Podstawowa osnowa wysokościowa, grawimetryczna i magnetyczna ocena stanu i prognozy rozwoju

Transkrypt

1 Podstawowa osnowa wysokościowa, grawimetryczna i magnetyczna ocena stanu i prognozy rozwoju Wiesław Graszka 1, Elżbieta Pielasa 2, Szymon Wajda 1, Dominik Piętka 1 1 Główny Urząd Geodezji i Kartografii Departament Geodezji, Kartografii i Systemów Informacji Geograficznej 2 Centralny Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej Dział Osnów Podstawowych Seminarium Współczesne problemy podstawowych osnów geodezyjnych w Polsce Grybów, r.

2 Układ prezentacji Wprowadzenie układy odniesienia Przeprowadzone kampanie pomiarowe Omówienie podstawowych osnów geodezyjnych System ASG-EUPOS Tematy do dyskusji

3 Wprowadzenie: układy odniesienia (1) W przypadku dwuwymiarowych i trójwymiarowych systemów odniesienia za pomocą współrzędnych oraz w przypadku poziomego komponentu złożonych systemów odniesienia za pomocą współrzędnych, stosowanych na potrzeby udostępniania zbiorów danych przestrzennych, stosuje się układ odniesienia Europejskiego Ziemskiego Systemu Odniesienia z 1989 r. (ETRS89) W przypadku pionowego komponentu (złożonego układu odniesienia) na lądzie stosuje się Europejski System Odniesienia Pionowego (EVRS) do wyrażenia wysokości fizycznych w ramach jego geograficznego zakresu stosowania. Rozporządzenie Komisji Europejskiej Nr 1089/2010 z dnia 23 listopada 2010 r. w sprawie wykonania dyrektywy INSPIRE w zakresie interoperacyjności zbiorów i usług danych przestrzennych (Dz. U. UE Nr L 323/11 z dnia r.)

4 Wprowadzenie: układy odniesienia (2) Podstawowe osnowy geodezyjne przenoszą i realizują na obszarze kraju: geodezyjne układy odniesienia PL-ETRF2000 i PL-ETRF89, będące matematyczną i fizyczną realizacją europejskiego ziemskiego systemu odniesienia ETRS89, wysokościowe układy PL-KRON86-NH i PL-EVRF2007-NH, będące matematyczną i fizyczną realizacją europejskiego ziemskiego systemu wysokościowego EVRS, Rozporządzenie Rady Ministrów w sprawie państwowego systemu odniesień przestrzennych (Dz. U. z 2012 r., poz. 1247)

5 Wprowadzenie: układy odniesienia (3) Podstawowe fundamentalne osnowy geodezyjne przenoszą na obszar kraju: europejski grawimetryczny układ odniesienia: określony przez jednolitą europejską sieć grawimetryczną, którego fizyczną realizacją są punkty absolutne na obszarze kraju: o Spójność pomiarów absolutnych realizowana poprzez międzynarodowe kampanie porównawcze (np.: ECAG2015), europejski magnetyczny układ odniesienia: określony przez sieć obserwatoriów magnetycznych w Europie, którego fizyczną realizacją są punkty wiekowe na obszarze kraju. Rozporządzenie Ministra Administracji i Cyfryzacji w sprawie osnów geodezyjnych, grawimetrycznych i magnetycznych (Dz. U. z 2012 r., poz. 352)

6 Liczba punktów osnowy podstawowej w Polsce OSNOWA WYSZCZEGÓLNIENIE Liczba punktów ŁĄCZNIE EPN 15 POZIOMA WYSOKOŚCIOWA GRAWIMETRYCZNA ASG-EUPOS 85 EUREF-POL, POLREF, EUVN 356 SAG+SW 6267 Dawna I klasa Dawna II klasa klasa fundamentalna 29 2 klasa - bazowa MAGNETYCZNA 1 klasa fundamentalna (punkty wiekowe) 2 klasa bazowa (punkty zdjęć magnetycznych) 25 (19)

7 Kampanie pomiarowe Osnowa Układ odniesienia Kampania pomiarowa Modernizacja osnowy Lata następnej kampanii pomiarowej wg rozp. w spr. osnów ( ) Geodezyjna - pozioma PL-ETRF89 PL-ETRF ( ) 2008, < 10 lat około 2020 r. Geodezyjna - wysokościowa PL-KRON86-NH PL-EVRF2007-NH < 20 lat około 2020 r. Grawimetryczna absolutny* < 20 lat około 2034 r. Magnetyczna absolutny** < 20 lat (osnowa podstawowa) < 5 lat (punkty wiekowe) około 2023 r. w 2017 r. * Spójność realizowana przez międzynarodowe grawimetryczne kampanie porównawcze (ICAG/ECAG) ** Obserwatoria magnetyczne (IGF PAN w Belsku) utrzymujące międzynarodowe standardy

8 Stan osnów (1) Obecnie trwają prace nad przeglądem i konserwacją podstawowej osnowy geodezyjnej na obszarze województwa zachodniopomorskiego oraz części województw: kujawsko-pomorskiego, lubuskiego, pomorskiego i wielkopolskiego: 3766 punktów podst. osn. poziomej, 2819 punktów podst. osn. wysokościowej, 169 punktów WSSG.

9 Stan osnów (2) Wyniki przeglądu wykonanego na obszarze części województw: kujawsko-pomorskiego, łódzkiego, mazowieckiego, pomorskiego, warmińsko-mazurskiego i wielkopolskiego (obiekt 4732) w roku 2014, stwierdzono zniszczenie: 250 z 1301 (19%) znaków ziemnych podst. osn. wysokościowej 567 z 2203 (26%) znaków ściennych podst. osn. wysokościowej Około 5% zespołów znaków podst. osn. poziomej Ocenia się, że obecnie około 23% reperów podst. osnowy wysokościowej zostało zniszczonych: 23% z reperów to około 9400 znaków! Szacunkowy koszt założenia jednego punktu wynosi zł.

10 Osnowa wysokościowa (1) Struktura sieci Pomiar linii niwelacyjnych I-klasy przeprowadzono podczas IV kampania niw. w latach Rys. Szkic przebiegu linii niwelacyjnych dawnej I klasy 4-ta kampania Termin pomiarów Długość linii Liczba linii/ odcinków Liczba poligonów Dokładność ,516 km 382/ ± 0.91 mm/ km

11 Osnowa wysokościowa (2) Struktura sieci ( II klasa ) UWAGA: wyłącznie wybrane odcinki II klasy podlegały pomiarowi w IV kampanii niwelacyjnej różne epoki przewyższeń na poszczególnych odcinkach! Rys. Pomierzone odcinki II klasy w fragmencie poligonu 17 (woj. pomorskie)

12 Osnowa wysokościowa (3) Obowiązujące układy odniesienia Aktualnie podstawowa osnowa wysokościowa realizuje dwa geodezyjne układy wysokościowe: PL-EVRF2007-NH przewyższenia z IV kampanii niwelacyjnej PL-KRON86-NH przewyższenia z III oraz IV kampanii niwelacyjnej Układ PL-KRON86-NH obowiązuje do czasu wdrożenia układu PL-EVRF2007-NH, jednak nie dłużej niż do r.!

13 Podstawowe informacje o EVRF2007 (1) Europejski układ odniesienia wysokości realizujący system EVRS2007 DEFINICJA SYSTEMU 1) jednostki: metr, sekunda (SI), system czasu TCG 2) poziom odniesienia: NAP (W 0 =W NAP ) 3) Wysokości określone jako: C P =W NAP -W P lub odpowiadające liczbom geopotencjalnym wysokości normalne 4) system zerowego pływu Rys. Struktura sieci niwelacyjnych realizujących układ EVRF2007. Brak linii niwelacyjnych z obszaru Ukrainy oraz Białorusi ma negatywny wpływ dla dokładności polskiej sieci. (źródło: Sacher M. i inni, New Leveling data of France and Switzerland, EUREF2016)

14 Podstawowe informacje o EVRF2007 (2) Poziom odniesienia NAP (hol. Normaal Amsterdams Peil) jest realizowany poprzez 13 punktów nawiązania, dla których przyjęte zostały liczby geopotencjalne z układu EVRF2000: 1 punkt nawiązania w Polsce reper Warszawa Wola ( ) Rys. Rozmieszczenie punktów nawiązania, realizujących poziom NAP. (źródło: Sacher M. i inni, Short description of the EVRS and its realizations, EUREF2015)

15 Podstawowe informacje o EVRF2007 (2) Redukcja przewyższeń punktów nawiązania na epokę 2000 została wykonana z uwzględnieniem skandynawskiego modelu prędkości NKG2005-LU. (Modelowa prędkość dla obszaru Polski wynosi około -2mm/rok) Rys. Model deformacji NKG2005-LU. (źródło: Sacher M. i inni, Short description of the EVRS and its realizations, EUREF2015)

16 PL-EVRF2007-NH (1) Wprowadzenie wysokości z wyrównania EVRF2007 dla reperów podstawowej osnowy wysokościowej: linie niwelacyjne I klasy: wyrównanie międzynarodowe EVRF2007 linie niwelacyjne II klasy: wyrównanie krajowe

17 PL-EVRF2007-NH (2) Układ PL-EVRF2007-NH został w Polsce oparty na wyrównaniu międzynarodowym. Przeprowadzone krajowe opracowania sieci wysokościowej, w oparciu o punkty EUVN nie były satysfakcjonujące. Zmieniona struktura sieci Niejednorodność pomiaru (I i II klasa, a osnowa bazowa) Rys. Porównanie wysokości reperów pomiędzy wyrównaniem testowym, a wyrównaniem podstawowych osnów wysokościowych krajów europejskich w układzie EVRF2007 NH.

18 PL-EVRF2007-NH (3) Rozkład błędów średnich wyrównanych wysokości punktów podstawowej osnowy wysokościowej 1 i 2 klasy (wyrównania testowe)

19 Osnowa grawimetryczna Podstawową fundamentalną osnowę grawimetryczną tworzą punkty wyznaczeń absolutnych wartości przyspieszenia siły ciężkości. Fundamentalna osnowa grawimetryczna obejmuje obecnie 29 punktów. Skalę przyrostów przyspieszenia siły ciężkości na terenie kraju zapewniają wzorcowe wartości różnic przyspieszenia na przęsłach grawimetrycznych baz kalibracyjnych: Frombork Kasprowy Wierch oraz Koszalin Śnieżka. Pomiar został wykonany przez PW w 2014 roku.

20 Osnowa grawimetryczna Podstawową bazową osnowę grawimetryczną tworzą punkty wyznaczenia absolutnych i punkty wyznaczeń względnych wartości przyspieszenia siły ciężkości. Bazowa osnowa grawimetryczna obejmuje obecnie 168 punktów. Pomiar został wykonany przez IGiK w 2012 roku.

21 Ocena PL-geoid2011 (2) Rys. Izolinie różnic pomiędzy modelem testowym PL-geoid2011-BIS a oficjalnym PL-geoid2011 Tab. Podstawowe dane statystyczne dot. otrzymanych różnic Średnia Odch. std. 1σ MIN. MAKS. -0,001 m 0,010 m -0,148 m 0,034 m

22 Ocena PL-geoid2011 (3) Różnice występują głównie w terenach górskich i wyżynnych. Największa różnica wystąpiła w okolicach Śnieżki -14,8 cm.

23 Osnowa magnetyczna (1) Fundamentalną osnowę magnetyczną tworzą punkty wiekowe, Na punktach wiekowych wyznaczane są trzy elementy wektora natężenia pola magnetycznego: 1) wektor natężenia całkowitego pola magnetycznego (F), 2) deklinacja magnetyczna (D), 3) inklinacja magnetyczna (I). Rys. Rozmieszczenie punktów wiekowych (podstawowej fundamentalnej osnowy magnetycznej) Pomiary pola magnetycznego Ziemi mają charakter pomiarów absolutnych. Poziom odniesienia jest realizowany poprzez pomiary porównawcze w europejskich obserwatoriach magnetycznych (IGF PAN w Belsku).

24 Osnowa magnetyczna (2) Punkty wiekowe zazwyczaj są stabilizowane słupkami granitowymi, punkty zdjęć magnetycznych nie posiadają trwałej stabilizacji (paliki). Wymagane jest wykonanie analizy położenia punktów bazowej osnowy magnetycznej (punkty zdjęcia magnetycznego). Rys. Rozmieszczenie punktów fundamentalnej oraz bazowej osnowy magnetycznej wprowadzone do Zasobu.

25 Stan osnów (3) Usytuowanie punktów bazowej osnowy magnetycznej na przykładzie woj. śląskiego (źródło: 5 punktów z czego - 3 w odl m od budynków (wymagane m) - W Zwardoniu odl. od linii kolejowej 1,5 km (wymagane 4-5km) pkt. na środku parkingu leśnego??????

26 Osnowa zintegrowana Wykonane pomiary na punktach podstawowych osnów geodezyjnych, grawimetrycznych i magnetycznych Punkty/ pomiary φ, λ EUREF h H g inne X X X* X** POLREF 356 X X X* X* EUVN X X X EUVN DA 44 X X X ASG-EUPOS 100 X X X X ** X** osn. poziom. X X* osn. wysokość. osn. grawim. X* X osn. magnet. X X * Pomiary o niższej dokładności ** Tylko niektóre punkty

27 Stacje referencyjne ASG-EUPOS Stacje ASG-EUPOS są punktami osnowy wielofunkcyjnej Dla każdej stacji referencyjnej ASG-EUPOS został założony punkt osnowy podstawowej (ekscentr nr 1 stacji) będący punktem: trójwymiarowej GNSS, wysokościowej, grawimetrycznej, Punkt kierunkowy (exc 2) Niwelacja satelitarna 0,2-0,5 km 0,2-1,5 km

28 Osnowa zintegrowana - System ASG-EUPOS jest dopuszczony do pomiarów wysokościowych w ramach Rozp. o standardach wykonywania pomiarów sytuacyjnych i wysokościowych - Wykonując pomiary w oparciu o system ASG-EUPOS otrzymywane są wyniki w obowiązującym układzie odniesienia PL-ETRF Do wykonywania pomiarów wysokościowych w układzie PL-EVRF2007-NH niezbędne jest zredukowanie wysokości w układzie PL-ETRF2000 w oparciu o precyzyjny model guasi-geoidy. Rys. Miejsca wykonywania pomiarów RTN w oparciu o system ASG- EUPOS w latach

29 Rozwój ASG-EUPOS Wymiana odbiorników i anten w 2016 roku 29

30 Rozwój ASG-EUPOS Wymiana odbiorników i anten w 2016 roku 30

31 Rozwój ASG-EUPOS Budowa we współpracy z PIG stacji monitorujących w Dziwiu i Hołownie. Dziwie Hołowno 31

32 Tematy do dyskusji Sympozjum EUREF 2016 Resolution no. 3 Mając na uwadze wprowadzenie układu ITRF2014 i ścisły związek pomiędzy systemami ITRS i ETRS89 Techniczna Grupa Robocza komisji EUREF rozważa wprowadzenie nowej realizacji systemu ETRS89. W celu zebrania opinii członków EUREF zostanie rozesłana ankieta dotycząca tego zagadnienia. Podczas sympozjum prezentowane były trzy warianty wprowadzenia ITR2014: 1 wariant pozostanie przy obecnej realizacji ETRF2000 i określenie parametrów transformacji z ITRF2014 do ETRF wariant nowa realizacja systemu ETRS89 ETRF wariant wyzerowanie parametrów translacji w transformacji z ITRF2014 do ETRF2014

33 Tematy do dyskusji Wariant 1 - pozostanie przy obecnej realizacji ETRF2000 i określenie parametrów transformacji z ITRF2014 do ETRF2000 (źródło: Altamimi Z., Key results of ITRF2014 and implication to ETRS89 realization)

34 Tematy do dyskusji Wariant 2 - nowa realizacja systemu ETRS89 ETRF2014 (źródło: Altamimi Z., Key results of ITRF2014 and implication to ETRS89 realization)

35 Tematy do dyskusji Wariant 3 - wyzerowanie parametrów translacji w transformacji z ITRF2014 do ETRF nowa definicja systemu ETRS (źródło: Altamimi Z., Key results of ITRF2014 and implication to ETRS89 realization)

36 Tematy do dyskusji Zachowanie stałości punktów osnowy reprezentowanych przez stacje referencyjne w przypadku zmiany sprzętu. W 2016 roku nastąpiła wymiana uszkodzonej anteny na stacji referencyjnej REDZ spowodowała 4,5 cm skok na wysokości. (źródło:

37 Tematy do dyskusji Jak ma wyglądać V kampania niwelacyjna? Niwelacja geometryczna (nowa struktura sieci czy stare linie?) Zmniejszenie liczby punktów (niw. geometryczna) przy jednoczesnym zezwoleniu na zakładanie osnowy szczegółowej met. satelitarnymi? Wymogiem jest dokładny grawimetryczny model quasi-geoidy (wys. normalne na stacjach GNSS oraz do niwelacji satelitarnej) W oparciu o niwelację satelitarną powinny być wyznaczane wyłącznie przewyższenia, a nie wysokości.

38 Tematy do dyskusji Co dalej z osnową grawimetryczną Jaką rolę mogą spełniać punkty dawnej Podstawowej Osnowy Grawimetrycznej nie włączone do osnowy podstawowej? Jaki model geoidy powinien być stosowany do redukcji wysokości geodezyjnych h quasi-geoida satelitarnoniwelacyjna czy grawimetryczna?

39 Dziękuję za uwagę Główny Urząd Geodezji i Kartografii ul. Wspólna 2, Warszawa tel , , faks gugik.gi@gugik.gov.pl biuro.eupos@gugik.gov.pl