TECHNOLOGIA REALIZACJI PAŃSTWOWEGO UKŁADU WSPÓŁRZĘDNYCH 2000 NA OBSZARZE POWIATU

Transkrypt

1 XX JUBILEUSZOWA JESIENNA SZKOŁA GEODEZJI im. Jacka Rejmana WSPÓŁCZESNE METODY POZYSKIWANIA I MODELOWANIA GEODANYCH Polanica Zdrój, września 2007 r. TECHNOLOGIA REALIZACJI PAŃSTWOWEGO UKŁADU WSPÓŁRZĘDNYCH 2000 NA OBSZARZE POWIATU Jarosław Bosy Bernard Kontny Instytut Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

2 Zagadnienia Przepisy dotyczące przeliczania współrzędnych do układu 2000 Weryfikacja i modernizacja osnowy szczegółowej II i III klasy poprzez kontrolny pomiar GPS wybranych punktów Wyznaczenie parametrów transformacji współrzędnych między układem lokalnym a układem państwowym 2000 Technologia przetworzenia zasobów numerycznych do układu 2000 Technologia przetworzenia map analogowych (mapy zasadniczej i mapy ewidencyjnej) do map rastrowych i ich kalibracji w układzie państwowym 2000 Kontrola poprawności realizacji układu 2000 z wykorzystaniem systemu ASG-EUPOS

3 Układ odniesienia w Polsce Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 8 sierpnia 2000 r. (DZU nr 70 z dn r., poz wprowadziło do stosowania układ ETRF89 jako przestrzenny system odniesień współrzędnych do stosowania w Polsce. W oparciu o nowy system przestrzenny zdefiniowano nowe kartograficzne układy współrzędnych płaskich powstałe poprzez aplikacje odwzorowania Gaussa-Krugera elipsoidy GRS'80 (WGS'84). Nowe układy otrzymały nazwy: 1992 (układ jednostrefowy) i 2000 (układ czterostrefowy) Państwowym układem wysokości w Polsce jest układ wysokości normalnych zdefiniowanych w oparciu o quasigeoidę Mołodieńskiego, odniesionych do średniego poziomu Morza Bałtyckiego w Zatoce Fińskiej, wyznaczonego dla mareografu w Kronstadzie koło Sankt Petersburga (Federacja Rosyjska).

4 Przepisy dotyczące osnowy INSTRUKCJA TECHNICZNA G-1 PODSTAWOWA OSNOWA GEODEZYJNA (W TRAKCIE MODERNIZACJI) INSTRUKCJA TECHNICZNA G 2 SZCZEGÓŁOWA POZIOMA I WYSOKOŚCIOWA OSNOWA GEODEZYJNA I PRZELICZENIA WSPÓŁRZĘDNYCH MIĘDZY UKŁADAMI WYDANIE PIĄTE ZMIENIONE 2001 WYTYCZNE TECHNICZNE G-2.5 SZCZEGÓŁOWA POZIOMA I WYSOKOŚCIOWA OSNOWA GEODEZYJNA. PROJEKTOWANIE, POMIAR I OPRACOWANIE WYNIKÓW 2002 WYTYCZNE TECHNICZNE G-1.10 FORMUŁY ODWZOROWAWCZE I PARAMETRY UKŁADÓW WSPÓŁRZĘDNYCH /Z PŁYTĄ CD-ROM/ 2001

5 Ogólne zasady transformacji pomiędzy układami współrzędnych

6 Przeliczanie współrzędnych między układem 1965 lub lokalnym a układem państwowym 2000 WYTYCZNE DO PRZELICZEŃ OSNÓW POZIOMYCH, I GRANIC ADMINISTRACYJNYCH ORAZ PRZEKSZTAŁCEŃ MAP KATASTRALNYCH DO UKŁADU 2000, GUGiK, Warszawa 2003 Zalecenia ogólne. 1. Nowo zakładane osnowy geodezyjne wszystkich klas wyrównuje się w układzie 1992 lub Konwersja osnowy szczegółowej III klasy z układu 1965 do układu 2000 powinno być dokonane w poszczególnych powiatach w terminach dostosowanych do planowanych kompleksowych pomiarów dla celów katastralnych oraz w związku z zakładaniem mapy zasadniczej. Proces uzgodnienia przebiegu granic administracyjnych i weryfikacji danych PRG należy zakończyć do końca III kwartału br. 3. Wyniki pomiarów geodezyjnych wykonywanych w ramach kompleksowej modernizacji ewidencji gruntów i budynków oraz pomiarów, w wyniku których zakładane są nowe arkusze mapy zasadniczej powinny być przyjmowane do państwowego zasobu geodezyjnego i kartograficznego w układzie współrzędnych Proces wektoryzacji ewidencyjnej mapy wektorowej powinien być poprzedzony analizą jakościową mapy rastrowej. Do wektoryzacji należy dopuścić tylko te mapy rastrowe, które zostały skalibrowane w dostosowaniu do uzgodnionych i zweryfikowanych punktów granicznych jednostek podziału terytorialnego państwa zawartych w Państwowym rejestrze granic i powierzchni jednostek podziału terytorialnego państwa (PRG). 5. Z chwilą wykonania mapy rastrowej, część geometryczną ewidencji gruntów i budynków, o ile pozwalają na to warunki techniczne, należy prowadzić wyłącznie w technice komputerowej w postaci mapy wektorowo-rastrowej (nowe wyniki pomiarów w formie wektorowej, na tle mapy rastrowej).

7 Przeliczanie współrzędnych między układem 1965 lub lokalnym a układem państwowym 2000 WYTYCZNE DO PRZELICZEŃ OSNÓW POZIOMYCH, I GRANIC ADMINISTRACYJNYCH ORAZ PRZEKSZTAŁCEŃ MAP KATASTRALNYCH DO UKŁADU 2000, GUGiK, Warszawa Przeliczanie osnowy poziomej III klasy i osnowy pomiarowej. 2.1 Metodologia. Przeliczanie osnów może przebiegać dwoma metodami: 1) poprzez ścisłe wyrównanie sieci w układzie 2000 w nawiązaniu do punktów osnów wyższego rzędu (przy założeniu bezbłędności współrzędnych punktów nawiązania), 2) poprzez transformację istniejących zbiorów współrzędnych punktów z układów dotychczasowych ( 1965, lokalne) do układu

8 Weryfikacja i modernizacja osnowy szczegółowej II i III klasy poprzez kontrolny pomiar GPS wybranych punktów Analiza istniejącego zasobu geodezyjno-kartograficznego w zakresie osnowy podstawowej i szczegółowej pod kątem wykorzystania do wyznaczenia parametrów transformacji z układu państwowego 65 lub układu lokalnego do układu Pomiar GPS wybranych punktów osnowy szczegółowej (punktów dostosowania II klasy i punktów kontrolnych III klasy) w nawiązaniu do punktów osnowy podstawowej POLREF. Obliczenie pomierzonej osnowy szczegółowej i weryfikacja współrzędnych katalogowych osnowy szczegółowej poziomej II i III klasy.

9 Przeliczanie współrzędnych między układem 1965 lub lokalnym a układem państwowym 2000 DANE UKŁAD 1965 UKŁAD 2000 OSNOWA II KLASY OSNOWA III KLASY WSPÓŁRZĘDNE KATALOGOWE WSPÓŁRZĘDNE KATALOGOWE DANE POMIAROWE (WYRÓWNANIE OBSERWACJI) WSPÓŁRZĘDNE KATALOGOWE POMIAR GPS (WYRÓWNANIE SIECI) TRANSFORMACJA WYRÓWNANIE OBSERWACJI PRZELICZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH OBLICZENIE PARAMETRÓW TRANSFORMACJI OSNOWY POMIAROWE WSPÓŁRZĘDNE KATALOGOWE PRZELICZENIE PUNKTY GRANICZNE WSPÓŁRZĘDNE KATALOGOWE PRZELICZENIE MAPY WEKTOROWE PLIKI WEKTOROWE (DGN, DXF, INNE) PRZETWORZENIE NUMERYCZNE MAPY RASTROWE I ANALOGOWE SKANOWANIE KALIBRACJA I WPASOWANIE W RAMKI ARKUSZY

10 Analiza istniejącego zasobu geodezyjno-kartograficznego Punktami dostosowania transformacji z układu 65 do układu 2000, powinny być zweryfikowane punkty osnowy szczegółowej II i III klasy. Punkty te powinny być równomiernie rozmieszczone na obszarze powiatu. Współrzędne punktów dostosowania powinny być wyznaczone niezależnie (jeśli to jest możliwe), w oparciu o nowe wyrównanie osnowy III klasy w układzie 2000, w nawiązaniu do punktów II klasy, których współrzędne zostaną zweryfikowane nowym pomiarem. Jako najlepszą technologię tego pomiaru wybrano pomiar GPS metodą statyczną, w nawiązaniu do punktów sieci POLREF. Weryfikacja współrzędnych 2000 punktów dostosowania, obliczonych w wyniku nowego wyrównania sieci III klasy może być przeprowadzona na podstawie niezależnego wyznaczenia współrzędnych punktów kontrolnych (np. punktów węzłowych sieci poligonowych) poprzez nowy pomiar wykonany techniką GPS w nawiązaniu do punktów sieci POLREF.

11 Szkic rozmieszczenia punktów POLREF oraz I i II klasy na obszarze powiatu Analiza istniejącego zasobu geodezyjno-kartograficznego

12 Opracowanie pomierzonej osnowy szczegółowej Obliczenie wektorów GPS w układzie ETRF89 Wyrównanie sieci GPS w układzie ETRF89: 1. Swobodne 2. W nawiązaniu do punktów POLREF

13 Opracowanie pomierzonej osnowy szczegółowej ETRF89 G.1-10 G-2 Np. TRANSPOL, UNITRANS xy2000 II klasa Lp. Nr katalogowy Nr roboczy xy2000 obliczone xy2000 katalogowe katalog - obliczenia x [m] y [m] x [m] y [m] dx [cm] dy [cm] d [cm] D F F F D D F E E E C D D D D B B A Porównanie współrzędnych punktów sieci GPS w układzie 2000

14 Weryfikacja osnowy szczegółowej II klasy poprzez kontrolny pomiar GPS wybranych punktów

15 Weryfikacja osnowy szczegółowej III klasy poprzez kontrolny pomiar GPS wybranych punktów

16 Weryfikacja osnowy szczegółowej III klasy poprzez kontrolny pomiar GPS wybranych punktów Szkic rozmieszczenia punktów wybranych do pomiaru GPS na obszarze Wrocławia z 48 punktów II klasy wybrano 31 punktów z 46 punktów III klasy wybrano 21 punktów

17 Przeliczanie współrzędnych między układem 1965 lub lokalnym a układem państwowym 2000

18 Przeliczanie współrzędnych między układem 1965 lub lokalnym a układem państwowym 2000 Ogólny model transformacji wielomianowej przekształcającej płaszczyznę ma postać: x y w w = = ij ij a b ij ij x x i i y y j j x y i i = = ( x ( y p p x y 0 0 ) c ) c gdzie: x P, y P współrzędne płaskie w układzie pierwotnym, x W, y W współrzędne płaskie w układzie wtórnym, a, b niewiadome parametry, x i, y i współrzędne w układzie pierwotnym, scentrowane i przeskalowane, takie że: x 0, y 0 parametry centrujące (współrzędne środka ciężkości zbioru punktów), c parametr skalujący.

19 Przeliczanie współrzędnych między układem 1965 lub lokalnym a układem państwowym 2000 Zapisanie współrzędnych na płaszczyźnie w postaci współrzędnych zespolonych gwarantuje cechę wiernokątności. Transformację wielomianami zespolonymi przedstawia się wzorami: Z = Z 0 + c i u i Z = ( X, Y ) Z c i 0 = ( X = ( a i 0, b, Y i ) 0 ) gdzie: Z współrzędne wynikowe (w układzie wtórnym), Z0 pomocnicze współrzędne centrujące w układzie wtórnym, ci zespolone współrzędne wielomianu, u argument zespolony funkcja współrzędnych.

20 Przeliczanie współrzędnych między układem 1965 lub lokalnym a układem państwowym 2000 Wybór stopnia wielomianu transformującego Transformacja stopnia 1 - rozkład odchyłek liniowych Transformacja stopnia 6 - rozkład odchyłek liniowych Skala wektorów 0.1 m Skala wektorów 0.1 m

21 Przeliczanie współrzędnych między układem 1965 lub lokalnym a układem państwowym 2000 Wybór stopnia wielomianu transformującego Histogramy rozkładu odchyłek dostosowania transformacji 1 stopnia: a) składowa dx; b) składowa dy; (kolorem czerwonym zaznaczono krzywą rozkładu normalnego)

22 Przeliczanie współrzędnych między układem 1965 lub lokalnym a układem państwowym 2000 Korekcja współrzędnych wynikowych transformacji Zgodnie z zasadami transformacji współrzędnych pomiędzy układami geodezyjnymi, współrzędne wynikowe obliczone wg reguł należy skorygować za pomocą tzw. poprawek Hausbrandta. Celem tej korekcji jest doprowadzenie do zgodności współrzędnych punktów dostosowania obliczonych w układzie wtórnym (2000) ze współrzędnymi katalogowymi (na podstawie których obliczono współczynniki transformacji). Pozostałe punkty transformowane otrzymują korekty interpolowane na podstawie odchyłek transformacji na najbliższych punktach dostosowania. Σ [ Vxi (1/ dij 2 ) ] Σ [ Vyi (1/ dij 2 ) ] Vxj = , Vyj = Σ (1/ dij 2 ) Σ (1/ dij 2 ) (sumowania po i = 1, 2,..., n ; gdzie n liczba najbliższych punktów dostosowania, j wskaźnik punktu transformowanego, zaś dij odległość do i-tego punktu dostosowania).

23 Przeliczanie współrzędnych między układem 1965 lub lokalnym a układem państwowym 2000 Przetworzenie map cyfrowych wektorowych Przetworzenie istniejących plików mapy numerycznej do uzgodnionego układu poprzez przeliczenie współrzędnych w plikach map wektorowych Przetworzenie plików rysunkowych mapy numerycznej w formacie DGN można zrealizować za pomocą specjalnie przygotowanego programu wewnętrznego (MACRO) w środowisku MICROSTATION. Program wewnętrzny realizuje przeliczanie współrzędnych wszystkich punktów tworzących obiekty rysunku DGN (punkty, linie, teksty, symbole-cele). Do przeliczenia współrzędnych zastosowano identyczny algorytm interpolacji jak w wypadku przeliczania współrzędnych punktów osnowy pomiarowej i punktów granicznych. Zastosowany sposób przetwarzania plików DGN umożliwia poprawne przetwarzanie plików złożonych z podstawowych elementów rysunku (punkty, linie). Obiekty zblokowane jako cele przed przetworzeniem są rozłożone na elementy podstawowe. Po przetworzeniu współrzędnych rysunek mapy w formacie DGN posiada wszystkie atrybuty rysunku wyjściowego (kolory, czcionki tekstu, grubości i typy linii itp.), ale nie składa się z cel, tylko z obiektów elementarnych.

24 Przeliczanie współrzędnych między układem 1965 lub lokalnym a układem państwowym 2000 Przetworzenie map analogowych Przetworzenie rastrów mapy zasadniczej i ewidencyjnej do nowego układu Przetworzenie rastrów mapy zasadniczej do nowego układu można wykonać poprzez ponowną kalibrację rastrów do przeliczonych punktów osnowy i siatki krzyży. Można zastosować do tego celu np. standardowe oprogramowanie firmy Intergraph. Konieczne jest ponadto wpasowanie skalibrowanych rastrów do nowych ramek arkuszy mapy.

25 Kontrola poprawności realizacji układu 2000 z wykorzystaniem systemu ASG-EUPOS 68 stacji referencyjnych zawierających moduł GPS budowanych w ramach realizowanego projektu, 8 stacji zawierających moduł GPS/GLONASS budowanych w ramach realizowanego projektu, 16 istniejących stacji referencyjnych z modułem GPS położonych na obszarze Polski, 3 istniejące stacje referencyjne z modułem GPS/GLONASS położone na obszarze Polski, do 30 zagranicznych stacji referencyjnych położonych w strefie przygranicznej, działających w ramach systemu EUPOS. Krajowe Centrum Zarządzające Lokalizacja: Warszawa, Katowice

26 Kontrola poprawności realizacji układu 2000 z wykorzystaniem systemu ASG-EUPOS Odbiornik mobilny Trimble R8 dokładność pomiarów RTK: w poziomie:±0.01 m + 1 ppm (x długość mierzonego wektora); w pionie:±0.02 m + 1 ppm (x długość mierzonego wektora). Formaty poprawek RTK RTCM SC 104 V do 3.0 z FKP, RTCM SC 104 V do 3.0 z VRS, RTCM SC 104 V do 3.0 (dla pojedynczej stacji) Współrzędne geodezyjne ETRS89 Współrzędne płaskie 2000 i 1992 Współrzędne płaskie 1965 Wysokości normalne