23.10.2009 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEODETSKI FAKULTET Zavod za geomatiku, Katedra za državnu izmjeru Značaj državne izmjere za pouzdanu geodetsku infrastrukturu prostornih podataka Tomislav Bašić tomislav.basic@geof.hr ; tomislav.basic@cgi.hr HKOIG, 2. simpozij ovlaštenih inženjera geodezije, Opatija, 23. 25. listopada 2009. Uvodne činjenice... Zadnjih 10 15 godina napravljen je veliki napredak u području osnovnih geodetskih radova u Hrvatskoj: Definiranje i realizacija novog položajnog (HTRS96), gravimetrijskog (HGRS03) i visinskog (HVRS71) referentnog sustava RH, 2004. godine, odluka Vlade (NN, 110/2004), Definiranje HRG2000 plohe geoida 2000. godine i prve verzije T7D GRID modela za HTRS96/HDKS transformaciju 2006. godine, Uspostava CROPOS sustava za precizno pozicioniranje i navigaciju krajem 2008. godine (DGU, http://www.cropos.hr/),... HKOIG - 2. simpozij Opatija, 23.- 2 1
HTRS96 Europski terestički referentni sustav za epohu 1989.0 (European Terrestrial Reference System 1989) skraćeno ETRS89, utvrđuje se službenim nepromjenjivim i o vremenu neovisnim položajnim referentnim koordinatnim RH Elipsoid GRS80 (a = 6378137.00 m, μ = 1/298.257222101) određuje se službenim matematičkim modelom za Zemljino tijelo u RH Položajna mreža koju čini 78 osnovnih trajno stabiliziranih geodetskih točaka čije su koordinate određene u ETRS89, određuje se osnovom položajnog referentnoga koordinatnog sustava RH Položajnom referentnom koordinatnom sustavu RH u kojem su koordinate 78 osnovnih geodetskih točaka određene 1996. godine određujesenazivhrvatski terestrički referentni sustav za epohu 1995.55 skraćeno HTRS96. 3 EUREF94 CROREF96 10kmGPS HTRS96 1994. 1996. 1997. i 2001. + brojne GPS (GNSS) mreže gradova, za potrebe katastarskih izmjera, većih inženjerskih radova,... 4 2
HGRS03 Referentni sustav za određivanje ubrzanja sile teže čiju osnovu čini međunarodna gravimetrijska standardna mreža (International Gravity Standardisation Network 1971 IGSN71, određuje se gravimetrijskim referentnim sustavom RH Referentnim nivo elipsoidom za određivanje normalnog polja ubrzanja sile teže u RH određuje se GRS80 elipsoid s pripadajućim fizikalnim parametrima: GM = 398600.5x10 9 m 3 s 2, ω = 7.292115x10 5 rads 1 Osnovna gravimetrijska mreža koju čini 6 trajno stabiliziranih točaka apsolutne gravimetrijske mreže i 36 trajno stabiliziranih točaka gravimetrijske mreže I. reda, na kojima je ubrzanje sile teže određeno đ u IGSN71 određuje đ seosnovom gravimetrijskog referentnog sustava RH Gravimetrijskom referentnom sustavu RH u kojem je ubrzanje sile teže na 42 točke osnovne gravimetrijske mreže određeno 2003. godine određujesenazivhrvatski gravimetrijski referentni sustav 2003 skraćeno HGRS03. 5 HVRS71 Ploha geoida koja je određena srednjom razinom mora na mareografima u Dubrovniku, Splitu, Bakru, Rovinju i Kopru u epohi 1971.5 određuje se referentnom plohom za računanje visina u RH Visinska mreža koju čine trajno stabilizirani reperi II. nivelmana visoke točnosti čije su visine određene u sustavu (normalnog) Zemljinog polja sile teže, određuje se osnovom visinskog referentnog sustava RH Visinskom ii referentnom sustavu RH, određenom na temelju srednje razine mora, određuje se naziv Hrvatski visinski referentni sustav za epohu 1971.5 skraćeno HVRS71. 6 3
23.10.2009 HRG2000, T7D, CROPOS HKOIG - 2. simpozij Opatija, 23.23.- 7 European mapping - Reference data for Europe s SDI Cadastre Addresses Geog. Names Administrative units Height River networks Roads & other transport networks Orthoimagery Topographic layer Geodetic system HKOIG - 2. simpozij Opatija, 23. 23.-- 8 4
Radovi državne izmjere u 2009. godini Zbog toga što se: jedinstveni transformacijski model HTRS/HDKS, definiran 2006. godine, temeljio na premalo i nepravilno po teritoriju RH raspoređenih identičnih točaka (<2000), ponegdje i loše kvalitete podataka (posebno za visine), detaljni model geoida HRG2000 odnosi na stari visinski datum ( Trst ), određen je bio na temelju relativno malog broja mjerena,a nedostajala je njegova nezavisna procjena kvalitete, potpisan je između Državne geodetske uprave i Geodetskog fakulteta krajem listopada 2008. godine Ugovor o izvođenju razvojno istraživačkog projekta Novi model geoida Republike Hrvatske i poboljšanje T7D modela transformacije. Konačni rezultati tog projekta glavna su tema ovog predavanja. 9 Računanje novog geoida HRG2009 Spomenimo najvažnija poduzeta istraživanja: analiza recentnih globalnih geopotencijalnih modela (GGM) baziranih na CHAMP i GRACE misijama te posebno EGM2008rješenja, j prikupljanje i kontrola kvalitete znatno većegbrojapodatakazasilutežu kreiranje i provjera 3''x3'' DMR a iz podataka Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) za potrebe računanja visokofrekventnog dijela spektra Zemljina polja ubrzanja sile teže, uspostava Osnovne gravimetrijske mreže, EUVN i EUVN_DA (kontrola), analiza razlika visina između starog i novog visinskog datuma, uspostava preko 500 novih GNSS/Nivelmanskih točaka diljem kopnenog dijela RH za potrebe bolje apsolutne orijentacije novog geoida, ali i nezavisne ocjene kvalitete HRG2000, konačno računanje nove plohe geoida HRG2009 (srpanj rujan 2009.). 10 5
Definiranje GNSS/Niv. točaka 2009. godine CROPOS h N N h H 11 Pokrivenost VIP signalom pri određivanju GNSS/Niv. točaka RTK (plavo) 452 Statika (crveno) 86 19% 12 6
Nezavisna kontrola kvalitete HRG2000 geoida 13 Provjera kvalitete EGM2008 modela geoida EGM2008 (9km) < EGM96 (55 km) GNSS/Niv Model geoida (495) Minimum Maksimum Raspon Sredina Stand. dev. EGM96 (360x360) 1.868 0.064 1.932 1.177 0.250 EGM2008 (2160x2160) 1.073 0.712 0.361 0.890 0.048 14 7
g podaci i DMR (3"x3" i 1x1 SRTM) podaci 15 Kolokacija po najmanjim kvadratima (LSC) Reducirana opažanja (remove): C 0 = 30.03 mgal 2 s cov g M gg' C s C ( P, Q) A g n3 n 1 s ( n 2)( n B) n2 n P (cos ) x L ( T ) L ( T ) L ( T ) n i i i EGM i RTM LSC definira aproksimaciju: ~ ' T ( P) C T P (C D) -1 x Resultat (restore): ~ L ~ j ( T ) L j( T ') L j( TEGM ) L j( T gdje su linearni funkcionali: T T 2 ; g T r r 1 T r ; RTM 1 T r cos ) i (1) (2) (3) (4) 16 8
23.10.2009 Kako je izračunan HRG2009? g REZ g SLZ g EGM 2008 g RTM n=30639 Sredina Stand. dev. Minimum Maksimum ggrs80 g EGM2008 g RTM g REZ 11.58 29.20 130.71 166.47 15.45 28.55 102.79 163.12 4.14 13.18 142.69 62.58 0.276 5.491 14.994 14.996 HKOIG - 2. simpozij Opatija, 23.23.- 17 Kako je izračunan HRG2009? N REZ N GNSS / NIV N EGM 2008 N RTM n=495 NGNSS/NIV / NEGM2008 NRTM NREZ Sredina 44.548 45.438 0.134 1.024 1.100 1.081 0.030 0.062 Minimum 40.414 41.429 0.089 1.271 Maksimum 46.666 45.517 0.247 0.899 Stand. dev. HKOIG - 2. simpozij Opatija, 23.23.- 18 9
HRG2009 N HRG2009 N HRG2009 NN HRG2000 Sredina 44.151 0.533 Stand. dev. 2.060 0.537 Minimum 36.807 0.483 Maksimum 50.262 3.660 19 Kontrola kvalitete HRG2009 geoida 20 10
Transformacija Metode transformacije koje se danas najčešće razvijaju za potrebe korisnika s različitim zahtjevima po pitanju točnosti su: Metoda transformacije točnost Napomena 1 «Simple Block Shift» metoda 10 m Smanjena točnost 2 Transformacija Molodenskog 5 m Smanjena točnost 3 3D slična 7 parametarska transformacija 1 m Srednja točnost 4 GRID metoda 0.1 0.3 m Povećana točnost U 2006. godini razvijen je za potrebe HDKS/HTRS96 transformacije jdi jedinstveni imodel dlkji koji uključuje č j konformnu 7 parametarsku transformaciju i modeliranje distorzije, iskazane zajedno kao Hrvatska GRID metoda. Iako je već tada ostvarena visoka točnost transformacije, glavna mana je bila nedovoljno identičnih točaka u obadva sustava, koje su k tome bile loše raspoređene po teritoriju RH. 21 DGU progušćenje točaka za transformaciju 2009. godine N=2000 N=5500 CROPOS 22 11
7 parametarska (3D slična) transformacija (T7) Uz uvjet da su Eulerovi kutovi rotacije koju sekundu, odnos između dva 3D kartezijeva koordinatna sustava možemo u potpunosti definirati jednostavnom 7 parametarskom transformacijom koju čine 3rotacije, 3translacije te 1promjena mjerila. X ' X X ' 6 Y Y (1 m10 ) R Z ' Z Y Z Z Z R z 1 R R R y z R 1 z R x R R 1 x y R y Y (X, X,Y, Y,Z) su parametri translacije, R matrica rotacije, i m mjerilo (u ppm parts per million ). X X R x Y Važna napomena: Iako je ovom metodom moguća i transformacija visina, direktna transformacija visina korištenjem modela geoida općenito je jednostavnija i točnija! 23 T7 47 n = 5200 Transformacijski Ocjena točnosti parametri (m (HRG2009) 0 =0. 804 m) 46 Translacija: Tx 546.616 m ±0. 593 m Ty 162.375 m ±0. 657 m Tz 469.482482 m ±0. 586 m Geografska širina u stupnjevim ma Rotacija: Rx 5.90498 '' ±0. 0189 45'' Ry 2.07397 '' ±0. 0218 '' Rz 11.50994 '' ±0. 0187 '' Mjerilo: μ 4.43885 ppm ±0. 075 ppm Točnost (rms): po po λ po h Horizontalno (2D) Trodimenzionalno (3D) 0. 533 m 0. 587 m 0. 129 m 0. 793 m 0. 804 m 44 43 42 209 V. XXIII. XXV. 212 208 213 465 195 196 210 211 207 206 247 249 XIV. 248 466 184 194 199 253 197 182 183 193 252 250 198 201 251 192 186 189 187 190 191 188 286 288 289 287 290 291 293 292 294 299 VI. 297 298 295 302 296 301 300 303 306 304 307 II. 309 281 312 285 313 314 315 316319 317 321 322 323 XXII. 31 32 33 34 35 36 37 Geografska duljina od Ferra u stupnjevima 305 308 24 12
Položajna distorzija HDKS a po (m) po (m) 25 Distorzija visina (H=h N) i Trst HVRS71 N=6748 Trst HVRS71 Mean 21.0 cm St.dev. 6.6 cm Min 5.0 cm Max 41.1 cm 26 13
Modeliranje distorzije... Kolokacija po najmanjim kvadratima (LSC) je tehnika koja u promatranoj točki uzima uz pomoć funkcije kovarijance u obzir utjecaj distorzije susjednih točaka ovisno o udaljenosti od promatrane točke. U slučaju računanja distorzijskog GRID a, cilj je koristiti slučajno raspoređene podatke da bi se procjenile komponente distorzije (δ,δλ) u svakom čvorištu GRID a (udaljenost između svaketočke i čvorišta GRID a je poznata). 5 6 d 5 d 6 4 d 4 d 1 d 3 3 1 d 2 2 Linearna jednadžba za predikciju distorzije glasi: gdje su: C l C D ˆ C C 1 l l D Cd Cd Cd Cd Cd C C C C C C C l 1 2 3 4 5 d 6 0 Cd 12 C d13 C d14 C d15 C d16 d 21 C 0 C d 23 C d 24 C d 25 C d 26 d 31 C d32 C 0 C d 34 C d35 C d 36 d 41 Cd 42 Cd 43 C0 Cd 44 Cd 45 d 51 Cd 52 Cd 53 Cd 54 C0 Cd 56 d Cd Cd Cd Cd C0 61 62 63 T 1 2 3 4 5 6 64 65 27 GRID transformacija GRID Korekcija za φ,λ Nepoznati parametri transformacije u točki P računaju iz poznatih transformacijskih parametara u najbližim točkama GRID a. Za računanje transformacije geodetske širine δφ P i geodetske dužine δλ P u nekoj točki obično se koristi metoda bi linearne interpolacije: P a0 a1 X a2y a3xy φ Interpolirana vrijednost (δφ,δλ ) (δφ,δλ ) 4 4 3 3 φ 4 T4 T3 φ P P (δφ,δλ ) P P (δφ,δλ ) (δφ,δλ ) 1 1 2 2 φ 1 T1 T2 λ 1 λ P λ 2 λ gdje su: P b0 b1 X b2y b3 XY a 0 1 1 2 1 a a2 4 a 1 3 1 3 2 4 b0 1 1 2 1 b b2 4 b 1 3 1 3 2 4 X Y P 1 / 2 1 P 1 / 4 1 28 14
Složena transformacija T7 N=5200 L S C G R I D D Točnost (rms): po po λ po H Horizontalno (2D) Prostorno (3D) 4.1 cm 4.1 cm 0.1 cm 5.8 cm 5.8 cm 29 Kontrola transformacije visina T7D programom HVRS71 Trst 30 15
HRG2009 ukazao na područja s problematičnim visinama!!! 31 HRG2009 ukazao na područja s problematičnim visinama... 32 16
Problem s visinama na Pelješcu (10/2009) Broj Vlak Poligon Naselje Novi datum [m] POČETNI REPER: BP 541 63 XV DOLI 133.556 ZADNJI REPER: 19342 1006 XV DOLI 152.214 SMJER NIVELIRANJA: BP 541 > 19342 > BP 541 [m] DUŽINA NIV.VLAKA: VLAKA: 700 POČETNA VISINA: 133.556 KRAJNJA VISINA: 133.5571 ODSTUPANJE: 0.00109 IZMJERENA VISINA REPERA 19342: 151.9954 RAZLIKA SLUŽBENE I IZMJERENE VISINE: 0.219 Broj Vlak Poligon Naselje Novi datum [m] POČETNI REPER: BP 554 63 XV DOLI 56.522 ZADNJI REPER: 19343 1006 XV DOLI 64.624 SMJER NIVELIRANJA: A 554 > 19343 > A 554 [m] DUŽINA NIV.VLAKA: 270 POČETNA VISINA: 56.522 KRAJNJA VISINA: 56.52188 ODSTUPANJE: 0.00012 IZMJERENA VISINA REPERA 19343: 64.3187 RAZLIKA SLUŽBENE I IZMJERENE VISINE: 0.305 33 Zaključak Razvojem i konačnim definiranjem T7D rješenja na temelju bitno gušćeg polja identičnih točaka i novog geoida HRG2009, na raspolaganju je hrvatskim geodetima vrlo pouzdan jedinstveni model transformacije između HTRS96 (ETRS89) i HDKS, kao i između HVRS71 i Trst datuma za kompletni teritorij Hrvatske. Točnost položajne transformacije iznosi 5 10 cm, dok je točnost transformacije visina bolja od 5cmnanajvećem dijelu RH. Ispravni smisao (smjer) za položajnu transformaciju s T7D softverom je HDKS = HTRS96, što znači za transformaciju starih podataka u novi položajni referentni sustav RH! S obzirom na izuzetnu točnost HRG2009 geoida (kojega cm), trebalo bi ozbiljno razmisliti gdje bismo sve mogli uz pomoć GNSS/Geoid niveliranja efikasno i jeftino dodati i treću koordinatu (visinu) kao svoj obogaćeni proizvod? Važno za korisnike CROPOS sustava je da se vrlo skoro planira uključivanje kako transformacije položaja tako i visina u poruci CROPOS signala (Transformer), tako da će npr. direktno na terenu moći primati H umjesto h! Pritom treba u slučaju CROPOS/HRG2009 niveliranja voditi računa o načinu mjerenja h (RTK rješenje ponekad pleše i 20 tak cm). 34 17
23.10.2009 Zaključak... Po pitanju visinskog sustava RH, odmah treba započeti s Projektom novog nivelmana visoke točnosti, koji će trebati uspostaviti u što kraćem vremenskom razdoblju (3 5 godina) i samo na teritoriju Hrvatske (ako je to moguće) ali i koji će pratiti nova definicija plohe geoida (srednje razine moguće), mora) na temelju aktualnijih mareografskih mjerenja i u okviru kojega će se pored niveliranja obavezno obavljati gravimetrijska i GNSS (CROPOS) mjerenja. Na temelju svega do sada ostvarenog u području osnovnih geodetskih radova nesumnjivo se može ustvrditi da su stvoreni vrlo dobri i međunarodno kompatibilni temelji za uspješnu nadogradnju geodetske i svih drugih infrastuktura prostornih podataka. podataka No jednako se tako mora reći da je i dalje izuzetno bitno nastaviti s održavanjem, obnovom i modernizacijom svih sastavnica državne izmjere, jer bez mm geodezije nema ni dobre geodezije, pa ni geoinformatike. HKOIG - 2. simpozij Opatija, 23.23.- 35 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GEODETSKI FAKULTET Zavod za geomatiku, Katedra za državnu izmjeru H V A L A N A P A Ž NJ I! www.cgi.hr/radovi.htm 18