MONITORING - POZYSKIWANIE INFORMACJI O OBIEKCIE I JEGO ZMIANACH W CZASIE I

PRZESTRZENI. CIĄGŁA, SYSTEMATYCZNA REJESTRACJA WYBRANYCH WARTOŚCI (WSKAŹNIKÓW)PRZY ZASTOSOWANIU OKREŚLONYCH METOD I PRZYRZĄDÓW

MONITORING

ŚRODOWISKA - J.W. W ODNIESIENIU DO ŚRODOWISKA, CZYLI POWIERZCHNI ZIEMI,

HYDROSFERY I ATMOSFERY

METODY MONITORINGU

ŚRODOWISKA:

METODY FIZYCZNE :

• fizyczne,

BEZPOŚREDNIE(geodezja)

POŚREDNIE(fotogrametria, teledetekcja)

• biologiczne,

• chemiczne

GEODEZJA- współcześnie : nauka i technika, zajmująca się

pomiarami i badaniami rozmiarów i kształtu

powierzchni kuli ziemskiej lub jej części oraz

zastosowaniem pomiarów i ich wyników do

rozwiązywania zagadnień projektowych i

badawczych w róŜnych dziedzinach.

Dzielimy ja na:

GEODEZJA WYśSZA Badania kształtu kuli

ziemskiej lub jej części -

pomiary wykonywane w

odniesieniu do elipsoidy

GEODEZJA OGÓLNA

Pomiary szczegółów

sytuacyjnych i

wysokościowych na

mniejszych obszarach -

pomiary w odniesieniu do

płaszczyzny

ELIPSOIDA-bryła geometryczna powstała podczas obrotu elipsy wokół mniejszej osi.

GEOIDA- jest to uspokojona powierzchnia mórz i oceanów przedłużona pod lądami i nad depresjami.

Wielkość fizyczna – właściwość obiektu lub zjawiska,

którą moŜna określić poprzez wartość liczbową

Pomiar – szereg czynności mających na celu określenie

wartości liczbowej mierzonej wielkości fizycznej (technologia)

• dobór metody,

• dobór i kontrola sprzętu pomiarowego,

• wykonanie pomiaru,

• opracowanie wyników (obliczenia)

Rodzaje błędów w geodezji (i nie tylko)

• błędy grube

• błędy systematyczne

• błędy przypadkowe (losowe)

Błędy przypadkowe stanowią przedmiot

teorii błędów

Badamy związek między wartością błędu,

a częstością jego występowania

• najczęściej występują błędy bliskie zeru

• prawie jednakowo często występują błędy o tej samej wart.

bezwzględnej

• najmniej jest błędów o duŜych wartościach

Prawdopodobieństwo wystąpienia błędu

• zaleŜy od funkcji gęstości prawdopodobieństwa F(X)

wykonując jakikolwiek pomiar powinniśmy

określić błąd z jakim wyznaczamy wielkość

mierzoną ,

zwykle określamy błąd 1σ, tzn. na poziomie

p=68,3 %,

rachunek błędów daje nam możliwość oceny

metody pomiaru i warunków pomiaru oraz

pozwala na planowanie dokładności

Osnowa to usystematyzowany zbiór

punktów geodezyjnych o wyznaczonym

połoŜeniu na powierzchni odniesienia

Osnowa składa się z róŜnego rodzaju

sieci. Punkty osnowy stanowią

podstawę dalszych pomiarów

geodezyjnych

Ustalenie połoŜenia (projekt),

Utrwalenie w terenie (stabilizacja),

Sygnalizacja (w czasie pomiaru).

RODZAJE OSNÓW POZIOMYCH

podstawowe, SłuŜy do badania kształtów i wymiarów

Ziemi, a takŜe nawiązania i wyrównania

osnów szczegółowych w państwowym

układzie współrzędnych

szczegółowe,SłuŜą do nawiązania i wyrównania

osnów pomiarowych oraz nawiązania do

państwowego układu współrzędnych

zdjęć fotogrametrycznych

i numerycznych modeli terenu(NMT jest tworzony celem prowadzenia analizy

trójwymiarowych danych przestrzennych.

- T I N

- sieć regularna

- model hybrydowy)

pomiarowe

Osnowy pomiarowe są zbiorami punktów

geodezyjnych wyznaczanych celem:

a) oparcia pomiarów sytuacyjnych i rzeźby

terenu,

b) wyznaczania projektów na gruncie,

c) wykonania pomiarów realizacyjnych przy obsłudze

inwestycji,

d) badania i określania przemieszczeń obiektów

budowlanych i podłoŜa budowlanego.

Osnowy podstawowe I klasy,

Osnowy szczegółowe II klasy (±0,05 m)

i III klasy (±0,10 m)

Osnowy pomiarowe (±0,20 m)

Gęstość punktów

1 pkt osnowy I klasy na 50 km2,

1 pkt osnowy II klasy na 0,8 km2÷12

km2,

1 pkt osnowy III klasy na 15 ha ÷ 30 ha

OSNOWY

WYSOKOŚCIOWE (H)

Podstawowa (I, II klasa)

Szczegółowa (III, IV klasa)

Pomiarowa (V klasa)

DOKŁADNOŚCI W OSNOWACH

WYSOKOŚCIOWYCH

I klasa: ±1,0 mm/km,

II klasa: ±2,0 mm/km,

III klasa: ±4,0 mm/km,

IV klasa: ±10,0 mm/km,

V klasa: ±20,0 mm/km

MODERNIZACJA OSNÓW

EUREF-POL – 1992 pierwsza kampania

pomiarów w Polsce (11 stacji) – śr. błąd

połoŜenia punktu ± 0,01-0,02 m; układ

ETRF-89

POLREF - zagęszczenie osnowy

EUREF-POL o 348 punktów

wyznaczonych techniką GPS (odległości

20-40 km).

Sieć POLREF (1994-95):

błąd połoŜenia dla składowych poziomych - poniŜej 0.01 m.

Punkty POLREF mają określone kartezjańskie współrzędne

przestrzenne XYZ (czyli równocześnie geodezyjne elipsoidalne BLh)

w układzie geocentrycznym EUREF-89 i wysokości normalne

z dowiązania niwelacją precyzyjną do osnowy wysokościowej

w układzie Kronsztad '86 (te ostatnie tylko dla punktów głównych -

centrów).

•średnia odległość pomiędzy stacjami wynosi 70km,

•współrzędne stacji wyznaczone są w systemie ETRS89 oraz

układach państwowych,

•w stacjach referencyjnych wykorzystano jedynie precyzyjne

dwuczęstotliwościowe odbiorniki GNSS.

•miejsca zainstalowania stacji referencyjnych wybrano tak,

aby zapewnić dogodne warunki obserwacji satelitów GNSS.

POLIGONIZACJA-jest to metoda zakładania jednego z

rodzajów geodezyjnej osnowy

poziomej. Obecnie zasady poligonizacji

technicznej znajdują zastosowanie przy

pomiarach sytuacyjnych kraju

CIĄG POLIGONOWY-nazywamy wielobok utworzony przez

zbiór punktów, między którymi zostały

pomierzone wszystkie boki i kąty

poziome

→ otwarte (jednostronniei

dwustronnie nawiązane),

→ zamknięte

Dawne miary polskie (długości):

1 linia = 0,002 m,

1 cal = 12 linii = 0,024 m,

1 stopa = 12 cali = 0,288 m,

1 łokieć = 2 stopy = 0,576 m,

1 sąŜeń = 3 łokcie = 1,728 m,

1 pręt = 15 stóp = 4,320 m.

Współczesne miary długości:

1 µm = 10-6 m,

1 mm = 10-3 m,

1 cm = 10-2 m,

1 dm = 10-1 m,

1 m

1 hm = 102 m,

1 km = 103 m.

POMIARY DŁUGOŚCI

BEZPOŚREDNIE -Sprzęt: ruletki, taśmy,

druty inwarowe

POŚREDNIE -Sprzęt: instrumenty optyczne

i elektroniczne

BEZPOŚREDNIE POMIARY DŁUGOŚCI

• pomiar długości taśmą w poziomie

• pomiar długości taśmą po terenie nachylonym:

a) metoda schodkowa,

b) klasycznie z pomiarem kąta nachylenia α.

Czynności – pomiar metodą

pojedynczego kąta

centrowanie i poziomowanie teodolitu

wycelowanie na punkt lewy.

odczyt koła poziomego

wycelowanie na punkt prawy.

odczyt koła poziomego

luneta przez zenit, obrót teod. o 180 stopni

powtórzenie czynności celowania

i odczytów

Generalnie na błąd pomiaru kierunku

składa się:

- błąd centrowania,

- błąd celowania,

- błąd odczytu

POMIARYSYTUACYJNE-Dostarczenie dokładnych danych

dotyczących topografii powierzchni

ziemi i naturalnych oraz sztucznych

szczegółów pokrycia terenu.

Grupy szczegółów

I grupa - przedmioty sytuacji terenowej o wyraźnych

konturach zachowujących swą niezmienność w

okresach wieloletnich, trwale związane z podłoŜem

jak:

znaki graniczne : granicy Państwa jednostek podziału

administracyjnego, jednostek gospodarczych nieruchomości i

działek;

zastabilizowane znakami trwałymi : punkty osnowy

wysokościowej naziemne, punkty podstawowej osnowy

grawimetrycznej i punkty wiekowe osnowy magnetycznej;

budynki, budowle i urządzenia techniczne w tym mosty,

wiadukty, tunele, estakady ściany oporowe itp.;

elementy naziemne uzbrojenia terenu i szczegóły uliczne.

II grupa - przedmioty sytuacji terenowej o mniej

wyraźnych i mniej trwałych konturach jak:

ustabilizowane krawędzie budowli ziemnych: nasypów,

wykopów, grobli, wałów, przeciwpowodziowych, nie

rozgraniczone drogi publiczne;

elementy podziemne uzbrojenia terenu i drugorzędne szczegóły

uliczne;

urządzenia terenów uŜyteczności publicznej lub o charakterze

zbliŜonym jak zieleńców, parków boisk sportowych, drzewa

przyuliczne itp.;

III grupa - przedmioty sytuacyjne o niewyraźnych

obrysach lub małego znaczenia gospodarczego

jak:

punkty załamania konturów uŜytków gruntowych i

konturów klasyfikacyjnych;

naturalne linie brzegowe wód płynących i stojących /

wody o nie uregulowanej linii brzegowej;

linie podziałowe na oddziały w lasach państwowych;

punkty załamania dróg dojazdowych przebiegających

wewnątrz terenów stanowiących własność państwa, lub

dróg dojazdowych prywatnych

Projekt osnowy pomiarowej

zalecenia instrukcji G-4:

KaŜdy z punktów ma co najmniej dwa punkty sąsiednie

Istnieje widoczność między sąsiednimi punktami

Osnowa musi być dowiązana co najmniej do III klasy

Długość boków 50 - 400 m,

Stosunek boków ≥ 1:4

Teodolity 6” lub 20cc

Pomiar odległości z błędem ≤ 0.005+3mm/km

Pomiar osnowy

zalecenia instrukcji G-4:

Pomiary GPS

Wcięcia (kątowe liniowe, kombinowane) w przód i wstecz

Ciągi poligonowe

Osnowa mieszana

Metody pomiaru szczegółów

Metoda domiarów prostokątnych

Metoda biegunowa

Inne sposoby pomiaru szczegółów

Innemetody:

Metoda przedłuŜeń

Metoda wcięć (liniowych i kątowych)

Zastosowanie stanowisk swobodnych

Wysokości punktów wyznacza się w oparciu

o róŜnice wysokości

Δh > 0 - wznoszenie się terenu,

Δh < 0 - spadek terenu,

Pomiar róŜnic wysokości nazywa się NIWELACJĄ

CEL : Określenie współrzędnej Z punktu

w stosunku do powierzchni odniesienia,

którą jest geoida zerowa

Wysokość bezwzględna – pomiar odległości

od poziomu odniesienia wzdłuŜ kierunku pionu

do wyznaczanego punktu

Wysokość względna – pomiar odległości

od poziomu przyjętego jako poziom odniesienia

wzdłuŜ kierunku pionu do wyznaczonego

punktu

Poziomy odniesienia do

wykonania pomiarów

wysokościowych:

Bezwzględny - poziom morza. W

Polsce jest to poziom zera

mareografu w Kronsztadzie.

W innych krajach UE przyjęto

zero mareografu w Trieście i w

Amsterdamie

Względny (lokalny)

Państwowy układ wysokości

Układ wysokości tworzą wysokości

normalne, odniesione do średniego

poziomu Morza Bałtyckiego w Zatoce

Fińskiej, (Kronsztadt86).

Wysokość normalna punktu to róŜnica

potencjałów siły cięŜkości punktu na

powierzchni Ziemi i w rzucie tego punktu

na powierzchni geoidy, podzielona przez

przeciętną wartość przyspieszenia

normalnego pola siły cięŜkości wzdłuŜ

linii pionu.

SPRZĘT UśYWANY DO

NIWELACJI:

• niwelatory

- libelowe,

- automatyczne,

- kodowe.

• łaty niwelacyjne,

• Ŝabki niwelacyjne,

OSIE: i - oś obrotu (pionowa),

l – oś libeli niwelacyjnej,

c – oś celowa lunety.

WARUNKI OSIOWE NIWELATORA

OSIE: i - oś obrotu (pionowa),

l – oś libeli niwelacyjnej,

c – oś celowa lunety.

1) c  l

2) i ⊥ l

3) Kreska poz. krzyŜa nitek ⊥ i

METODY NIEWELACJI

Niwelacja precyzyjna

Niwelacja techniczna

Niwelacja trygonometryczna

Historyczne metody niwelacji

(barometryczna, hydrostatyczna)

OSNOWY WYSOKOŚCIOWE

podstawowa I, II klasy (niwel.

precyzyjna)

Szczegółowa III, IV klasy (niwel.

techniczna; odcinki 200-300 m),

Pomiarowa V klasy (tyczenie

robót ziemnych)

POMIARY RZEŹBY TERENU

Przedmiot pomiarów wysokościowych rzeźby

terenu

• charakterystyczne punkty powierzchni terenu (do

wykonania mapy warstwicowej),

• wybrane punkty rzeźby terenu,

• naturalne i sztuczne formy ukształtowania

powierzchni,

• przekroje podłużne i poprzeczne ulic, dróg,

• elementy uzbrojenia terenu.

Niwelacja przekrojów

Niwelacja powierzchniowa

siatkowa,

punktów rozproszonych,

profili

Tachimetria = Tachi + metria = szybki pomiar

Technologia pomiarowa słuŜąca do

równoczesnego pomiaru sytuacji

i elementów wysokościowych

Tachimetria została wdroŜona w XIX w.

po wprowadzeniu do lunety teodolitu

płytki z nitkami dalmierczymi (von

Reichenbach)

ŹRÓDŁA ZAKŁÓCEDŃ W PRACY GPS:

• gęste zalesienie, góry

• wnętrza budynków, garaŜe

• pod powierzchnią wody

• w okolicach stałych, wysokich budowli

• ciasne doliny górskie

• wnętrza pojazdów i samolotów

• Niekorzystna konfiguracja satelitów,

• Opóźnienia sygnałów (tłumienie),

• Odbicia sygnałów

DGPS - poprawa dokładności

Differential GPS

Korekta współrzędnych określonych na zasadzie pseudoodległości

dla odbiornika ruchomego przy pomocy poprawek

wysyłanych przez stację referencyjną o znanych

współrzędnych.

(dokładność moŜe dochodzić do 1-2 m; zastosowania – sterowanie

maszynami; wojsko)

metody stosowane w geodezji

metoda statyczna,

metoda rapid static ,

metoda kinematyczna,

RTK GPS (real time kinematic),

Minimum dwa odbiorniki – czas ok. godziny;

dokładności milimetrowe. Wektor:

±(0.01+0.002 Skm)m

Kilka odbiorników + 1 nieruchomy; czas

kilkanaście minut; dokładności subcentymetrowe

Wektor: ±(0.03+0.002 Skm)m

j.w ze statyczną inicjalizacją; czas 1 min;

dokładności 1-2 cm. Wektor :

±(0.05+0.002 Skm)m

1 stacja stała; b. szybka inicjalizacja; pomiar sekundowy na stanowisku;

Poprawki między stacjami przesyłane drogą radiową. Dokładność 1 cm.

Wektor ±(0.01+0.002 Skm)

Wady i zalety GPS

• W wielu punktach ograniczone moŜliwości zastosowania

(brak sygnału)

• Wysoki koszt sprzętu (zaleŜny od dokładności)

Wady

Zalety

• Pomiar jest zdalny i nie wymaga pracochłonnych

czynności pomiarowych

• Zboczenie z zadanego kursu jest natychmiast widoczne

• W przypadku kolizji/wypadku współrzędne miejsca

zdarzenia mogą być przekazane przez telefon

• Sygnał GPS jest dostępny w nocy, podczas mgły i opadów

śniegu

Informacja przestrzenna jest to informacja o położeniu,

własnościach geometrycznych i relacjach przestrzennych

między obiektami identyfikowanymi w stosunku do Ziemi.

DANE ANALOGICZNE.

ZALETY:

• pełny przegląd danych na arkuszu mapy, na zdjęciu, w dossier

• koszty obsługi zależne od wynagrodzenia pracowników i ich ilości,

WADY:

• duży udział prostej pracy ludzkiej,

• znaczne wymagania kubaturowe,

• trudność aktualizacji,

• ograniczony dostęp,

GIS jest to zorganizowany system składający się z komputera,

obsługi, zaprojektowany w celu efektywnego przechowywania,

uaktualniania, przetwarzania, analizowania i wyświetlania

wszystkich form informacji mających odniesienie geograficzne.

Podstawowe funkcje

systemu GIS

wprowadzanie danych,

przechowywanie, uzupełnianie i aktualizacja danych,

analiza danych,

uzyskiwanie produktu końcowego.

Obiekty w GIS

Obiekt jest to określony przestrzennie element rzeczywistości,

który nie jest podzielny na elementy tego samego rodzaju

miasto,

Np.:

województwo,

rzeka,

Reprezentowany przez: X, Y, Z, T

atrybuty

Raster

Dane rastrowe wprowadzane są często poprzez

SKANOWANIE map, obrazów, zdjęć lotniczych

Sposób pozyskania:

Dokładność:

Elementy rastra nazywane są pikselami. Dokładność

skanowania charakteryzuje rozdzielczość, określana

jako ilość pikseli na cal (dpi). Lepiej wielkość piksela

w jednostkach terenowych.

Zalety modelu rastrowego

Najbardziej rozpowszechniony model danych

Proste nakładkowanie i operacje matematyczne

Łatwa adaptacja obrazów satelitarnych

Lepiej reprezentuje ciągły typ danych

Zalety modelu wektorowego

Dokładne pozycjonowanie informacji pozwala na lepsze magazynowanie

punktowych danych tematycznych (np. dróg, linii brzegowej)

Niewielkie wymagania pojemnościowe do składowania danych

Pozwala na kojarzenie niezliczonej ilości atrybutów dla danego obiektu

Wady modelu rastrowego

Ogromne wymaganie pojemnościowe dla danych o wysokiej

rozdzielczości

Projekcja danych ograniczona przez rozdzielczość modelu

dany piksel moŜe być charakteryzowany tylko przez jeden atrybut

Wady modelu wektorowego

Słaba reprezentacja ciągłych danych (rozmyte granice wymagają

generalizacji)

DuŜa czasochłonność przetwarzania danych przy duŜej ilości

danych

DuŜa ilość formatów danych – konieczność posiadania aplikacji

transformujących

cechy DANYCH

dokładność,

precyzja (ilość cyfr znaczących),

powtarzalność (input – output),

rozdzielczość (pixel),

zmienność (wybranej cechy w przestrzeni),

aktualność,

wiarygodność,

dostępność,

kompletność (ilość danych w systemie w stos. Do całkowitej ilości

danych niezbędnych do oceny danego zjawiska,

odpowiedniość (stopień zaspokojenia potrzeb systemu),

koszt,

wartość

Zalety komputerowej bazy danych:

konieczność uporządkowania danych wg. wymagań bazy,

możliwość gromadzenia dużej ilości danych,

łatwość dostępu do informacji,

możliwość ochrony danych w sposób selektywny,

łatwość uzupełniania i weryfikacji danych.

Produkt końcowy GIS:

o mapa numeryczna,

o model trójwymiarowy (3D),

o prezentacja multimedialna,

o interaktywna strona www

Źródła informacji przestrzennej

Ustawa z dnia 17 maja 1989 r. Prawo geodezyjne i

kartograficzne

Państwowy Zasób Geodezyjny i Kartograficzny - zbiór map

oraz materiałów fotogrametrycznych, teledetekcyjnych,

rejestrów, wykazów, informatycznych baz danych, katalogów

danych geodezyjnych i innych opracowań powstałych w

wyniku wykonania prac geodezyjnych i kartograficznych.

Składa się z zasobu centralnego, zasobów wojewódzkich i

zasobów powiatowych, stanowi własność Skarbu Państwa

jest gromadzony w ośrodkach dokumentacji geodezyjnej

kartograficznej (centralnym, wojewódzkich, powiatowych).

Ewidencja gruntów i budynków-(EGiB) Jednolity dla kraju, systematycznie

aktualizowany zbiór informacji o gruntach,

budynkach i lokalach, ich właścicielach oraz o

innych osobach fizycznych lub prawnych

władających tymi gruntami, budynkami i lokalami,

Część opisowa (informacje nt. działek, budynków, lokali, osób

fizycznych i prawnych, udziałów własności i władania)

Część geometryczna (punkty graniczne, linie granic działek

ewidencyjnych)

Mapa zasadnicza - wielkoskalowe opracowanie

kartograficzne, zawierające aktualne informacje o

przestrzennym rozmieszczeniu obiektów

ogólnogeograficznych oraz elementach ewidencji

gruntów i budynków, a także sieci uzbrojenia

terenu: nadziemnych, naziemnych i podziemnych.

Geodezyjna Ewidencja Sieci Uzbrojenia Terenu -

uporządkowany zbiór danych przestrzennych i

opisowych sieci uzbrojenia terenu, a także

informacje o podmiotach władających siecią.

Mapa topograficzna

Opracowanie

kartograficzne o

treści

przedstawiającej

elementy

środowiska

geograficznego

powierzchni Ziemi

i ich przestrzenne

związki

Krajowy System Informacji

Geograficznej

• stanowi referencyjny rejestr państwowy,

zawierający bazę danych przestrzennych, obszaru

kraju, a także procedury i techniki służące

systematycznemu zbieraniu, aktualizowaniu,

przetwarzaniu i udostępnianiu danych.

Dane referencyjne

To zbiór najważniejszych danych

geoprzestrzennych umożliwiających

identyfikowanie innych danych lub obiektów.

Podstawowy zbiór obejmuje:

a) dane katastralne,

b) dane topograficzne,

c) podział terytorialny,

d) nazwy geograficzne

Metadane

Są to informacje o zbiorach danych (co ? gdzie ?

dlaczego ? kto ? kiedy ? jak ?)

• Metadane wyszukania:

o nazwa i opis zbioru danych,

o przeznaczenie i zakres stosowania danych,

o data pozyskania danych i ich aktualizacji,

o producent, dostawca, główni uŜytkownicy danych,

o obszar do którego dane się odnoszą (ID obszaru),

o struktura zbiorów i sposób dostępu do danych

• Metadane rozpoznania (umoŜliwiają ocenę jakości danych),

• Metadane stosowania (pozwalają odczytać zbiory danych).