Geodetické sítě

Geodetické sítě
Jan Kostelecký
O jaké sítě půjde
• lokální (nejvyšší dosažitelné přesnosti,
používá je inženýrská geodézie) (těch si
nebudeme všímat)
• regionální (národní) – určeny pro praktické
geodetické práce (mapování, katastr, …)
• globální (kontinentální, celosvětové)
O jaké typy sítí půjde
•
•
•
•
polohové (trigonometrické sítě)
výškovou (nivelační síť)
tíhovou (gravimetrická síť)
geodynamickou síť
– všechny tyto typy sítí souvisí s geodetickými
základy
1
Jaké metody měření zmíníme
• „klasické“ – měření úhlů (teodolity) a délek
(dálkoměry) (ale i tzv. geodetické základny)
• astronomické – určování astronomických
zeměpisných souřadnic
• techniky kosmické geodézie
(nejvýznamnější je technologie GNSS)
• měření tíhového zrychlení (gravimetrie)
Nejdříve něco o souřadnicích
Geodetický referenční systém a
souřadnicová soustava
Z
Y
X
2
Rovinné souřadnice na mapách
N
E
Přechod z pravoúhlého
prostorového souřadnicového
systému do rovinných souřadnic
• Výběr referenčního elipsoidu
• XYZ → geodetické souřadnice na
referenčním elipsoidu (zem. šířka a délka)
• Převod geodetických souřadnic na rovinné
souřadnice na mapách → je to zobrazení, ne
projekce – dochází ke zkreslení buď úhlů,
nebo délek, ploch!
Z elipsoidu do roviny
N
h
ϕ
E
λ
3
Výběr referenčního elipsoidu –
• lokální, nejlépe vyhovuje danému území
• geocentrický (celosvětový)
A teď již o sítích
Realizace souřadnicových
systémů
• Trigonometrická síť, zaměřená klasickými
metodami – měření úhlů, resp. délek
4
Astronomicko – geodetická síť
Měření astronomických souřadnic
zem. šířky a délky pro „umístění sítě“
na elipsoidu
5
Souřadnicové systémy vzniklé na
základě trigonometrické sítě
• Systém jednotné trigonometrické sítě
katastrální – S-JTSK, S-JTSK/95, vázány na
Křovákovo zobrazení – civilní mapy
• Systémy S52, S42, S42/83, UTM – vázány
na Gauss-(Kruegerovo zobrazení) –
vojenské mapy
Základní kartografická zobrazení
v ČR
• Křovákovo konformní kuželové zobrazení v
obecné poloze – používá se pro civilní mapy
velkých a středních měřítek
• Gauss-Kruegerovo válcové konformní zobrazení v
poledníkových pásech – používá se pro vojenské
topografické mapy
• UTM (Universal Transverse Mercator) prakticky
shodné s GK zobrazením – používá NATO
• Pro účelové mapy se používá obojí (Křovákovo i
Gauss-Kruegerovo)
Křovákovo zobrazení
6
Křovákovo zobrazení
Křovákovo zobrazení
osa Y
-1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100
0
0
-100
-200
použití pro civilní mapy
velkých (katastrální mapy)
a středních měřítek (topografické mapy)
-300
-400
-500
-700
1. oktant --> Y < X
-800
osa X
-600
-900
-1000
-1100
-1200
-1300
-1400
-1500
Mapa v Křovákově zobrazení –
topografická mapa 1:10000
Y = 682000 m, X = 956000 m
7
Gauss-Kruegerovo zobrazení
V ČR na Krasovského elipsoidu
Gauss-Kruegerovo zobrazení Československa
Souřadnice: každý pás má vlastní souřadnicovou soustavu
+X
+Y (reduk)
Souřadnice: X = 5 xxx xxx, Y = 3 500 000 + Y (reduk)
Mapa v Gauss-Kruegerově zobrazení – Top. mapa 1:25000
Souřadnice: X = 5497000 m, Y = 4312000 m
číslo pásu
8
Výšky
zemský
povrch
geoid
h
H
Lokální elipsoid
N
elipsoid
Nivelační síť
Tíže - gravimetrická síť
měření relativními
nebo absolutními gravimetry
9
Geodynamika – geodynamická síť
měření: poloha: GPS
nadmořská výška: VPN
tíže: gravimetrie
Globální (celosvětové)
souřadnicové systémy
• Mohou vznikat až v éře kosmické geodézie,
od 60. let se budují na základě družicových
pozorování:
fotografická, laserová, dopplerovská
interferometrická
• Přesnost souřadnic: 60. léta 20. stol. ~ 30 m
70. léta ~ 1 – 2 m
90. léta ~ 1 dm
Současné globální souřadnicové
systémy
• Mezinárodní nebeský souřadnicový systém
(ICRS) – realizován souřadnicemi kvazarů
• Mezinárodní terestrický souřadnicový
systém (ITRS) – realizován souřadnicemi
stabilizovaných bodů na zemském povrchu
přesnost 2 až 5 cm v jedné souřadnici
10
Realizace
Realizaci ICRS a ITRS koordinuje Mezinárodní
služba rotace Země a souřadnicových systémů
(Int. Earth Rotation Service and Coordinate
Systems IERS)
Jednotlivé pozorovací techniky koordinují:
•
•
•
•
International GPS Service (IGS)
International Laser Ranging Service (SLR)
International VLBI Service (IVS)
International DORIS Service (IDS)
Vztah mezi ICRS a ITRS (1)
• ICRS je vázáno na hvězdy (kvazary)
• ITRS je vázáno na Zemi
• Vzájemný vztah zprostředkovávají tzv.
parametry orientace Země (Earth
Orientation Parameters - EOP) – precese a
nutace, variace v rotaci Země, pohyb pólu
11
Vztah mezi ICRS a ITRS (2)
• Vzhledem k tomu, že se pro realizaci
používají kosmické techniky, jsou
pozorování vázána na pohyb družic nebo
souřadnice kvazarů
• Pohyb družic umíme popsat v ICRS
• Souřadnice kvazarů máme v ICRS
>> ITRS nelze realizovat bez znalosti
(nebo současného určování) EOP
Čtyři základní pozorovací
techniky kosmické geodézie
•
•
•
•
GNSS – Global Navigation Satellite System
SLR – Satellite Ranging Systém
VLBI – Very Long Baseline systém
DORIS – Doppler Orbitography
Global positioning system - GPS
Určování relativních hodnot souřadnic stanic,
drah družic a EOP z kódových a fázových
měření na permanentních stanicích
12
Satellite Laser Ranging - SLR
určování absolutních souřadnic stanic, drah
družic a EOP pomocí měření vzdáleností
stanice – družice pomocí pulsního laseru
Very Long Baseline Interferometry – VLBI
Určování relativních souřadnic stanic, souřadnic
radiozdrojů a EOP pomocí pozorování
kosmických radiových zdrojů (kvazarů)
Doppler Orbitography and Radiopositioning
Integrated by Satellite - DORIS
Určování drah družic, souřadnic stanic, EOP z
Dopplerovských pozorování
13
International Celestial Reference
System (ICRS)
• Realizace ideálního inerciálního systému pomocí
přesných (chyba 0.0003“) rovníkových souřadnic
mimogalaktických zdrojů pozorovaných pomocí
Very Long Baseline Interferometry (VLBI)
International Terrestrial
Reference System (ITRS)
Je množina bodů s určenými souřadnicemi
XYZ a časovými změnami (rychlostmi
rychlostmi))
který realizuje ideální terestrický referenční
systém
• Realizován technikami kosmické geodézie:
VLBI, SLR, LLR, GPS, DORIS, PRARE
Genese ITRF (frame, rámec ITRS)
Name
ITRF0
ITRF88
ITRF89
ITRF90
ITRF91
ITRF92
ITRF93
ITRF94
ITRF96
ITRF97
ITRF2000
ITRF2005
origin
scale
orientation
BTS87
BTS87
BTS87
ITRF0
ITRF0
ITRF0
SLR(SSC(CSR))
SLR(SSC(CSR))
NNR wr ITRF88
SLR(SSC(CSR))
SLR(SSC(CSR))
NNR wr ITRF89
SLR(SSC(CSR))
SLR(SSC(CSR))
NNR wr ITRF90
SLR(SSC(CSR))
SLR(SSC(CSR))
NNR wr ITRF91
special construction, critized later
SLR + GPS
SLR + GPS + VLBI
NNR wr ITRF92
SLR + GPS
SLR + GPS + VLBI
NNR wr ITRF94
SLR + GPS
SLR + GPS + VLBI
NNR wr ITRF96
SLR
VLBI + SLR
NNR wr NNRNUVEL1A
SLR
VLBI
NNR wr ITRF2000
14
Realizace
Realiza
ce ITRF2005
ITRF2005
výsledek: souřadnice X a rychlosti stanic V +
+ EOP
15
ITRF2000 - European stations (VLBI, SLR, GPS)
90o
80o
60o
50o
40o
30o
-30o
-20o
-10o
0o
10o
20o
30o
40o
50o
60o
longitude
VLBI
SLR
GPS
Velocities of GPS permanent stations with respect to "ITRF2000 reference frame"
determined from ITRF2000 combined solution
70o
65o
60o
latitude
55o
50o
45o
40o
35o
30o
-10o
-5o
0o
5o
10o
15o
20o
25o
30o
35o
40o
45o
50o
longitude
2 cm/year
(ITRF2000) - (NUVEL1 after correction)
horizontal shift
70o
65o
60o
55o
latitude
latitude
70o
50o
45o
40o
35o
30o
-10o
-5o
0o
5o
10o
15o
20o
25o
30o
35o
40o
45o
50o
longitude
2 cm/year
16
Tektonické desky
Plate motions according to NUVEL1-NNR
NOAM
EURA
50 o
latitude
PHIL
0o
PCFC
CARB
AFRC
NAZC
AUST
SOAM
-50 o
ANTA
0o
50o
100o
150o
200 o
250o
longitude
5 cm/year
Pohyb euroasijské desky
zhruba 2.7 cm SV za rok
Tektonická deska
300 o
350o
vektor posunutí bodu B
B
XB
ω = vektor úhlové rotace desky
Plate motions according to NUVEL1-NNR
EURA
50o
atitude
PHIL
0o
AFRC
Realizace
Realiza
ce ITRF2008
Datové centrum
časový rozsah dat
Typ dat
IVS (VLBI)
1980.0 - 2009.0
Normální rovnice
ILRS (laser)
1983.0 – 2009.0
Kovarianční matice
IGS (GNSS)
1997.0 – 2009.5
Kovarianční matice
IDS (Doris)
1993.0 - 2009.0
Kovarianční matice
Kombinované řešení normálních rovnic
výsledek: souřadnice a rychlosti stanic +
+ EOP
17
ITRF 2008 – stanice, sloužící
pro stanovení parametrů k ITRF 2000
18
Systém ETRS
• Zavedení v důsledku pohybu euroasijské
tektonické desky >> změna souřadnic vůči
ITRS o 3 cm za rok
• Vznikl zakonzervováním souřadnic
evropských stanic systému ITRS89 v epoše
1989.0
• Podobně jako ITRS je neustále zpřesňován
EUREF campaigns 1988 - 1999
80o
70o
latitude
60o
50o
40o
30o
-30o
-20o
-10o
0o
EUREF 1988 - 1993
EUREF 1994
EUREF 1995
EUREF 1996
10o
longitude
20o
30o
40o
50o
EUREF 1998
EUREF 1999
19
Zapojení ČR do Evropských
základů (1)
• polohové:
– 1990 – systém ED87 – zapojení pomocí
„klasických“ měření (trig. síť)
– 1991 – GPS kampaň EUREF-EAST-91
(přejmenovaná na EUREF-CS/H-91)
– poté národní kampaně ….. současnost: síť
permanentních GNSS stanic (CZEPOS, …)
• navazují systémy S-JTSK/95 a S-JTSK/05
Realizace ETRS89 v České republice
• Kampaň EUREF-CS/H-91 (1991)
• Kampaň NULRAD (1992)
• Kampaň CS-BRD-93 (1993)
• Kampaň DOPNUL (1993 – 1994)
Získáno 176 bodů, identických s body
trigonometrické sítě
Distribution of the stations realized ETRS-89
on the territory of the Czech Republic
Medvědí
skála
Smrk
Velká Deštná
GOPE
Strahovice
Skapce
Přední příčka
Kleť
Rapotice
V. Rača
V. Lopeník
EUREF-CS/H-91 stations
NULRAD stations
CS-BRD-93 stations
DOPNUL stations
Kvetoslavov
20
Zapojení ČR do Evropských
základů (2)
• výškové:
– zapojení ČSNS do celoevropské UELN (United
European Levelling Network)
– Spojení s Rakouskem, Saskem (1992)
– účast na GPS kampani EVRS (1994) –
souběžně model kvazigeoidu EGG97 pro
sjednocení výškových základů
Problém s výškami – rozdílné výškové systémy v Evropě
Rozdílné výškové systémy v ČR –
hlavní jsou dva: Jadranský – Terst, název „Jadran“
Baltský – Kronstadt, název „Balt po vyrovnání“
Definice: H(Bpv) = H(Jadran) – 0.40 m (zhruba)
Ve vojenských
mapách další výškové
systémy
21
Detailní kvazigeoid pro střední Evropu
53
53o
PL02
BOGI
13.6 -3.5
POTS
DE01
64.9 41.6
BOR1
-19.1 -1.5
-16.3 -2.0
1.9
-4.6
JOZE
-13.4 -26.7
52
52o
51
51o
DE07
CZ01
-14.5 4.7
-18.3
2.6
PL01
latitude
latitude
-26.8
2.9
GOPE
50o
50
-5.2
CZ04
11.4 -6.6
11.1
CZ03
CZ02
3.1
-5.5
14.4
16.8
SK03
WTZR
WTZA
WTZT
-3.0 61.3
27.5 22.9
DE08
49
49o
37.5 14.9
SK02
-13.1 39.9
AT01
-12.2 14.6
HU01
-7.5
48
48o
11.3
SK01
PENC
2.0 6.7
16.2
16.1
AT04
-2.2 34.3
HU03
-0.3 10.9
GRAA
GRAZ
47
47o
10o
7.0
11o
12o
13o
14o
15o
15.0
16o
17o
18o
19o
20o
21o
22o
longitude
longitude
Astro-geodetic quasigeoid [heights in meters]
related to ellipsoid GRS80
(solution RIGTC)
Rozdíl
nadmořských
a elipsoidických
výšek v ČR je
42 – 48 m
kvazigeoid
elipsoid
Zapojení ČR do Evropských
základů (3)
• tíhové:
– absolutní tíhová měření gravimetrem FG5-215
v ČR, SR a Maďarsku
22
Absolutní tíhová měření v ČR a SR
A nyní již detailněji …
23