Božo Koler UL, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Ljubljana UVAJANJE SODOBNEGA VIŠINSKEGA SISTEMA V SLOVENIJI Strokovno izobraževanje geodetov - 2011
Vsebina 1. Uvod 2. Sodobni višinski sistemi 3. Gravimetrična izmera 4. Izmere nivelmanskih mrež na območju Slovenije 5. Model geoida 6. Vertikalni datum 7. Zaključki
1. Uvod Zakaj nove izmere, če imamo stare podatke? Kaj bomo pridobili? Slabosti: o Heterogenost nivelmanske mreže (čas, vrsta podatkov), o ni podatkov o merjenem težnem pospešku. o Elipsoidne višine? o Popravki manjši od vertikalnih premikov. o Kvaliteta in zanesljivost??? Prednost: o Nizek strošek. Cilj kako? Ustrezna višinska osnova za izvajanje geodetskih del. o Upoštevati priporočila EUREF, o normalne višine, o vključevanje v EVRS. Novi geoid določitev geoidnih višin GNSS-višinomerstvo
1. Uvod Koordinatni sistem horizontalni (položaj) vertikalni (višine) o Ločitev pogojena zgodovinsko (višine so neločljivo povezane s težnostnim poljem Zemlje). o Višine: o fizikalne (dinamična, ortometrična, normalna), o geometrijske (elipsoidna). o Cilj: o Geometrijske višine Fizikalne višine
1. Uvod Povezava nivelman težnost!
2. Sodobni višinski sistemi C = W W = g δl P 0 P k k k= i j Geopotencialna kota (C) Dinamična P Ortometrična C D P H P = γ ref 0 H P CP = g' Normalna C N P H P = γ h H h = H + N N geoidna višina geoid elipsoid
2.1 Lastnosti sodobnih višinskih sistemov Pogoj Geop. kota Dinam. višine Ortom. višine Norm. višine Norma. ort. viš. Elips. višine Enolične Da Da Da Da Ne Da Neodvisne od predpostavk Da Da Ne Da Da Da Mali popravki Ne Ne Nekateri Da Da / Višina Nivojska ploskev Da Da Ne Ne Ne Ne SI enota Ne Da Da Da Da Da Geometrična razl. Ne Ne Da Da Ne Da Referenčna plos. Geoid Geoid Geoid Kvazigeoid NN ploskev Refer. elips. Višina GNSS Ne Ne Da (N) Da (ζ) Da /
3. Gravimetrična izmera Zakaj določiti g? 1. Geofizika o Določitev ploskve geoida, o geotektonika/vertikalni premiki, o Zgradba notranjosti Zemlje, o Geologija & raziskave rudnin. 2. Metrologija o Kalibracija relativnih gravimetrov, o povezava kilograma z naravnimi konstantami.
3.1 Izmera osnovne gravimetrične mreže Slovenije Gravimetrična mreža: Vključene: 6 absolutnih točk (0.red) 4 hrvaške točke 29 relativnih točk (1.red) 1 avstrijska točka
3.1.1 Absolutne gravimetrične točke o 1990-2000 stabiliziranih in izmerjenih 6 absolutnih gravimetričnih točk. Kluže Pohorje Bogenšperk Sevnica Socerb Gotenica o Natančnost : 10-9 g ( g 10, xxx xxx xx m/s²), o 1 µgal, o 10 absolutnih meritev, o določitev ekscentrov in vertikalnih gradientov.
3.1.2 Relativne gravimetrične točke o 31 točk jugoslovanske osnovne gravimetrične mreže (9 uničenih), o vključenih 18 točk, o 11 novih točk (mnenje geologa).
a) Stabilizacija relativnih točk a1) Betonski stebri a2) Kovinski čepi
b) Izvedba meritev o Rel. gravimeter SCINTREX CG-3M, o natančnost: 5 µgal. o Kalibracija na hrvaški kalibracijski bazi: Zagreb Maksimir, Zagreb Slijeme (~151 mgal), o 44 delovnih dni (5.9. 9.11. 2006). o Transport instrumentov (~17.000 km) o terenska ekipa: 3 ljudje. o Plan meritev: (metoda merjenja, o začetna točka, geometrijski lik). o Pripravljen instrument (hod, ura, o temp.kompenzacija, nula senzorja ).
3.2 Obdelava meritev a) Popravek zaradi plimovanja trdne Zemlje o Bergerjevi popravki (1969) plimni potencial (položaj, čas) odšteje vpliv Sonca in Lune. b) Popravek zaradi gibanja Zemljinih polov o Kompenzira dolgoročne vplive zaradi spremembe trenutnega položaja pola glede na srednji pol CIO (Conventional International Origin). c) Redukcija za višino instrumenta o Vertikalni gradient normalnega težnega pospeška (0,3086 mgal/m). d) Popravek zaradi vpliva atmosferskega tlaka o Sprememba tlaka sprememba mase zračnega stolpa. e) Redukcija opazovanj za dnevni hod instrumenta
3.3 Izravnava gravimetrične mreže Analiza absolutnih gravimetričnih meritev gravimetrični datum Referenčni standardni odklon: ˆ o ( SGU1+ HGI1) = 9. µ σ 5 v: -9.9 do 22.7 µgal Natančnost določitve pospeška: 2.6 5.6 µgal Gal IGSN 71 (International Gravity Standardization Network 1971)
3.3.1 Ocena natančnosti Ocena natančnosti a-priori Instrument SGU1 [μgal] Instrument HGI1 [μgal] 7.4 7.7 Oba Instrumenta [μgal] 9. 2 Opomba Iz razlik dvojnih meritev Iz zapiranja gravimetričnih likov a-posteriori 7.7 7.2 9.5 Prosta izravnava 10.5 9.2 10.3 Dane točke Natančnost določitve pospeška: 3.0 6.2 µgal
4. Izmere nivelmanskih mrež na območju Slovenije 0 4 / a) Avstro-Ogrska izmera (1873-1895/734 km/ σ mm km )
0 1.2 / b) I. NVN (1946-1957/1084 km/ σ mm km)
σ 0 1.2 mm / km c) II. NVN (1971/688 km/ )
I T A L I J A A V S T R I J A C-907 2870 C-152 5486 2 PN305 FR-1014 S L O V E N I J A 1 MIV 31a/6 7 MLVIII MXXIX 4.1 Temeljna višinska mreža Slovenije 6 3 FR-1049 4 2753 3694 FR-3052 5 FR-3020 H R V A Š K A H Višinski sistem in vertikalni datum: o Normalne ortometrične višine, o vertikalni datum Trst, o ničelna nivojska ploskev, določen1875 previsoka: 8.99 cm (1901) 18.5 cm (1969), o normalni reper No 394 (FR 1049). Legenda II. Nivelman visoke natančnosti (II. NVN) Nivelman I.reda B I H σ = 0.64 mm / km $ Z σ = 0 0.88 mm / km
4.2 Nova nivelmanska mreža Slovenije o 2460 km (nivelmanske zanke) o 1930 km (nivelmanski poligoni)
4.3 Nivelmanska izmera 4.3.1 Izbira instrumentarija in pribora a) Nivelir o Natančnost niveliranja do 0.5 mm/km dvojnega nivelmana po podatkih proizvajalca (DIN 18723 ali ISO 17123-2). o Stativ toga postavitev ni vertikalnih premikov (redno preverjanje privojnih vijakov ali zaponk). b) Nivelmanske late o Preizkušene invarne nivelmanske late (1 x letno). o DIN 18717 izpolnjene tudi naslednje zahteve: peta late in os razdelbe morata biti pravokotni ( <5 ) + ravno podnožje ( 0.02 mm) centrično postavljanje (nastavek), pogrešek začetka razdelbe (ničla) late < 0.05 mm/0.09 mm (par nivelmanskih lat) sodo število stojišč/ reperna lata. c) Stojala, podnožke, termometer...
4.3.2 Navodila za izmero a) Priprava instrumentarija in pribora b) Preizkus instrumenta c) Niveliranje Nepravilno! Pravilno! d) Postavljanje nivelirja in nivelmanske late
4.4 Razdelitev in oštevilčevanje Višji red o Nivelmanska mreža I. reda, o nivelmanska mreža MP Koper, o nivelmanska mreža II. reda, o mestna nivelmanska 9004 mreža I. reda MA 01 Nižji red o Nivelmanske mreže III. in IV. reda, o Mestne nivelmanske mreže II. reda 5486 Oštevilčevanje reperjev 9003 N112057 9002 9000 9001
4.5 Izmera nove nivelmanske mreže 7 nivelmanskih zank/723 km (37%)-nivelmanskih poligonov 7 OP 506 2870 2879 19 OP 562 2+ 3/-11.3 mm 31a/6 CP 412 FR 1014 MN 101 A107 6+ 7/12.2mm MLVII MLVIII 58 C152 9 MN 3 2054
4.5.1 Statistični podatki o izmeri Število Min/max dolžina Povprečna dolžina Nivelmanske zanke Nivelmanski poligoni Nivelmanske linije 7 (4) 134 km/213 km 176 km 16 6 km/129 km 38 km 751 19 m/1670 m 750 m
4.5.2 Odstopanja obojestransko merjenih nivelmanskih linij 30 25 20 15 10 5 0 Odstotek nivelmanskih linij do -3,5-3,5 do -3-3 do -2,5-2,5 do -2-2 do -1,5-1,5 do-1-1 do-0,5-0,5 do 0 0 do 0,5 0,5 do 1 1 do 1,5 1,5 do 2 2 do 2,5 2,5 do 3 3 do 3,5 Odstopanje obojestransko merjenih višinskih razlik na kilometer
4.5.3 Odstopanja pri zapiranju nivelmanskih zank in nivelmanskih poligonov Odstotek nivelmanskih poligonov Odstotek nivelmanskih zank 50 60 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 0-10 10-20 20-30 0-5 5-10 10-15 15-20 20-25 Odstotek dejanskega odstopanja glede na dopustno odstopanje Odstotek dejanskega odstopanja glede na dopustno odstopanje
4.5.4 A priori ocena natančnosti a) Odstopanj obojestransko merjenih nivelmanskih linij b) Odstopanj pri zapiranju nivelmanskih zank σ L 2 1 ρ = = 4n L d 0.23mm 0.61mm σ Z 2 1 = f = n Z d 1.66 mm / 0.61mm
4.5.5 A posteriori ocena natančnosti a) Izravnava nivelmanske zanke b) Izravnava nivelmanskih poligonov [ pvv] $ σ 0 = = r 0.85mm σ$ 0 = 0.02mm 0.79mm σ H = 0.99mm 7.33mm σ H = 0.02mm 3.81mm
5. Model geoida o Rešitev iz leta 2000: kolokacija po MNK (anomalije težnosti in odkloni navpičnice).
5.1 Lastnosti obstoječe rešitve o Višinska orientacija izračunane ploskve geoida opravljena na 163 "GPS/nivelman" točkah, zelo neenakomerno razporejenih po območju Slovenije. o Uporabljene so bile nadmorske višine teh točk iz časa pred preračunom višinske mreže Slovenije leta 2000. o Nehomogena natančnost določitve višin teh točk, nadmorskih kot tudi elipsoidnih. o Odstopanja interpoliranih geoidnih višin in "merjenih" (N=h- H) tudi do 28 cm (na posameznih območjih države). o Vključena v programski paket SITRA.
5.2 Analiza modela geoida a)trigonometrično višinomerstvo o 533 točk o -0.22 m do 0.28 m 781 točk b) Geometrični nivelman o 248 točk o -0.12 m do 0.26 m 5200000 5150000 5100000 5050000 400000 450000 500000 550000 600000 0.28 0.26 0.24 0.22 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0-0.02-0.04-0.06-0.08-0.1-0.12-0.14-0.16-0.18-0.2-0.22
5.3 Dela na novem geoidu o Gravimetrične, nivelmanske in GNSS-meritve na točkah za vpetje geoida: čez 700 novih vrednosti g-ja (od leta 2007), 370 GPS/nivelman točk (od leta 1995). o Vzpostavitev dveh modelov DMV za ožje in širše območje izračuna, koordinate grida v sistemu ETRS89, prvič v Sloveniji! o Vrednotenje obstoječih podatkov: testni izračuni kažejo na prisotnost grobih pogreškov! o Pridobitev in vrednotenje novih podatkov od sosedov: Italija, Madžarska (v teku)! o Testni izračuni...
5.3.1 Trenutno zbrani podatki a) Merjene vrednosti težnega pospeška (+700 (2007)) b) GNSS/nivelirane točke (23 vklop, 352 kontrola)
5.3.2 Rezultati testnih izračunov a) Statistični kazalci b) Histogrami frekvenc odstopanj Rešitev 2000 Rešitev 2010
c) Odstopanja na posameznih kontrolnih točkah 2. Model 2010
d) Prikaz odstopanj v gridnih točkah
5.3.3 Nadaljnja dela o Cilj "centimetrski" geoid! o Kako? Analiza vseh opazovanj izločiti grobe pogreške. Pridobitev kvalitetnejših gravimetričnih podatkov od sosedov (Italija, Madžarska). Kvaliteten vklop ploskve geoida trenutno dela potekajo. Kontrola in ocena natančnost višinske referenčne ploskve osnova GPS/nivelirane točke. Izračunati ploskve geoida z uporabo vseh podatkov. Vklop ploskve geoida v novo višinsko mrežo.
5.4 Vklop ploskve geoida GT 29 GT 6 EUVN SI 04 GT 9 R 2 SI 12 SIGNAL REPER R 1 R 11 SI 05 GT 13 R 10 R 3 R 4 GRAVIMETRICNA R 13 GT 16 R 12 GT 15 GT 1 R 21 SI 07 GT 7 AGT 100 FR 9 R 8 R 9 SI 13 SI 06 GT 4 V R 14 AGT 400 SI 10 R 18 SI 01 R 19 R 20 AGT 300 SI 09 GT 28 SI 11 R 15 GT 22 R 16 GT 25 R 17 R 22 GT 24 67 -točk: o 12 EUVN o 13 SIGNAL o 20 AGT/GT o 22 Reperjev AGT 500 R 5 R 6 R 7 AGT 200 GT 23 SI 08 SI 03
5.4.1 Vklop točke SIGNAL-a (NOVA) σ = 0.02 0.11mm x σ = 0.03 0.27mm y NOVA σ = 1.05mm H N = 18,5cm
6. Vertikalni datum Zgradil in posodobil ARSO (2005): o Sodobna, standardizirana mareografska opazovanja, o povezovanje z ESEAS, o upoštevana priporočila IOC.
6.1 Karakteristične geodetske točke MP
6.2 GPS in terestrična izmera GPS izmera Terestrična izmera
6.3 Nivelmanska izmera MP KP - geodetska referenčna višinska točka: o Vključiti v nivelmansko mrežo R Slovenije, o povezati kontaktne točke, reper mareografa in kontrolne točke MP Koper v nivelmansko zanko MP Koper, o spremljati lokalno višinsko stabilnost višinskih točk nivelmanske zanke MP Koper.
6.3.1 Vključitev MP Koper v nivelmansko mrežo o Republike Slovenije
6.3.2 Nivelmanska zanka MP Koper 6 reperjev 2 kontaktni točki 3 kontrolne točke MP Koper 9004 MA 01 9000 9001 9002 9003 5486
6.3.3 Stabilizacija karakterističnih višinskih inskih točk k MP Koper a) Kontaktne točke
b) Kontrolne točke MP Koper
c) Reper mareografa
6.3.4 Izravnava in ocena natančnosti nosti Stand. Odklon (mm) σ L σ Z σ 0 2001 15. 12. 2005 13. 1. 2006 7.2. 2006 6.7. 2006 5.10. 2006 21.12. 2006 0.49 0.52 0.32 0.29 0.35 0.47 0.33 0.40 0.16 0.12 0.07 0.91 0.63 0.00 0.55 0.13 0.19 0.06 0.53 0.37 0.01
6.4 Gravimetrična izmera o Navezava AGT 501, o spremljanje (absolutne) višinske stabilnosti karakterističnih točk MP, o določitev geopotencialnih kot višinskih točk normalne višine UELN95, o določitev razlike vertikalnih datumov Trst in Amsterdam.
6.5 Zaključki ki in ugotovitve o Z izmerami smo dosegli ustrezno natančnost. o Opravljene izmere so med seboj primerljive. o Vertikalni premiki: a) Reperji nivelmanske zanke MP Koper 0.4 mm do -1.8 mm ( 0.2mm ) σ h b) Kontrolni reperji in kontaktne točke 0.3 mm do -0.6 mm ( 0.2mm ) σ h
6.6 Vertikalni datum evropske višinske mreže
6.7 Primerjava vertikalnih datumov Vertikalni datum H (5486) Razlika Trst 1.9510 m / Koper 2.12 m 0.17 m EUVN 1.5392 m -0.41 m
7. Zaključki Kvaliteta? Kako? o Odgovornost do naročnika, o analiza obstoječega stanja, o projektna naloga kaj hočemo? projekt. o Priprava navodil upoštevanje navodil!? o Preizkus in priprava instrumentarija, o obdelava merskih podatkov. o Kontrola!?