Podstawowa osnowa wysokościowa w Polsce

Transkrypt

1 Podstawowa osnowa wysokościowa w Polsce Adam Łyszkowicz Katedra Geodezji Szczegółowej UWM w Olsztytnie

2 Główne punkty prezentacji Cztery kampanie niwelacji precyzyjnej w Polsce, Europejski system i układ wysokościowy (ostatnie 20 lat), I etap: EVRS, EVRF2000, UELN95, EUVN97 II etap: EVRS, EVRF2007, UELN2000, EUVN_DN, ECGN Prace w Europie nad globalnym systemem i układem wysokościowym. Rozporządzenie z dnia 14 lutego 2012 r 2

3 Uwagi ogólne 1. system wysokościowy, układ wysokościowy, system wysokości (normalne, ortometryczne) 2. znaczenie osnowy wysokościowej: praktyczne, naukowe. 3

4 Wysokości fizyczne i geometryczne h-h-n=0 4

5 szerokość geograficzna [stopnie] latitude [deegre] Niezgodności długość geograficzna [stopnie] longitude [deegre] -6-7 model quasi-geoidy quasi97b model quasi-geoidy z misji GOCE 5

6 Kilka słów o pływach Height changes over Europe caused by the application of different permanent tide concepts. Blue : ellipsoidal height changes due to the conversion from tide free to zero crust; Green : normal height changes due to the conversion from mean to zero tide system; Yellow : quasigeoid geoid height changes due to the above ellipsoidal and normal height changes. 6

7 Pierwsza kampania niwelacji precyzyjnej Linie: - ~ km Poprawki: kalibracyjna normalna/ortometryczna Nawiązanie: Mareograf w Gdyni Mareograf referencyjny: Amsterdam, System grawimetryczny: Poczdam Wyrównanie: metoda warunkowa, jeden stały reper, Dokładność: 1.04 mm km 7

8 Druga kampania niwelacji precyzyjnej linie km poprawki: kalibracyjna normalna Molodenski nawiązanie: 7 mareografów w Polsce, Mareograf referencyjny Kronsztadt System grawimetryczny: Poczdam dokładność: 0.78 mm km 8

9 Jednolita Wysokościowa Sieć Niwelacyjna Linie: km, Dokładność: 1.15 mm/.. 9

10 Trzecia kampania niwelacji precyzyjnej linie: km poprawki: Komparacyjna, termiczna, poprawka pływowa, popr. normalna, mareograf Kronsztadt, system grawimetryczny: Poczdam Wyrównanie: Przyjęto wysokości 23 reperów z sieci JWSN dokładność: 0.84 mm km 10

11 Czwarta kampania niwelacji precyzyjnej Pomiary: , 2001, 2002 Instrumenty: Zeiss Ni 002, Zeiss DiNi11, Zeiss DiNi 12, Topcon niwelator cyfrowy Kalibracja łat: Politechnika Warszawska, AGH Kraków Instrukcje: O-1,G-2, G-2-1 (1983 r), G-1.11 (2002) Problemy: Czy zerowy pływ jest uwzględniony i czy zgodnie z definicja EVRS Jakie dane grawimetryczne? 11

12 Ocena dokładności na podstawie odchyłek odchyłka z dwukrotnego pomiaru odcinka odchyłka z dwukrotnego pomiaru linii odchyłka nie zamknięcia oczka 12

13 mm/pierwiastek(km) stare wzory m n l l 2 m n L 2 L m n F 2 F m1 m2 m I II III IV kampanie 13

14 mm/pierwiastek(km) Wzory Lallemanda m 2 2 L s 2 L 2 s I II III IV kampanie 14

15 suma odchyłek w mm Co zauważył Vignal długość linii w km Kumulacja odchyłek dla linii Szczecin- Sokółka 15

16 wartość błędu mm/km Wzory Vignala 2 2 eta zeta kolejne kampanie 16

17 wartość błedu w mm/km Porównanie błędów przypadkowych Lallemand Vignal I II IV kolejne kampanie 17

18 wartość błedu w mm/km Porównanie błędów systematycznych Lallemand Vignal I II IV kolejne kampanie 18

19 Analiza wariancji Analiza wariancji służy do weryfikacji hipotezy o równości wartości średnich wielu prób przez porównanie ich wariancji. Z przeprowadzonych badań wynika: że wariancje nie są sobie równe, czyli w analizowanych obserwacjach występują błędy systematyczne. Wyniki analizy, wskazują na niejednorodność sieci pod względem dokładności. 19

20 Korelacja Błędy te mogą powodować korelacje między kolejnymi odcinkami linii, Z przeprowadzonych badań wynika że stopień korelacji jest zróżnicowany co do wartości (od 0.01 do 0.44) i znaku oraz, że większość korelacji nie jest istotna ze statystycznego punktu widzenia. Literatura: Anna Bernatowicz, 2011, Analiza korelacji w krajowej sieci niwelacji precyzyjnej, UWM Olsztyn 20

21 Wyrównanie sieci Wyrównanie jednopunktowe (Warszawa Wola), m 0 = 0.88 mm, Literatura: Gajderowicz I,2005, Ocena dokładności krajowej sieci niwelacji precyzyjnej I klasy pomierzonej w latach , Technical Sciences, Supplement No. 2 Wyrównanie jedno i wielopunktowe: Jednopunktowe w: m 0 = 0.89 mm, Wielopunktowe: w EVRS 2000, 5 stałych punktów, dwa warianty (m 0 = 1.33, 1.30 mm) Pytania? Czy przyjąć błędność punktów nawiązania, jakie punkty przyjąć za stałe, czy wyrównywać liczby geopotencjalne czy wysokości normalne? Literatura: Łyszkowicz A., 2005, Adjustment of Plish Precise levelling network using GEOLAB package, Enviromental Engineering, Vilnius Propozycja nowego układu wysokościowego, Kronsztadt 2006: Wyrównanie jednopunktowe plus przesuniecie wszystkich wysokości o wartość minus 6.1 mm Niewielkie przesunięcia ( 3cm) zapewniają że warstwice na mapach wielkoskalowych w układzie Kronsztadt86 są również aktualne w układzie Kronsztadt 2006 (spełniony aspekt praktyczny) Literatura: Gajderowicz I., 2007, Propozycja nowego polskiego układu wysokościowego, Geomatics and Environmental Engineering, 21

22 Wnioski Brak wyczerpującej monografii dotyczącej kampanii IV, stosowanych procedur, instrumentów, redukcji (popr. norm., pływy) itd. 22

23 European Vertical Reference System EVRS powierzchnią odniesienia systemu wysokościowego: powierzchnia pozioma dla której potencjał siły ciężkości jest równy potencjałowi normalnemu średniej elipsoidy ziemskiej U 0 : Wysokościami: są różnice między potencjałem pola siły ciężkości Ziemi w punkcie P a potencjałem powierzchni układu EVRS. Różnica potencjału - zwana jest również liczbą geopotencjalną C P : odpowiednikami liczb geopotencjalnych są wysokości normalne, system EVRS jest układem: w którym przyjęto zerowy system pływowy zgodnie z rezolucją IAG, Literatura: Ihde J., W Augath, 2000, The Vertical Reference System for Europe, Veröffentlichungen der Bayerischen Kommission für die Internationale Erdmesssung der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, Astronomisch - Geodätisch Arbeiten, Heft Nr 61, München, pp Łyszkowicz A., 2001, Europejski wysokościowy system odniesień, Geodeta nr 12, str

24 European Vertical Reference Frame EVRF 2000 Rezolucja nr. 5, EUREF Tromso 2000 r. Poziom zerowy: jest zrealizowany poprzez Normaal Amsterdams Peils (NAP), oraz poprzez liczbę geopotencjalną i odpowiadającą tej liczbie wysokość normalną punktu referencyjnego nr 000A2530/13600 sieci UELN. parametry i stałe definiujące układ wysokościowy: są parametrami i stałymi zdefiniowanymi przez Geodetic Reference System 1980 (GRS80), EVRF został realizowany: poprzez wyznaczenie liczb geopotencjalnych i wysokości normalnych punktów węzłowych United European Levelling Network 95/98 (UELN 95/98) 24

25 UELN95 Cel: Ujednolicenie europejskich układów wysokościowych na poziomie decymetra, Wyrównanie w kolejnych etapach: I etap wyrównanie sieci europejskiej UELN-73, II dołączanie kolejnych sieci, Wyrównanie w BKG w Lipsku: Co uzyskała Polska: Wyrównane wysokości punktów węzłowych z III kampanii, Literatura np.: Łyszkowicz A., 1996, Conversion of Polish precise levelling network into the geopotential numbers, Heft Nr 57, München, pp Łyszkowicz A., 1999, Jednolita sieć wysokościowa na obszarze Europy, stan obecny i perspektywy, Geodeta nr 3 25

26 Różnice (w cm) między układem UELN-95, a układem Kronsztadt 86 na obszarze Polski 26

27 Sieć EUVN Cel: Ujednolicenie europejskich układów wysokościowych na poziomie centymetra, Sieć składa się z: 179 punktów, 11 punktów w Polsce. Pomiar sieci: maj 1997 r. Co uzyskano: Wysokości elipsoidalne i geopotencjalne punktów sieci z dokładnością poniżej 1 cm 27

28 Główne osiągnięcie sieci EUVN Geometryczne odstępy geoidy od elipsoidy (z dużą dokładnością) na punktach sieci, Umożliwiło to testowanie dokładności regionalnej geoidy EGG97 (Denker i Torge), 28

29 Sieć EUVN_DA Łączna liczba punktów: ~ punktów w Polsce 29

30 Ponowne zdefiniowanie systemu wysokościowego EVRS EVRS Conventions 2007: Zasadniczy dokument: Conventions for the Definition and Realization of a European Vertical Reference System (EVRS)" EVRS Conventions 2007, stron 10, Definicja EVRS: The European Vertical Reference System (EVRS) is a kinematical height reference system, The EVRS definitions fulfil the following four conventions: The vertical datum is defined as the equipotential surface for which the Earth gravity field potential is constant and which is in the level of the Normaal Amsterdams Peil, The unit of length of the EVRS is the meter (SI). The unit of time is second (SI). The height components are the differences ΔW P, The EVRS is a zero tidal system. The EVRF can be realized with spirit levelling combined with gravity measurements, or using a geopotential model. 30

31 EVRF2007 jako realizacja EVRS Realizacja przez sieć: Kolejne wyrównanie sieci UELN, Wprowadzono redukcje ze względu na ruchy pionowe (Skandynawia) na epokę 2000, Wszystkie obserwacje zredukowano do zerowego pływu. Realizacja przez model geopotencjalny: Podano tylko podstawy teoretyczne. Zmiany EVRF w czasie: Zmiany EVRF w czasie monitorowane przez sieć European Combined Geodetic Network (ECGN). Brak publikacji dotyczącej polskiego wkładu w sieć UELN 31

32 European Combined Geodetic Network (ECGN) Maintenance of a long time stability of the terrestrial reference system with an accuracy of 10-9 for Europe especially in the height component, In-situ combination of geometric positioning (GPS) with physical height and other Earth gravity parameters in 1 cm accuracy level, Modelling of influences of timedependent parameters of the solid Earth of the Earth gravity field, the atmosphere, the oceans, the hydrosphere for different applications of positioning 32

33 Nowe parametry transformacji 33

34 World Height System Lata : Etap I, dokument Conventions for the definition and realization of a Conventional Vertical Reference System (CVRF), etap II, zainicjowanie projektu pilotażowego w celu realizacji WHS, Elementy projektu: Analysis centres for determining and monitoring the relationship between a conventional W 0 and the potential of the Earth gravity field level surface closely coinciding with the mean sea surface Regional processing centres and global combination centres for GNSS/levelling stations with coordinate time series in the current ITRF linked to TIGA stations and geo-potential numbers referred to the RHS at defined epochs Investigations on the accuracy of computing point values Wp of the gravity potential by means of high resolution gravity field models and regional densifications of gravity data Operative determination of physical WHS heights in regions with a weak geodetic infrastructure including and development of an information system (registry) providing relevant data 34

35 Rozporządzenie z dnia 14 lutego w sprawie osnów geodezyjnych, grawimetrycznych i magnetycznych Podstawową fundamentalną osnowę wysokościową tworzą punkty głównej krajowej sieci EUVN, Poprawkę pływową oblicza się osobno dla pomiaru w kierunku głównym i powrotnym.. Poprawkę niwelacyjną ze względu na nierównoległość powierzchni Przed przystąpieniem do wyrównania sieci. Wyrównanie metodą najmniejszych kwadratów, obserwacje liczby geopotencjalne (brak) 35

36 Podsumowanie Brak wyczerpującej monografii dotyczącej 4 kampanii, Brak monografii dotyczącej tworzenia europejskiego systemu i układu wysokościowego, Model ruchów pionowych skorupy ziemskiej w Polsce: Wyrzykowski, 1985, kampania II i III Kowalczyk, 2006, Kampania III i IV Polska brała czynny udział w tworzeniu sieci UELN, EUVN, ECGN 36