Výsledkami merania diagramovou tachymetriou sú vodorovná džka s, prevýšenie h a vodorovný uhol. Ako sme si ukázali v kap , k diagramovým tachymetrom sa dodávajú špeciálne laty, ktoré majú znaku približne v úrovni, do ktorej sa stavia prístroj. U prístroja Zeiss DAHLTA je znaka vo výške l d = 1,40 m. Ak h p = l d, potom výšku bodu P uríme poda rovnice: H = H h. (9.12) P A ± Meranie s h p = l d nie je podmienkou a ani sa nedá vždy dodrža. V tachymetrickom zápisníku je ukážka zápisu odmeraných hodnôt prístrojom DAHLTA. Postup merania presnou tachymetriou Ako sme si už uviedli, názov presná tachymetria patrí technológii merania s dvojobrazovými diakomermi. Výsledkami merania poda použitého diakomeru je vodorovná alebo šikmá džka a výškový uhol. Výšku bodu P vypoítame poda rovnice: H P = H + h + s cot gz h. (9.13) A p c U prístroja Zeiss Redta 002 vyísovanie rovnice (9.13) uahuje priame ítanie hodnoty funkcie cotangens na stupnici vertikálneho kruhu, ako aj cielenie na výšku prístroja (h p = h c ). Džky zámier pri tachymetrickom meraní sa riadia druhom použitého prístroja. Pri podrobnom mapovaní vo vekých mierkach džky zámier by nemali presiahnu hodnoty 100 až 150 m (obr. 9.22), pri použití ET 300 m. Podrobné body íslujeme priebežne íslicami od 1 do 999. Po dosiahnutí ísla v íslovaní pokraujeme od jednotky. Obr íslovanie podrobných bodov 227

6 Meranie elektronickými teodolitmi Elektronické teodolity sú vybavené aplikanými meracími programami s možnosou voby výslednej formy odmeraných údajov. Napr. TPS System Leica má možnos pretvori odmerané údaje na priestorové súradnice x, y, H. Za týmto úelom je potrebné pred meraním uloži do pamäti teodolitu súradnice bodového poa z priestoru tachymetrického merania Voba podrobných bodov Body v teréne volí vedúci technik. Umiestuje ich na objektoch, ktoré sú zahané do polohopisu a na charaketristických miestach terénneho reliéfu. Pri metódach polohopisného merania sme podrobne vyznaili predmety merania polohopisu. Na plošné objekty rozmiestujeme podrobné body tak, aby sme poda ich zamerania mohli rekonštruova geometrický tvar objektu. Napr. budovu zameriame minimálne troma bodmi. Objekty, ktoré svojou vekosou sú nezobrazitené v mierke mapy a vyznaujú sa konvennou znakou, zameriame jedným bodom. Na líniových stavbách rozmiestujeme body ako u profilov. Odstupy medzi bodovými radmi volíme tak, aby v mierke mapy boli od seba vo vzdialenosti 20 až 40 mm. Odmerané body sa bez vanášacej pomôcky (rune) zakresujú do meraského nártu a postupne sa zapájajú do situanej kresby (kap. 9.11). Na výškopisné znázornenie terénu vyšetrujeme kostru terénu vyjadrenú chrbátnicami, údolnicami a hranami. Na kostre terénu potom volíme podrobné body, ktoré vhodne doplujeme alšími bodmi. Chrbátnica je iara spájajúca všetky najvyššie položené miesta terénneho útvaru (obr. 9.23). Údolnica je iara spájajúca všetky najnižšie položené miesta vhbeného terénneho útvaru. K údolnici z obidvoch 228

7 Obr Základné terénne útvary znázornené vrstevnicami a kostra terénu A B C D hlavný chrbát 1 kopa 9 príkre úpätie E F G vedajší chrbát 2 svahová kopa 10 nánosový kuže H J hlavné údolie 3 sedlo 11 úžabina J V U vedajšie údolie 4 výnelok 12 zráz 5 odpoinok 13 strž 6 svahový chrbát 14 údolie s rovným dnom 7 rebro 15 údolný zárez 8 pozvoné úpätie strán smerujú spádnice. Typickými údolnicami sú vodné toky (obr. 9.23). Hrany sú iary v teréne, ktoré vznikajú pri styku dvoch plôch. Môžu by prirodzené (napr. zlomy terénu), alebo umelé (pri násypoch, výkopoch a pod., obr. 9.24). Keby sme si pri meraní nevšímali kostru terénu a zameriavali uvovone rozložené body, zobrazenie terénu by nebolo správne a nevystihlo by skutoný tvar terénu. Na obr sú íslami 1 až 15 vyznaené základné terénne úpravy, ktoré v zásade rozdeujeme na útvary vyvýšené (vypuklé) a na útvary vhbené (vyduté). Na každom vyvýšenom útvare rozlišujeme hornú as, iže temeno, strednú as úboie (svah) a spodnú as úpätie. Jednotlivé terénne útvary sa v prirodzenom teréne vyskytujú v súvislých komplexoch ako výsledok geologických a fyzikálnych initeov na utváranie zemského povrchu. Zoskupenie útvarov nie je náhodné, jednotlivé terénne útvary navzájom súvisia poda uritých pravidiel. Obr Hrany terénu vytvorené zemnými prácami Rovnako ako podrobné polohopisné body aj body urené na vyjadrenie výškopisu zakresujeme do meraského nártu (obr. 9.25). Pri meraní výškopisu do meraského nártu zaznamenávame ísla bodov a súasne zakresujeme kostru terénu. Spádnice a charakteristický priebeh vrstevníc vyjadrujeme tvarovými iarami. Poda záznamov v meraskom nárte vykonávame neskôr konštrukciu polohopisu a riešenie výškopisu. Podrobný bod, ktorý volíme ako kótovaný bod, odmeriame na dvoch miestach laty a v meraskom nárte ho oznaíme zakrúžkovaním ísla. Hustota odmeraných podrobných bodov závisí na tvare terénu, mierke mapy a potrebnej presnosti znázornenia terénu. Pri softvérovom riešení vrstevníc sa vyžaduje väšia hustota podrobných bodov najmä na vyvýšených a vhbených terénnych útvaroch. Orientaný poet podrobných bodov na 1 ha je uvedený v tab. 9.1: 229

8 Poet podrobných bodov na 1 ha (orientane) Tabuka 9.1 Ú z e m i e Mierka 1:500 1:1000 1:2000 vemi lenité, kopcovité do mierne lenité, rovinné Obr Meraský nárt tachymetrického merania v mierke 1: Organizácia terénnych prác v tachymetrii Najhospodárnejšie zloženie meraskej aty je 1+1+3, t.j. vedúci technik organizuje postup tachymetrického merania, volí podrobné body na polohopisných objektoch a na terénnom reliéfe, a ich polohu zakresuje do meraského nártu; technik meria prístrojom; jeden z pomocníkov zapisuje odmerané údaje do zápisníka a dvaja pomocníci poda pokynov vedúceho signalizujú merané body zvislo postavenou latou. Pri meraní ET odmerané údaje registrujeme a optimálne zloženie meraskej aty je Technik scentruje a zhorizontuje prístroj na bode vybudovaného podrobného polohového bodového poa a na zvolený bod bodového poa zorientuje osnovu meraných smerov nastavením nuly na vodorovnom kruhu. Ke sa orientaný smer signalizoval meraskou latou, technik si zvolí 230

9 ubovoný ostro zobrazený bod ako orientaný bod (OB), na ktorom v priebehu merania námatkovo kontroluje orientáciu osnovy smerov. Odmerané veliiny sa postupne zapisujú do tachymetrického zápisníka. U nitkovej tachymetrie je vhodný postup merania: íta sa meraná džka a údaj laty na strednej ryske, potom technik pri prístroji dá znamenie o ukonení merania podrobného bodu a íta vodorovný a výškový uhol, pri ktorom kontroluje urovnanie indexovej libely. V priebehu merania na jednej lati, sa pomocník s druhou latou premiestuje poda pokynov vedúceho technika na alší podrobný bod. V prípadoch, ke obaja pomocníci sú pripravení na meranie, smerom k prístroju je otoená len tá lata, na ktorú má nasledova meranie. Postavenie lát predstavujúce podrobné body volí vedúci technik priebežne pre polohopisné a výškopisné body. Zaznamenáva ich rune do meraského nártu a oznauje rovnakým íslom, ktoré sa prideuje bodu v tachymetrickom zápisníku. Vhodná je kontrola oznaenia meraných podrobných bodov, napr. u každého desiateho bodu zdvihnutím ruky a pod. Zapisovate v priebehu merania kontroluje úplnos meraných veliín a pripravuje tachymetrický zápisník na výpoet. Po skonení merania technik kontroluje orientáciu smerov, odmeraný kontrolný údaj sa zapisuje do zápisníka. V prípadoch, ke sa merajú tzv. tachymetrické polygóny, u ktorých džky polygónových strán a prevýšenia sa získavajú z odmeraných tachymetrických veliín medzi susednými polygónovými bodmi, doporuuje sa meraské laty podoprie opornou tyou. Pevnejšie postavenie laty zvyšuje presnos ítania Výpoet tachymetrického zápisníka Pri výpote tachymetrického zápisníka vychádzame z daných výšok podrobného polohového bodového poa a odmeraných veliín, ktoré sa menia poda použitého druhu tachymetrie. Výpoet u diagramovej tachymetrie je najjednoduchší, pretože meriame vodorovné vzdialenosti a výšky bodov vyíslime jednoduchou rovnicou (9.12). U dvojobrazovej autoreduknej tachymetrie potrebujeme len prevýšenie h = s cotg z a zaradi ho do rovnice (9.13). Pri elektronickej tachymetrii nie sú potrebné žiadné výpoty. Zápisník z terénneho merania predstavuje zoznam súradníc odmeraných bodov, ktoré spolu s meraským nártom sú podkladom na konštrukciu vektorovej mapy. 9.3 PRESNOS PODROBNÉHO MERANIA Presnos výsledkov podrobného merania závisí od mnohých initeov, predovšetkým od použitej metódy merania a prístrojového vybavenia, od úelnej voby podrobných bodov a ich hustoty, od svedomitosti s akou sme vykonali meraské a grafické práce. Posudzovanie presnosti merania vykonávame pomocou empirických stredných chýb, ktoré porovnávame s krajnými odchýlkami. Presnos polohopisu Presnos originálu základnej mapy posudzujeme poda hodnoty krajnej odchýlky medzi priamo odmeranou vzdialenosou dvoch ubovoných podrobných bodov a vzdialenosou, odmeranou na origináli mapy. Hodnoty krajných odchýlok Tabuka 9.2 Trieda presnosti mapovania (mierka mapy) Krajná odchýlka v [m] pre džky do 50 m nad 50 m 231

10 3. (1:1000) 4. (1:2000) 5. (1:5000) 0,45 0,95 2,00 0,55 1,05 2,30 Pri tachymetrickom meraní polohopisu najväší vplyv na presnos polohopisu má chyba v meraní džok, pretože uhlovú presnos teodolitu ani nie je možné využi pri vynášaní podrobných bodov. Pri nitkovej tachymetrii je potrebé poíta s polohovou chybou, vyplývajúcou z pomernej džkovej chyby m s : s = 1/250 a u diagramovej tachymetrie 1/500. Znamená to, že body vo vzdialenosti s = 100 od stanoviska prístroja sa uria s neistotou ± 20 až 40 cm. Pri strmých zámerách a nepriaznivých atmosferických podmienkach (silný vietor, vibrácia a pod.) polohová neistota môže dosiahnu hodnotu až 1 m. Pri použití ET sa vyžaduje, aby výsledky meraní boli minimálne v 3. triede presnosti. Presnos výškopisu Presnos výškopisu hodnotíme poda strednej chyby výšok podrobných bodov m H, strednej chyby výškového rozdielu m h a strednej polohovej chyby vrstveníc m p. Presnos výškopisu závisí od toho, i meriame s vodorovnou alebo sklonenou zámerou. Pri vodorovnej zámere uríme výšky bodov s presnosou ako u technickej nivelácie. S ohadom na dlhšie zámery stredná chyba výšok bude ma hodnotu 10 až 20 mm. Pri sklonených zámerách sú výškové chyby väšie a rastú úmerne so sklonom zámier β. Podrobné body výškopisu odmerané geodetickými metódami urujeme s presnosou charakterizovanou strednou chybou výšky bodu m H danou hodnotami (na nespevnenom povrchu): Dtredná chyba výšky bodu Tabuka 9.3 Mierka mapy m H 1:1000 0,12 m 1:2000 1:5000 0,17 Strednú chybu výškového rozdielu vrstevníc najastejšie vyjadrujeme v tvare Koppeho rovnice: m h = a + b tgα, (9.14) alebo v tvare Raabovej rovnice: ( b m a 2 h = + tgα, (9.15) kde a, b sú konštanty pre urité územie, alebo mapové listy, α je priemerný sklon príslušného územia. Veliiny a, b sa urujú pre oblas zobrazenú vrstevnicami empiricky, priom veliina a predstavuje zložku chyby m h pre vodorovné územie a veliina b tgα zložku chyby m h závislú od sklonu terénu. Krajné odchýlky vo výške vrstevnice zobrazenej v tužke pri kontrolnom meraní sú uvedené v tab Stredná polohová chyba vrstevníc m p sa uvádza v tvare: m p = b + a cot gα. (9.16) Vznikla zo vzahu (9.14) jeho prenásobením cotg α. Pozostáva z dvoch zložiek, prvá vyjadruje strednú polohovú chybu vrstevnice pre zvislý (vemi strmý) terén (ke α = 100 g cotg α = 0) a druhá závisí od sklonu α. Krajné odchýlky m h vo výške vrstevnice Tabuka 9.4 Mierka mapy Prehadný terén Terén s porastom 232

11 1:1000 0, ( 1,4 tgα 0, ( 2,7 tgα 1:2000 0, ( 2,4 tgα 0, ( 4,5 tgα 1:5000 0, ( 5,1 tgα 0, ( 9,6 tgα Vyíslenie rovnice pre príslušný uhol sklonu terénu α vykonáme poda koeficienta a a b z tab [m] 233