WIADOMOŚCI WSTĘPNE

W1

Geodezja - nauka zajmująca się określaniem kształtu i wielkości globu ziemskiego oraz wyznaczaniem położenia i wysokości punktów na powierzchni Ziemi.

Współczesna geodezja dzieli się na:

geodezję wyższą - naukę o pomiarach wykonywanych na wielkich obszarach, o powierzchni ponad 50 km², uwzględniających kulistość Ziemi;

geodezję ogólną - naukę o pomiarach wykonywanych na powierzchniach małych, do 50 km², bez uwzględniania kulistości Ziemi (mapy sytuacyjne, wysokościowe, sytuacyjno - wysokościowe)

Dziedziny geodezji:

- astronomia geodezyjna - określanie kształtu i wymiarów globu ziemskiego na podstawie pomiaru ciał niebieskich

- geodezja gospodarcza - geodezja miejska (pomiary w miastach)

- geodezja satelitarna - badanie skorupy ziemskiej, biegunów, osi obrotu ziemi

- grawimetria - określa położenie punktów na podstawie przyśpieszenia siły ciężkości

- kartografia - mapy, skale

- rachunek wyrównawczy - opracowanie wyników pomiarów, dokładności pomiarów

- instrumentoznawstwo geodezyjne

- topografia - pomiary na większej powierzchni

- teledetekcja - położenie punktów na pomiarze elektronicznym

Do zakresu prac geodezyjnych należy:

-planowanie i wykonywanie pomiarów

-dokonywanie obliczeń

-sporządzanie dokumentacji

-tworzenie i aktualizacja baz danych

-sporządzanie zdjęć, pomiary i opracowania fotogrametryczne, grawimetryczne, magnetyczne i astronomiczne związane z realizacją zadań w dziedzinie geodezji i kartografii oraz Krajowego Systemu Informacji o Terenie.

Zadania geodezji:

-określanie kształtu i wymiarów Ziemi jako planety,

-opisywanie powierzchni ziemi w zakresie przestrzennego rozmieszczenia obiektów naturalnych i sztucznych oraz rzeźby terenu,

-opis podziemnej infrastruktury technicznej,

-opis złóż mineralnych i wyrobisk górniczych,

-kataster nieruchomości,

-geodezyjna realizacja w terenie projektów budowli oraz kontrola ich funkcjonowania,

-przekształcanie struktury powierzchniowej gruntów,

-monitorowanie środowiska i przestrzennego zagospodarowania kraju.

Rodzaje pomiarów:

• pomiary poziome (sytuacyjne),

• pomiary pionowe (wysokościowe),

• pomiary sytuacyjno-wysokościowe.

• Pomiar inwentaryzacyjny - aktualizacja mapy zasadniczej

Fizyczna powierzchnia Ziemi, elipsoida i geoida

Geoida - w każdym punkcie jest prostopadła do siły ciężkości, ale nie da się jej opisać, ze względu na ruchy ziemskie. Można podać odległości geoidy od elipsoidy. W Polsce geoida GRS 80

Układ odniesienia - układ współrzędnych, dla którego określono powierzchnię odniesienia, powierzchnię odwzorowania, rodzaj współrzędnych i położenie początku układu.

Powierzchnia odniesienia - powierzchnia zdefiniowana matematycznie (elipsoida, kula, płaszczyzna) lub nie matematycznie (np. geoida), do której są odnoszone wyniki pomiarów geodezyjnych dokonywane na fizycznej powierzchni ziemi (większy obszar - elipsoida, kula, mniejszy - geoida). Pomiary dla geoidy - wykorzystanie pionu, siła ciężkości (tachimetr), elipsoida - badania satelitarne.

Osnowa geodezyjna - usystematyzowany zbiór punktów geodezyjnych, dla których określono matematycznie na podstawie pomiarów geodezyjnych ich wzajemne położenie i dokładność usytuowania.

Wyróżnia się osnowy poziome:

- podstawowe

- szczegółowe

- triangulacyjne

- pomiarowe

Osnowy pionowe:

- podstawowa, szczegółowa i pomiarowa osnowa wysokościowa

Sieć geodezyjna - zbiór punktów geodezyjnych stanowiących jednolitą całość, charakteryzująca się jednolitością metod pomiarów i określenia położenia tych punktów (np. sieć triangulacyjna, sieć poligonowa, sieć niwelacyjna). [Pomiar kątów w trójkącie i pomiar boku bazowego - sieć triangulacyjna]

Punkt geodezyjny - punkt w terenie, którego położenie jest określone współrzędnymi lub rzędną wysokości.

Stabilizacja punktu geodezyjnego - osadzenie w terenie znaku lub zespołu znaków geodezyjnych (tzw. stabilizacja wieloznakowa, repery).

Sygnalizacja punktu geodezyjnego - ustawienie urządzenia sygnalizacyjnego (np. tyczki, łata niwelacyjna, zwierciadło) na punkcie geodezyjnym, w celu zaobserwowania go z innych punktów.

Odwzorowanie kartograficzne - umowny, określony matematycznie sposób przyporządkowania punktom powierzchni kuli (elipsoidy) punktów na płaszczyźnie

- odwzorowanie powierzchni kuli na płaszczyznę

• Zasada odwzorowania

• Obraz siatki geograficznej na płaszczyźnie

- odwzorowanie powierzchni kuli na pobocznicę stożka:

• Powierzchnia stożkowa styczna do kuli

• Powierzchnia stożkowa po rozwinięciu…

- odwzorowanie powierzchni kuli na pobocznicę walca

• Powierzchnia walca styczna do kuli

Położenie walca względem elipsoidy

A - styczne - w odwzorowaniu Gaussa - Krṻgera

Kąty takie same, jak w rzeczywistości

B - sieczne - w odwzorowaniu UTM

W2

UKŁADY WSPÓŁRZĘDNYCH STOSOWANYCH W GEODEZJI

Układ współrzędnych kuli

- Współrzędne geograficzne (φ, λ) punktu p na kuli

φ kąt (szerokość geograficzna 0 do + 90^o północ-południe

λ długość geograficzna 0 do +180^o wschód-zachód

- współrzędne prostokątne (x, y, z) punktu p na kuli

Z - oś obrotu

X - płaszczyzna równika

Y - układ prostokątny z punktami

Układ współrzędnych na elipsoidzie

- współrzędne geodezyjne (B,L) punktu p na elipsoidzie

L - długość geodezyjna

B - szerokość geodezyjna

- współrzędne prostokątne (x, y, z) punktu p na elipsoidzie

Z - oś obrotu

X - płaszczyzna równika i południka 0^o

Y - obrót prawoskrętny z Z i X

Układy współrzędnych na płaszczyźnie

- układ współrzędnych biegunowych

Kąt liczyć zgodnie z kierunkiem zegara

- układ współrzędnych prostokątnych (odwrotny niż w matematyce)

x

y

Skala mapy - stosunek długości l poszczególnych odcinków na mapie do długości L rzutów tych odcinków na płaszczyznę poziomą w terenie:

l : L = 1 : M

Rodzaje odwzorowań:
- ze względu na przyjętą powierzchnię odwzorowania,
- ze względu na usytuowanie powierzchni odwzorowania,
- ze względu na występujące zniekształcenia odwzorowania (równopolowe, równokątne, równoodległościowe)

Państwowy system odniesień przestrzennych tworzą:

- geodezyjny układ odniesienia,

- układ wysokości, w którym wyznacza się wysokości punktów względem przyjętego poziomu powierzchni odniesienia (średniego poziomu Morza Bałtyckiego w Zatoce Fińskiej, wyznaczonego dla mareografu w Kronsztadzie koło Sankt Petersburga),

-układ współrzędnych płaskich prostokątnych, oznaczony symbolem "2000", stosowany w pracach geodezyjnych i kartograficznych, związanych z wykonywaniem mapy zasadniczej (skala 1: 500 - 1: 5 000),

-układ współrzędnych płaskich prostokątnych, oznaczony symbolem "1992", stosowany w mapach o skali 1:10 000 i skalach mniejszych,

Układ współrzędnych płaskich prostokątnych, oznaczony symbolem "1965", oraz lokalne układy współrzędnych mogą być stosowane do dnia 31 grudnia 2009 r.

Geodezyjny układ odniesienia, zwany "EUREF-89", jest rozszerzeniem europejskiego układu odniesienia ETRF na obszar Polski, w wyniku kampanii pomiarowej EUREF-POL 92.

W EUREF-89 stosuje się Geodezyjny System Odniesienia 1980 (GRS 80), przyjęty na XVII Zgromadzeniu Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (MUGG) w Canberze w grudniu 1979 r.

Krajową zintegrowaną sieć geodezyjną stanowią:

- sieć zerowego rzędu (polski fragment sieci EUREF), zwany EUREF-POL, składająca się z 11 punktów o odległościach między punktami rzędu 250-300 km.

- krajowa sieć zintegrowana pierwszego rzędu POLREF, o odległościach między punktami od 20 do 25 km. Ogółem sieć ta składa się z 348 punktów, które zostały nawiązane do sieci EUREF-POL.

Układ „1965”

- elipsoida Krasowskiego

- odwzorowanie quasi - stereograficzne (strefa 1-4), Gaussa - Krugera (strefa 5)

- ilość stref odwzorowania 5

- azymutalne = odwzorowanie płaszczyznowe

Sieczne - przecina elipsoidę

- płaszczyznowe, równokątne, sieczne = quasi - stereograficzne

- walcowe, równokątne, poprzeczne = Gaussa - Krugera

Układ „1992”

- elipsoida GRS 80

- odwzorowanie Gaussa - Krugera

- ilość stref odwzorowania 1

- południk osiowy L=19^o długości geograficznej wschodniej

- pas południkowy o szerokości obejmującej cały obszar kraju

- współczynnik zmiany skali 0,9993

Układ „2000”

- elipsoida GRS 80

- odwzorowanie Gaussa - Krugera

- ilość stref odwzorowania 4

- pasy trzystopniowe o południkach osiowych 15^o, 18^o, 21^o,24^o

- współczynnik zmiany skali 0,999923

Układ „WGS - 84”

- elipsoida WGS - 84

- globalny

- odwzorowanie UTM (inaczej niż Gaussa - Krugera)

- mapy wojskowe

- 3 strefy odwzorowania

- skala południka środkowego m=0,996

Treść mapy zasadniczej

- punkty osnowy geodezyjnej

-elementy ewidencji gruntów i budynków

- elementy sieci uzbrojenia terenu, urządzenia nadziemne, naziemne i podziemne (latarnie, słupy, studzienki, wodociągi)

Skale mapy zasadniczej

- 1:500 - teren o dużym stopniu zainwestowania lub dla obszarów przewidywanych do intensywnego zainwestowania

- 1:1000 - tereny małych miast, aglomeracji miejskich i przemysłowych, oraz terenów osiedlowych wsi, będących siedzibami gmin

- 1:2000 - pozostałe zwarte tereny osiedlowe, tereny rolne, większe zwarte obszary rolne i leśne na terenie miast

- 1:5000 - tereny o rozproszonej zabudowie wiejskiej, grunty rolne i leśne na terenach pozamiejskich

OSNOWY GEODEZYJNE

Osnowy geodezyjne stanowią usystematyzowany zbiór punktów geodezyjnych, dla których określono matematycznie ich wzajemne położenie i dokładność usytuowania w obowiązującym systemie odniesień przestrzennych (mareograf w Kronsztadzie)

Ze względu na sposób przedstawienia wzajemnego położenia punktów:

- osnowa pozioma - wzajemne położenie punktów na powierzchni odniesienia zostało określone w przyjętym układzie współrzędnych geodezyjnych

- osnowa wysokościowa - wysokości punktów zostały określone względem przyjętego punktu odniesienia

Ze względu na rolę i znaczenie dla prac geodezyjnych wyróżniamy:

- osnowy podstawowe - zbiory punktów geodezyjnych wyznaczonych w poszczególnych sieciach w celu:

• Badania kształtu i wymiarów Ziemi

• Nawiązania i wyrównania osnów szczegółowych w państwowym układzie współrzędnych, państwowym układzie wysokości

- osnowy szczegółowe - zbiory punktów geodezyjnych wyznaczone w poszczególnych sieciach w celu:

• Nawiązania i wyrównania osnów pomiarowych w państwowym układzie współrzędnych i państwowym układzie wysokości

• Nawiązania do państwowego układu wysokości zdjęć fotogrametrycznych i numerycznych modeli terenu (zagęszczenie punktów zależy od zagęszczenia terenu - więcej w mieście niż na polach)

- osnowy pomiarowe - są zbiorami punktów geodezyjnych wyznaczonych w poszczególnych sieciach w celu:

• Oparcia pomiarów sytuacyjnych i rzeźby terenu

• Wyznaczenia projektów na gruncie

• Wykonania pomiarów realizacyjnych przy obsłudze inwestycji

• Badania i określania przemieszczeń i obiektów budowli i podłoża gruntowego (więcej punktów - metoda domiarów prostokątnych, mniej - metoda biegunowa)

W3

POZIOMA OSNOWA GEODEZYJNA

Pod względem dokładności wyznaczenia położenia punktów, podstawowa i szczegółowa osnowa dzieli się na 3 klasy, oznaczonymi cyframi rzymskimi.

Podstawowa osnowa pozioma I klasy

- sieć geodezyjna pomierzona techniką GPS (część europejskiej sieci EUREF na terenie Polski - EUREF - POL)

- sieć POLREF stanowią zagęszczone sieci EUREF - POL

- punkty sieci astronomiczno - geodezyjnej i wypełniającej

Osnowa geodezyjna po II Wojnie Światowej

- sieć SAG - sieć astronomiczno - geodezyjna

• Największa dokładność

• Długość boków ok. 20km

• Charakter powierzchniowy na północy kraju, wieńcowy na pozostałej części Polski

- SW - sieć uzupełniająca - wypełnienie obszarów pokrytych siecią SAG i pustych przestrzeni wewnątrz wieńców, długość boków ok. 7km

- 348 + SAG + SW +sieć podstawowa I klasy

Kryterium dokładności osnowy szczegółowej

- II klasy

• Średni błąd położenia punktu Mp < 0,05m

• Średni błąd położenia punktu Mp < 0,03m przy użyciu technik satelitarnych

- III klasy

• Średni błąd położenia punktu Mp < 0,10m

• Średni błąd położenia punktu Mp < 0,07m przy użyciu technik satelitarnych

Szkice niezależnej osnowy pomiarowej

- linia pomiarowa - gdy obiekt wydłużony, ale do 300m

- Związek liniowy w postaci czworokąta i trójkąta

- Ciągi poligonowe - pomiar kątów i odległości między punktami, np.

• Zamknięte poligony niezależne

• Poligony dwustronne

• Ciąg otwarty nawiązany jednostronnie

• Sieć poligonowa z 1 punktem węzłowym

Przy projektowaniu sieci poligonowych należy uwzględnić następujące warunki:

- ciąg powinien być obustronnie nawiązany kątowo i liniowo do punktów nawiązania lub punktów węzłowych (nowo założone punkty)

- ciągi powinny być zbliżone do równobocznych i prostoliniowych

- długości ciągów nie powinny być większe od 3km, a ciągów wyznaczających punkty węzłowe - do 2km

Ciągi sytuacyjne - ciągi linii pomiarowej (pomiar sytuacji)

Linie pomiarowe - oparte na boku osnowy pomiarowej

Osnowę sytuacyjną projektuje się tak, aby:

- Każdy z punktów był powiązany obserwacjami z co najmniej dwoma sąsiednimi punktami tego samego lub wyższego rzędu

- punkty lokalizowane były w miejscach dogodnych do wykonania pomiaru i zapewniona była możliwa nienaruszalność znaków

- długość boków osnowy powinny zawierać się w granicy 50-400m, stosunek dwóch boków przyległych nie powinien być większy niż 4:1

Do oznakowania położenia punktów osnowy stosuje się:

-na gruntach miękkich - palik drewniany o długości 30-50 cm i wymiarach poprzecznych ok. 5x5 cm;

-na gruntach bardzo miękkich lub sypkich - podziemnie rurkę drenarską (sączek) lub butelkę (do góry dnem) i naziemnie centrycznie osadzony palik równo z terenem. Na gruntach ornych znak podziemny zakopuje się poniżej głębokości orki (40-50 cm), a na innych gruntach 25 cm poniżej terenu;

-na gruntach bagnistych, grząskich - pal o długości 1m i średnicy 15-20 cm, wbity na głębokość 70 cm;

-na gruntach twardych, a szczególnie na terenach miejskich i przemysłowych - rurkę żelazną o długości 30-40 cm i średnicy 3 cm, wbitą równo z terenem;

-na utwardzonych nawierzchniach jezdni i chodników (bruk, asfalt, płyty betonowe itp.) - bolec lub trzpień żelazny, wbity równo z nawierzchnią, wyryty lub namalowany znak.

PODSTAWOWY SPRZĘT DO POMIARÓW POZIOMYCH

- tyczka, taśma, 11 szpilek - podstawowe

- węgielnica - wyznaczenie kątów prostych

- teodolit - do pomiarów kątów, luneta porusza się w dwóch płaszczyznach (pion, poziom):

• Luneta - pion optyczny

• Libella - scentrowanie i poziomowanie

• Koło pionowe - pomiar kątów pionowych

• Limbus - podział na kąty koła poziomego (kierunek)

- niwelator - luneta pozioma płaszczyzna (pomiar wysokości)

Piony

- sznurkowy - dokładność centrowania +/- 5-7mm (mała dokładność)

- drążkowy - dokładność centrowania +/- 1mm

- optyczny - dokładność centrowania +/- 0,5-0,7mm (najlepszy)

Tachimetr elektroniczny

- pomiar kątów, odległości, różnic wysokości

- ustawienie instrumentu nad punktem, wypoziomowanie, wycelowanie na sygnał, odczyt

Elektroniczny system odczytywania w teodolicie

- tarcza kodowana (0,1)

- zespół diod czytających

W4

POMIARY DŁUGOŚCI

Grupy pomiarów długości

- Bezpośrednie

• Pomiar długości taśmą

• Pomiar długości dalmierzem optycznym przy pochyłej lunecie

- Pośrednie pomiary długości za pomocą dowolnych konstrukcji geometrycznych - węgielnica

• 
  Z jednym punktem dodatkowym C

• 
  
  
  
  Z 3 punktami dodatkowymi

• Konstrukcje geometryczne do pośredniego pomiary długości

GEODEZYJNE POMIARY SYTUACYJNE

Pomiar położenia punktów szczegółów sytuacyjnych, w zależności od ich charakteru, ma na celu wyznaczenie położenia punktów:

• Środkowych, dla obiektów punktowych (studzienka kanalizacyjna, latarnia)

• Załamań osi, dla obiektów liniowych (droga, kolej)

• Załamań obrysów, dla obiektów powierzchniowych (narożniki budynków)

Wywiad terenowy

- ogólne rozpoznanie terenu

- ustalenie faktycznego stanu technicznego punktów istniejącej osnowy geodezyjnej

- ustalenie faktycznego stopnia aktualności map przeznaczonych do wykorzystania poprzez ich porównanie z terenem

Szczegóły terenowe

Ze względu na ich charakter oraz różne dokładności identyfikacji ich zarysów i różne wymagania dokładności pomiaru dzieli się na 3 grupy (wg instrukcji G-4):

- GRUPA I - obiekty dobrze identyfikowane, zachowujące wieloletnią niezmienność położenia

• Znaki graficzne: granicy państwa, jednostek podziału administracyjnego i działek)

• Stabilizowane znakami naziemnymi

- GRUPA II - obiekty o mniej wyróżniających i mniej trwałych obrysach - nasypy, zieleń miejska, drzewa

- GRUPA III - obiekty o niewyraźnych obrysach lub w małym znaczeniu - użytki gruntowe, cieki i wody stojące naturalne, inne obiekty do identyfikowania do 0,5m

Do najczęściej stosowanych metod pomiarów szczegółów sytuacyjnych

• Metoda domiarów prostokątnych (małe obszary płaskie)

• Metoda biegunowa (tachimetr elektroniczny, szybsza metoda) - instrument zaopatrzony w koło poziome, mierzy się kąty i odległości

• Metoda przedłużeń

• Metoda wcięć

Domiary prostokątne

- Grupa I - dokładność odczytu 1cm

- Grupa II - 5cm

- Grupa III - 10cm

Elementy kontrolne

- drugie niezależne wyznacza położenie szczegółu

- miary czołowe

- miary przeciwprostokątne

- miary do punktów przecięcia się linii pomiarowych ze szczegółami liniowymi lun ich przedłużeniami

W czasie wykonania pomiarów sytuacyjnych należy zebrać informacje z mapy zasadniczej:

- nazwy jednostek podziału administracyjnego wsi, osiedli, ulic, placów

- nazwy rzek, jezior, gór, dolin

- rodzaje użytków gruntowych

- rodzaje i charakter obiektów budowli, numery porządkowe budynków, nieruchomości

- rodzaje urządzeń podziemnych i ich przeznaczenie

Pomiary sytuacyjne

Tyczenie prostej, Tyczenie prostej przez przeszkodę terenu

(np. wzniesienie)

Tyczenie linii metodą pośrednią

Schemat pomiaru długości taśmą

Pomiar długości dalmierzem optycznym przy pochyłej lunecie

POMIARY WYSOKOŚCIOWE

Wysokościowa osnowa geodezyjna

Dokładność osnowy danego rodzaju i klasy charakteryzujący ogólnie średni błąd pomiaru niwelacji po wyrównaniu (m_o)

1. Osnowa podstawowa - do pomiaru wysokościowego klasa I - II

2. Szczegółowa - klasa III - IV

3. Pomiarowa

M_o (mm/km) I - +/- 1,0

II - +/- 2,0

III - +/- 4,0

IV - +/- 10,0

Pomiarowa - 20

Osnowę wysokościową tworzą sieci niwelacji, których elementami konstrukcyjnymi są:

- poligony niwelacyjne (zamknięte lub otwarte) utworzone z linii (ciągów)

- linie (ciągi) niwelacyjne, utworzone z odcinków niwelacyjnych, łączące punkty węzłowe sieci

- odcinki niwelacyjne, łączące dwa sąsiednie znaki wysokościowe danej linii niwelacyjnej

Opis topograficzny punktu geodezyjnego - reper ścienny w budynku

3 rodzaje znaków w osnowie wysokościowej:

-odziemne, stosowane w sieci podstawowej, w których osadzone repery - tj. właściwe punkty wysokościowe - znajdują się pod powierzchnią ziemi,

-naziemne, stosowane w sieci podstawowej i szczegółowej, w których repery znajdują się nad powierzchnią ziemi, a podstawa znaku - na głębokości większej od głębokości zamarzania gruntu,

-ścienne, stosowane w sieci podstawowej i szczegółowej, którymi są repery osadzane w ścianach budowli gwarantujących dobrą ich stabilność.

Stabilizacja punktów wysokościowej osnowy pomiarowej:

-w terenach o znacznym zainwestowaniu, punkty pomiarowej osnowy wysokościowej stabilizuje się trwale lub wykorzystuje się istniejącą w terenie trwałą stabilizację innych punktów,

-do oznakowania punktów pomiarowej osnowy wysokościowej stosuje się paliki drewniane (z wbitym gwoździem), rurki żelazne, bolce lub trzpienie żelazne (wbite w nawierzchnię), a także oznaczone farbą znaki na trwałych szczegółach terenowych,

-na terenach niezabudowanych, jako reper roboczy może być zastosowany pal drewniany o długości 1m i średnicy 0,1 m, w którego górny koniec wbity jest gwóźdź, a w dolnej części pala przymocowana jest na zacios poprzeczka drewniana,

jako znaki ścienne stosuje się:

- trzpień lub hak żelazny, kuty, o długości 10-15 cm i średnicy około 1 cm, wbity w ścianę budynku, tak aby wystawał ze ściany na odległość umożliwiającą pionowe ustawienie łaty,

- nowe formy znaków ściennych, metalowych lub z tworzyw sztucznych, wstrzeliwane bolce, spełniające wymogi dokładności i trwałości w określonym czasie.

Geodezyjne pomiary wysokościowe

- wysokość bezwzględna - linia poziomu morza

- wysokość względna - odległość od przyjętego przez nas poziomu odniesienia (kiedy nie interesuje nas odległość od poziomu morza)

- wysokość na podstawie różnicy wysokości - niwelacja

- wysokość - odległość mierzona w linii pionu przechodzącej przez dany punkt

Suma różnic wysokości sąsiednich punktów jest równa różnicy wysokości punktów skrajnych

Rodzaje niwelacji

-Barometryczna

- trygonometryczna- instrument z kołem pionowym (teodolit), przy dużych różnicach wysokości, określenie różnicy wysokości na podstawie pomierzonego kąta nachylenia

- geometryczna - niwelacja geometryczna niwelatorem

• W przód

• Ze środka

- satelitarna

Podział niwelatorów ze względu na dokładność

- precyzyjne (najlepsze) - do pomiarów osnowy wysokościowej

- techniczne - inne pomiary wysokościowe

- budowlane - na budowach do poziomowania fundamentów

Ze względu na rodzaj pomiaru, podział:

-Niwelatory - libelowe (płaszczyzny znaczone ręcznie)

- samopoziomujące (wstępne poziomowanie za pomocą śrub). Kompensator - zespół szkieł optycznych (niwelator samopoziomujący)

- cyfrowe (kodowe) z łatą kodową. Niwelator kodowy - odczyt i porównanie ze wzorcem w pamięci.

- laserowe (obrotowa wiązka lasera)

! Oś celowa musi być równoległa do osi libelii

W5

NIWELACJA GEOMETRYCZNA

Niwelacja geometryczna celowanie wzdłuż 1 lub 2 celowych

- niwelacja precyzyjna - ustalenie wysokości punktów osnowy wyższych klas

- niwelacja techniczna - prace inżynierskie

• Niwelacja techniczna reperów - wykonywana przy określonej wysokości punktów osnowy pomiarowych

• Niwelacja profilów - rzeźba terenu w pasie o określonej szerokości, wysokości

• Niwelacja powierzchniowa - rzeźba terenu na obszarze opracowania map warstwicowych

• Niwelacja cieków i zbiorników wodnych - rzędne dla cieków, zwierciadeł wody

NIWELACJA POWIERZCHNIOWA

Pomiar ukształtowania terenu w zależności od celu, jakiemu ma służyć wykonuje się metody:

• niwelacja punktów rozproszonych - teren o niewielkich spadkach, na terenach zabudowanych. Polega na określeniu rzędnych wysokości pikiet i punktów sytuacyjnych niwelacją geometryczną w przód przy równoczesnym wyznaczeniu ich położenia poziomego metodą biegunową.

• Szkic polowy punktów rozproszonych

- stanowiska

- mierzone pikiety

- zaznaczenie naturalnej formy terenu

- zaznaczenie kierunku spadku

• niwelacja profilów - przy projekcie linii kolejowych, drogowych. Polega na określeniu rzędnych wysokości pikiet usytuowanych wzdłuż osi mierzonego obszaru (profilu podłużnego) i profilów poprzecznych

• niwelacja siatkowa - tereny płaskie niezabudowane (przyszłe lotniska, boiska sportowe). Polega na określeniu metodą niwelacji geometrycznej rzędnych wysokości pikiet, stanowiących wierzchołki wyznaczonych w terenie regularnych figur geometrycznych oraz pikiet dodatkowych położonych wewnątrz tych figur (głównie kwadraty). Długość boków kwadratów zależą od ukształtowania terenu, im bardziej płaski teren - boki dłuższe

Warstwice - linie krzywe łączące punkty terenu o jednakowej wysokości nad płaszczyzną odniesienia

Interpolacja warstwic - wyznaczanie punktów przecięcia się warstwic z kierunkami spadków terenu, określonymi przez odcinki łączące pomierzone w terenie punkty wysokościowe. Warstwice nie mogą się przecinać, ani urywać.

Interpolacja rachunkowa - bardziej dokładna i pracochłonna

Graficzna interpolacja warstwic - za pomocą siatki linii równoległych

POMIAR SYTUACYJNO - WYSOKOŚCIOWY

Tachimetria - pomiar sytuacyjno - wysokościowy wykonany metodą biegunową do określania położenia sytuacyjnego punktów szczegółowych oraz niwelacji trygonometrycznej do określenia wysokości tych punktów (szybki pomiar). Instrument - koło pionowe, na terenie o znacznym nachyleniu (inwentaryzacja urządzeń zbrojnych terenu).

Osnowa tachimetryczna

- pomiar teodolitem

- tachimetr Dahlta, ma inny krzyż kresek, pomiar szybszy, obliczenia prostsze

W6

UŻYTKOWANIE MAP WARSTWICOWYCH

- określenie wysokości punktu położonego między warstwicami

- określenie spadku terenu na odcinku zawartym między warstwicami

- wyznaczenie na mapie linii o określonym spadku

- wykreślenie profilu z mapy warstwicowej

- Przekrój terenu na podstawie mapy warstwicowej

- Tyczenie w terenie elementów sytuacyjnych i wysokościowych projektu

POMIARY REALIZACYJNE

Pomiary realizacyjne - zespół czynności geodezyjnych, mających na celu wyznaczenie w terenie przestrzennego położenia obiektów projektowanych, uzyskanie zgodności kształtów, wymiarów realizowanych obiektów z danymi projektów technicznych, oraz kontrolowanie zgodności, położenia, kształtu i wymiarów obiektów budowlanych z danymi planu realizacyjnego i projektu technicznego (wytyczne techniczne G-3.1:2007)

-usytuowanie w terenie poszczególnych punktów danego obiektu na podstawie poziomej osnowy realizacyjnej można wykonać za pomocą następujących metod:

• biegunowej

• wcięcia w przód - kątowego i liniowego

• współrzędnych prostokątnych odniesionych do elementów osnowy

• przecięć

- wyznaczenie w terenie punktu o danej wysokości

- tyczenie linii poziomej o określonej wysokości

- tyczenie linii o określonym spadku

- tyczenie linii o zadanym spadku z wielu stanowisk niwelatora

-wytyczanie płaszczyzny poziomej o danej wysokości

- wytyczanie płaszczyzny o danym spadku

OBLICZANIE POWIERZCHNI

Metody obliczania powierzchni

- analityczna (ćwiczenia) - obliczenie powierzchni na podstawie miar pomierzonych w terenie lub na podstawie wielkości obliczonych na podstawie miar pomierzonych w terenie (współrzędne na podstawie kątów i miar w terenie), bardzo dokładna metoda.

- graficzna - powierzchnia obliczana na podstawie danych z mapy (3 miejsce dokładności)

- mechaniczna - do wyznaczenia powierzchni używanie specjalnych przyrządów granimetrycznych (4 miejsce)

- kombinowana - analityczna + graficzna (2 miejsce)

Obliczanie powierzchni trójkąta

-długość boku i wysokość

2P=ah

-wzór Herona (ćwiczenia)

Pole wieloboku ze współrzędnych prostokątnych, równanie Gausa

- pole wieloboku ze współrzędnych biegunowych

- elementy do graficznego wyznaczenia powierzchni

P=P₁+P₂+P₃

P₁=1/2d₁*h₁

P₂=…….

- wyznaczenie powierzchni wydłużonych działek - metoda kombinowana

Planimetr biegunowy - do obliczania działek o nieregularnych kształtach (staw, jezioro). Stała C_n planimetru (tabela) zależy od skali mapy i ramienia wodzącego

POJĘCIE MAPY, KLASYFIKACJE MAP

Mapa - graficzny obraz powierzchni Ziemi, innego ciała niebieskiego lub nieba, przedstawiony w zmniejszeniu w sposób określony matematycznie, uogólniony i umowny.

Cechy mapy:

- odzwierciedla rozmieszczenie obiektów i zjawisk, jest obrazem przestrzeni,

- stanowi zbiór znaków,

- zawiera informacje, jej funkcją jest przekazywanie informacji,

- odzwierciedla fragmenty rzeczywistości w specyficznie uogólniony sposób - może być traktowana, jako model,

- może być uważana za źródło danych.

Właściwości mapy:

- prezentacja na płaszczyźnie lub odniesiona do płaszczyzny,

- przedstawianie poszczególnych kategorii zjawisk i obiektów za pomocą przyjętego systemu znaków umownych,

- podobieństwo rozmieszczenia znaków do rozmieszczenia oznaczanych przez te znaki obiektów podporządkowane określonym regułom matematycznym,

- generalizacja, czyli redukcja treści i jej uogólnienie wynikające z konieczności dostosowania zakresu i sposobu ujęcia tej treści do jej przeznaczenia, skali oraz możliwości percepcyjnych użytkowników mapy

Kryteria klasyfikacji map:

- treść, skala

- przedstawiany obszar geograficzny,

- forma prezentacji,

- sposób wykorzystania

Ogólna klasyfikacja map

MAPY TOPOGRAFICZNE

Mapy topograficzne ze względu na zakres treści i stopień uogólnienia charakterystyki powierzchni Ziemi dzielą się na:

• mapy topograficzne wielkoskalowe w skalach

1 : 5 000 i 1 : 10 000,

• mapy topograficzne średnioskalowe w skalach

1 : 25 000 i 1 : 50 000,

• mapy topograficzne małoskalowe w skalach

1 : 100 000 - 1 : 500 000 (generalizacja treści, zmiana znaków umownych)

Elementy mapy topograficznej

- osnowa matematyczna

• skala map

• punkty osnowy geodezyjnej

• punkty wyznaczające przebieg siatki kartograficznej

• punkty wyznaczające przebieg siatki topograficznej

- treść

- elementy pozaramkowe

Treść mapy topograficznej (oznaczenia)

Przykłady różnych rodzajów zabudowy i ich oznaczenia na mapie

- zabudowa luźna jednorodzinna, wielorodzinna

- zespół domków letniskowych

- oznaczenie cieków, linii kolejowych, roślinności, rzeźby terenu

- składnikiem treści mapy topograficznej są też napisy

• nazwy własne obiektów

• skróty używane do rozróżniania obiektów topograficznych przedstawionych takimi samymi znakami umownymi

• charakterystyki liczbowe

Elementy pozaramkowe

- nazwa, godło arkusza mapy topograficznej w skali 1:50 000

- godło np. N-34-126-D

- skala i podziałka

- dane o podstawach matematycznych mapy

- objaśnienia znaków

- legenda

- informacje o podziale administracyjnym

- informacja o podstawowym materiale źródłowym i aktualności treści

Kartograficzne metody prezentacji:

metody jakościowe: sygnatur, chorochometryczna, zasięgów

metody ilościowe: kropkowa, kartogramu, izolinii, kartodiagramu

W7

WSTĘPNE WIADOMOŚCI O FOTOGRAMETRII I TELEDETEKCJI

Fotogrametria - dział nauki i praktyki, zajmujący się określeniem położenia, wymiarów i kształtu obiektów przestrzennych na podstawie ich obrazów fotograficznych (za pomocą samolotu) z kamerą lotniczą.

Rzut środkowy - odkształcenie geometryczne, gdzie dany punkt figury jest przekształcony tak, by był obrazem nowej figury

Geometria pionowego zdjęcia lotniczego (zdjęcie lotnicze jako rzut środkowy)

Skala zdjęcia pionowego (kiedy jego płaszczyzna jest równoległa do powierzchni terenu)

1:M=f:H

Elementy orientacji wewnętrznej zdjęcia lotniczego

- współrzędne tułowe zdjęcia - punktu głównego, rzut punktu na zdjęcie

- ogniskowa - odległość od punktu głównego do środka rzutu

Elementy orientacji zewnętrznej zdjęcia lotniczego

Do opracowania mapy: sytuacyjnej,

sytuacyjno - wysokościowej,

aktualizacji mapy zasadniczej,

aktualizacji ewidencji budynków i terenu

- nie ma zdjęć pionowych (kąt nachylenia zdjęcia)

- azymut zdjęcia

- kąt skręcenia

Rodzaje zdjęć lotniczych

- pionowe

- prawie pionowe

- nachylone

- ukośne

Zdjęcie pojedyncze wybranego małego obszaru (dla wykopalisk archeologicznych, miejsca katastrofy)

Szereg zdjęć jedno po drugim (kolej, drogi, obiekt liniowy)

Zespół zdjęć (pokrycie obszaru szeregiem zdjęć)

Pokrycie podłużne - Każde następne zdjęcie pokrywa kolejne

Wysokość lotu - średnia z najmniejszej i największej wysokości, jaka na danym terenie się znajduje

Fotografia terenu nachylonego

Dokumenty fotogrametryczne

- fotoszkic - zespół nieprzetworzonych zdjęć naklejonych na wspólnym podkładzie. Łączyć według szczegółów sytuacyjnych, przyciąć je do elementów liniowych, omijać tereny zabudowane, nie można wykonać żadnych pomiarów, zdjęcia w różnych skalach

- fotomapa - dokument, na którym dokonuje się pomiarów długości, powierzchni kątów, zespolenie zdjęć doprowadzonych do jednej skali

- ortofotomapa - eliminuje zniekształcenia, jedna skala, nie występuje deniwelacja terenu, zdjęcia przekształcone (zamiana rzutu środkowego - rozpoznanie terenu, na rzut ortogonalny - promienie biegną z nieskończonością, są równolegle

- stereoortofotomapa - dokument, w którym dokonuje się obserwację przestrzenną

Teledetekcja - dziedzina zdalnego badania obiektów, oparta na rejestracji promieniowania elektromagnetycznego

Składniki teledetekcji:

- źródło energii lub iluminacji

- atmosfera oraz promieniowanie

- oddziaływanie na cel

- rejestracja energii

- transmisja, odbiór, przetwarzanie

- interpretacja, analiza

- Zastosowanie danych

Wykorzystanie w teledetekcji:

- nadfiolet

- podczerwień

- mikrofale

Zjawisko rozpraszania światła w atmosferze

Absorpcja promieniowania w atmosferze (azot, para wodna, CO2)

Promienie UV

- absorpcja

- transmisja

- odbicie - rejestracja przez sensory

- padanie promieni UV na powierzchnię gładką (jezdnia) - promienie odbite dążą w tym samym kierunku lustrzane

- powierzchnia nieregularna (drzewo) - promienie po odbiciu w różnych kierunkach dyfuzyjne

Sensory

- pasywne - rejestrują promieniowanie tylko w dzień

- aktywne - sensory emitują energię i po odbiciu promieniowania je rejestrują (cały czas odbywa się rejestracja)

Zdjęcie i obraz

- obraz - rejestrowanie fal w każdym zakresie

- zdjęcie - zakres widma widzialnego i bliskiej podczerwieni

Duplikowane

Cyfrowe - piksele - najmniejsza cząstka podziału jakości. Każdy piksel ma swoją liczbę

SYSTEMY INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ - WIADOMOŚCI OGÓLNE

Systemy informacji geograficznej (Geographic Information Systems GIS) - systemy pozyskiwania, korygowania, przetwarzania, analizowania i udostępniania danych zawierających informacje przestrzenne i opisowe o obiektach znajdujących się rzeczywiście lub potencjalnie w określonej przestrzeni.

W procesie opracowania i funkcjonowania GIS możemy wyróżnić etapy:

- pozyskiwanie i gromadzenie danych

- wprowadzanie danych do baz danych

- przetwarzanie i analizowanie danych

- udostępnianie wyników analiz

- wykorzystanie wyników

Danym gromadzonym w bazach przypisuje się 3 cechy:

- odniesienie przestrzenne, charakteryzowane położeniem obiektu w określonym układzie współrzędnych oraz relacjami topologicznymi - relacjami obiektu z innymi obiektami przestrzennymi

- atrybuty opisowe charakteryzujące obiekty pod względem jakościowym i ilościowym

- odniesienie czasowe, określające aktualność danych i charakteryzujące dynamikę zmian obiektów

Metody pozyskiwania danych przestrzennych

- bezpośrednie geodezyjne pomiary terenowe

- fotografia lotnicza na potrzeby fotogrametrii do sporządzenia map

- lotniczy skaning laserowy dla pozyskiwania danych o rzeźnie terenu

- satelitarne systemy teledetekcyjne

- skanowanie i wektoryzacja dostępnych źródeł kartograficznych

Numeryczne modele danych kartograficznych

- model rastrowy - piksele

- model wektorowy

- model atrybutowy

Warstwowa struktura bazy danych

Przy cyfrowym przetwarzaniu map analogowych, 4 etapy:

- skanowanie, przetwarzanie do postaci rastrowej

- georeferencja - transformacja rastrowego układu współrzędnych mapy

- wektoryzacja - przetworzenie wybranej treści map z formatu rastrowego do formatu wektorowego

- pozyskanie i przyłączenie atrybutów - tworzenie struktury bazy danych oraz uzupełnianie rekordów tej bazy

Dpi = ilość pikseli w każdym calu

300-400dpi - wystarczająca rozdzielczość do wektoryzowania (format .tif, .jpg)

Atrybuty - cechy obiektów przestrzennych stanowiących ilościową i jakościową charakterystykę obiektów

Atrybuty wymierne (ilościowe) określają takie cechy, jak:

- fizyczny rozmiar obiektu

- liczebność

- wartość cechy

Atrybuty opisowe (jakościowe) mogą określać:

- przynależność obiektu do klasy

- wartościować cechę

- określać indywidualną nazwę obiektu

W8

SATELITARNE SYSTEMY POZYCJONOWANIA (GPS)

Ze względu na pełnione funkcje sztuczne satelity Ziemi dzielą się na:

- naukowo - badawcze

- techniczne

- wojskowe

- użytkowe

Orbity, na które umieszcza się sztuczne satelity Ziemi, charakteryzują się 3 zasadniczymi elementami:

- kształtem

- odległościami od powierzchni Ziemi

- kątem nachylenia płaszczyzny danej orbity względem płaszczyzny równika, zwanym też kątem inklinacji (orbity równikowe)

[są też orbity geostacjonarne, biegunowe o kącie inklinacji 90stopni - dorównikowa, orbity nachylone 0-90 stopni]

Parametry eksploatacyjne nawigacyjnych systemów satelitarnych

- zasięg systemu

- dokładność określonej pozycji

- dostępność i nasycenie systemu

- zdolność systemu do ostrzegania o niewłaściwym funkcjonowaniu

- opłaty za korzystanie z systemu

W satelitach prócz samej konstrukcji nośnej (kadłub) + 2 baterie słoneczne, ma różne podsystemy:

- podsystem wprowadzania satelity na właściwą orbitę

- podsystem śledzenia telemetrii i skanowania

- podsystem kontroli wysokości i prędkości satelity

- podsystem nawigacyjny

- podsystem kontroli termicznej

- podsystem zasilania

Satelity GPS żyją 10lat, Glonass rosyjski krócej

Czynniki wpływające na dokładność pozycji użytkownika

- Opóźnienie sygnału satelitarnego podczas przejścia przez jonosferę i troposferę

- wielodrogowość sygnału (nie mogą być w pobliżu dachy z blachy, słupy elektryczne, bo zakłócają sygnał)

- błąd wzorca czasu satelity

- błąd efemeryd (efemeryda - część depeszy informacyjnej o położeniu satelity o orbicie danego satelity)

- aktywność słoneczna

Globalny system pozycyjny (1973)

- 24 satelity

- odległość od powierzchni Ziemi 20 183km

- 6 prawie kołowych orbit nachylonych pod kątem 55 stopni

- czas obiegu ok. 12 godzin

W 1995 w pełni sprawny GPS, do 2000 były 2 częstotliwości (wojskowa, cywilna) kodowane. Na częstotliwości cywilnej wprowadzono zakłócenia celowe, aby dokładność była do 100metrów. Po 2000 roku zniesiono zakłócenie - większa dokładność.

W nawigacyjnych systemach satelitarnych wyróżnia się 3 segmenty:

- segment kosmiczny (satelity nawigacyjne)

- segment naziemny (zespół stacji zlokalizowanych na lądzie)

- segment użytkownika (odbiorniki systemu)

Zadania segmentu naziemnego

- ustalenie i utrzymywanie orbit satelitów

- kontrola kondycji technicznej satelity

- kierowanie i zarządzanie systemem

- obróbka telemetryczna

Kod C/A - cywilny - częstotliwość L1

Kod P - wojskowy - częstotliwość L1

Kod P - wojskowy - częstotliwość L2

Częstotliwości emitowane przez danego satelitę modulowane są depeszą nawigacyjną zawierającą:

- efemerydę

- almanach - przybliżone informacje o całej konstelacji satelitów

System GPS - podział na bloki

I, II, IIa, IIR

Bloki różnią się żywotnością, budową, masą

Obieg danych nawigacyjnych:

Sygnały nawigacyjne satelita depesza satelitarna

Efemerydy pokładowe polecenia i wytyczne

Stacje śledzące stacja główna stacje korygujące

Odmowa (?) różnicowa systemu GPS

1. odbiornik GPS, określenie poprawek różnicowych

2. nadajnik poprawek

3. odbiornik GPS sprzężony z nim odbiornik poprawek różnicowych (4)

S1, S2, S3 - satelity systemu GPS

Rozmieszczenie satelitów GLONASS (Rosja)

- docelowo 24 satelity

- wysokość 19 100 km

- 3 orbity kołowe pod kątem 64,8 stopni

- okres obiegu 11h 15min

- 3-4 lata żywotności (czasem 3 miesiące)

Rozmieszczenie satelitów GALILEO (Europa)

- 30 satelitów

- wysokość 23 616km

- 3orbity kołowe pod kątem 56 stopni

- okres obiegu 14h 04min

Poziomy systemu GALILEO

- otwarty - bezpłatny

- kontrolowany - płatny dla krajów poza UE

- ratunkowy - SOS

- rządowy - policja, pogotowie

Systemy wspomagające - zasięg wybranych krajów

EGNOSS - Europa

WAAS - USA

CWAAS - Kanada

Japonia, Indie, Chiny, Tajlandia, Wietnam

GNSS system przyszłości (wszystkie kraje)

Metoda bezwzględna wyznaczenia położenia anteny odbiornika GPS

Polega na ustaleniu położenia punktu naziemnego, na którym umieszczono pojedynczy odbiornik GPS,

na podstawie przestrzennego wcięcia liniowego, realizowanego przez pomiar odległości pomiędzy

odbiornikiem, a widocznymi z punktu obserwacji satelitami o znanym położeniu.

Metody do pomiaru technologii satelitarnej

- metoda statyczna (2 godziny odbiór sygnału)

- metoda pseudostatyczna (15min)

- metoda szybka statyczna

- metoda kinetyczna

Aktywna sieć geodezyjna - zespół stacji referencyjnych

Stacja referencyjna - rola punktu nawiązania i obejmuje punkt odniesienia o precyzyjnie wyznaczonym położeniu wraz z dwu częstotliwościowym odbiornikiem GPS automatycznie odbierającym i rejestrującym w sposób ciągły przez całą dobę, 7dni w tygodniu, sygnały z satelitów globalnego systemu pozycjonowania.

EGZAMIN

- rysunek z niwelacji geometrycznej ze środka i w przód

- osnowa wysokościowa, pozioma

- metoda pomiarów szczegółów sytuacyjnych

- metoda obliczania powierzchni

- zadanie - Zastosowanie niwelacji, wyznaczenie linii poziomej w terenie

- utrwalenie wiadomości z każdej niwelacji (geometryczna szczególnie)

- niwelacja powierzchniowa

- pomiar sytuacyjno - wysokościowy

- wiadomości wstępne (układy współrzędne stosowane w geodezji, podział osnów, państwowy system odniesień przestrzennych, układy które obowiązywały i teraz obowiązują w Polsce, mapy topograficzne)

14

Fizyczna powierzchnia Ziemi

Lokalny średni poziom morza

Elipsoida

Mareograf

Geoida - gładka, ale nieregularna, nie można opisać matematycznie

O ogniskowa

Płaszczyzna zdjęcia

Płaszczyzna terenu

H

A B

S (powierzchnia terenu)

1

2

3

4

S1

S2

S3

Poprawki różnicowe

użytkownik

Stacja różnicowa

Pomiar

Względny

---