Grupa BD1 LP3 Środa ĆWICZENIE nr 1 Temat: Geodezyjne pomiary wysokościowe w budownictwie. Str.

Transkrypt

1 Rok akademicki 2011/2012 Grupa BD1 LP3 Środa Katedra Geodezji im. Kaspra WEIGLA ĆWICZENIE nr 1 Temat: Geodezyjne pomiary wysokościowe w budownictwie 1. Sprawozdanie techniczne 2 2. Niwelacja Niwelacja geometryczna a) Techniczna (rodzaje niwelatorów, przykłady zastosowania) b) Precyzyjna (rodzaje niwelatorów, przykłady zastosowania) c) Sprawdzenie niwelatora d) Dzienniki obliczeń niwelacji geometrycznej e) Dzienniki obliczeń niwelacji geometrycznej w systemie C-GEO f) Obliczenie niwelacji metodą najmniejszych kwadratów g) Realizacja projektowanych rzędnych h) Przykłady i opis punktów podlegających niwelacji przy inwentaryzacji powykonawczej i) Układy wysokości 2.2 Niwelacja trygonometryczna Niwelacja satelitarna Niwelacja metodą skaningu laserowego Niwelacja wirującymi laserami Niwelacja hydrostatyczna. 15 Str. Opracował: Grzegorz Chruszcz Data oddania ćwiczenia: r.

2 1. Sprawozdanie techniczne: Geodezyjne pomiary sytuacyjne (GPS) i geodezyjne pomiary wysokościowe (GPW) w budownictwie reguluje ROZPORZĄDZENIE MINISTRA SPRAW WEWNĘTRZNYCH I ADMINISTRACJI z dnia 9 listopada 2011 r. w sprawie standardów technicznych wykonywania geodezyjnych pomiarów sytuacyjnych i wysokościowych oraz opracowywania i przekazywania wyników tych pomiarów do państwowego zasobu geodezyjnego i kartograficznego (pzgik) DzU Nr 263/2011 poz Ustawa Prawo budowlane (Pb) wraz przepisami wykonawczymi (Rozporządzeniami) pozwalają wyodrębnić 6 faz mających związek z geodezją i kartografią: A - projektowanie w zakresie sytuowania obiektów budowlanych na mapach do celów projektowych (MDCP) B - wytyczanie obiektów budowlanych z wpisami do dzienników budowy C - inwentaryzacje powykonawcze obiektów budowlanych i inwentaryzacje urbanistyczno - architektoniczne D - czynności geodezyjne w toku budowy E - czynności geodezyjne po zakończeniu budowy F - System Informacji Terenowe (SIT) i System Informacji Geograficznej (w użyciu skrót z angielskiego GIS) w planowaniu przestrzennym 1.1 GPW w budownictwie wykonuje się na potrzeby: a) Sporządzania rzeźby terenu na mapach do celów projektowych (MDCP) i wysokościowych opracowań specjalistycznych technologiami : niwelacji punktów rozproszonych (stosowana sporadycznie) niwelacji profilów (stosowana często) niwelacji siatkowej (stosowana rzadko) tachimetrii w skład, której wchodzi niwelacja trygonometryczna (stosowana często) geodezyjnych pomiarów fotogrametrycznych (stosowana rzadko) b) Inwentaryzacji powykonawczych zrealizowanych obiektów budowlanych c) Inwentaryzacji urbanistyczno architektonicznych dla celów rewaloryzacji lub adaptacji istniejących obiektów budowlanych d) Badania (pomiarów) przemieszczeń i odkształceń wybranych obiektów budowlanych wraz z otoczeniem 1.2 GPW w budownictwie wykonuje się metodami: a) Niwelacji geometrycznej technicznej i precyzyjnej b) Niwelacji trygonometrycznej c) Niwelacji satelitarnej d) Niwelacja metodą skaningu laserowego e) Niwelacja wirującymi laserami f) Niwelacji hydrostatycznej 1.3 GPW wykonuje się z: a) Pomiarowej osnowy wysokościowej (POW) tzw. reperów roboczych (RR) b) Pomiarowej osnowy sytuacyjno wysokościowej (POS-W) tzw. osnowy dwufunkcyjnej 2

3 2. Niwelacja Niwelacja - geodezyjne wyznaczanie różnicy wysokości pomiędzy punktami terenowymi. Dla wykonywanych pomiarów wysokościowych istnieją poziomy odniesienia: Bezwzględny jest to odniesienie względem poziomu morza. W Polsce obowiązuje głównie układ Kronsztadt86, który jest odniesieniem do średniego poziomu Morza Bałtyckiego w Zatoce Fińskiej, wyznaczonego dla mareografu w Kronsztadzie Względny (lokalny) jest to odniesienie względem innego punktu pomiarowego (reperu) H A jest to poziom odniesienia bezwzględny poziomu punktu A, H B jest to poziom odniesienia bezwzględny poziomu punktu B, natomiast H A -H B jest to poziom odniesienia względny poziomu punktu A względem poziomu punktu B. 3

4 2.1 Niwelacja geometryczna Niwelacja geometryczna - polega na wyznaczeniu różnicy wysokości między dwoma punktami terenowymi poprzez pomiar pionowych odcinków zawartych między poziomą linią celowania a punktami terenowymi. Aby wyznaczyć wspomniane odcinki pionowe należy w punktach terenowych ustawić odpowiednie przymiary w postaci łaty niwelacyjnej. Pozioma linia celowania realizowana jest z użyciem specjalnych instrumentów geodezyjnych, zwanych niwelatorami. Wyróżniamy dwa sposoby wykonywania niwelacji geometrycznej: niwelacja ze środka - kluczowym warunkiem jest ustawienie niwelatora w równej odległości od obu łat niwelacyjnych. niwelacja w przód - pomiar różnicy wysokości z niwelatorem ustawionym nad punktem o znanej wysokości 4

5 Różnicę wysokości wyznacza się ze wzoru H AB =i-p, gdzie i (wysokość niwelatora zmierzona łatą), p (odczyt na łacie "w przód"). Określenie różnicy wysokości pomiędzy odległymi punktami, znajdującymi się poza zasięgiem jednego stanowiska niwelatora wymaga utworzenia ciągu niwelacyjnego. Wysokość miedzy poziomem A i B jest suma wysokości poszczególnych stanowisk (odczyt wstecz odjąć odczyt w przód). a) Niwelacja techniczna Niwelacja techniczna jest wykonywana przy użyciu standardowych niwelatorów oraz łat. Jest wykorzystywana w wielu czynnościach podczas realizacji budowy: przy wznoszeniu budynku, wykonywaniu fundamentów oraz przyłączy sanitarnych czy inwentaryzacji powykonawczej tj: niwelacja reperów roboczych, realizacja projektowanych rzędnych, niwelacja punktów wysokościowych infrastruktury podczas inwentaryzacji powykonawczych 5

6 Rozporządzanie mówi: Osnowy pomiarowe zakłada się w postaci: osnowy pomiarowej sytuacyjnej, osnowy pomiarowej wysokościowej oraz osnowy pomiarowej sytuacyjno wysokościowej (dwufunkcyjnej). Błąd średni wysokości punktów pomiarowej osnowy wysokościowej wykorzystywanej wysokości szczegółów terenowych, ( ) nie może być większy niż 0,02 m. ( 16, p.4) Pomiarową osnowę wysokościową wyznacza się w postaci ciągów niwelacyjnych, w nawiązaniu, do co najmniej dwóch punktów wysokościowych osnowy geodezyjnej, metodami: niwelacji geometrycznej, niwelacji trygonometrycznej, niwelacji satelitarnej wykonanej metodą precyzyjnego pozycjonowania przy pomocy GNSS. ( 23) Pomiar metodą niwelacji geometrycznej wykonuje się na każdym stanowisku dwukrotnie ze zmianą wysokości osi celowej według schematu: wstecz, w przód zmiana wysokości w przód, wstecz. Różnica między wynikami tych pomiarów nie może przekroczyć 0,0004 m. Różnica między sumą przewyższeń w kierunku głównym a sumą przewyższeń w kierunku powrotnym jest wyrażana w metrach i nie może być większa niż wartość określona wg wzoru δ 0,04, w którym L oznacza długość ciągu osnowy pomiarowej w km." ( 25, p.1-2) b) Niwelacja precyzyjna Do niwelacji precyzyjnej używa się niwelatorów samopoziomujących. Przy użyciu specjalnych łat np. z kodem, niwelator sam odczytuje pomiar i zapisuje w pamięci, następnie przy użyciu komputera i odpowiedniego oprogramowania obliczane są wysokości poszczególnych punktów. Ponadto urządzenie jak i łata wykonana jest ze specjalnych materiałów niezmieniających swoich właściwości pod wpływem temperatury czy innych warunków atmosferycznych. Niwelacja precyzyjna jest wykorzystywana podczas realizacji skomplikowanych projektów budowlanych, gdzie błąd musi być minimalny oraz przy pomiarach osiadań i przemieszczeń obiektów budowlanych i ich otoczenia. c) Sprawdzanie niwelatora Do sprawozdania został dołączony Protokół sprawdzania niwelatora d) Dzienniki obliczeń niwelacji geometrycznej Do sprawozdania został dołączony Dziennik niwelacji reperów e) Dzienniki obliczeń niwelacji geometrycznej w systemie C-GEO Do sprawozdania został dołączony dziennik obliczeń niwelacji geometrycznej w systemie C-GEO: Niwelacja RR BD LP f) Obliczenie niwelacji metodą najmniejszych kwadratów 6

7 Rozporządzanie mówi: Dane obserwacyjne dotyczące osnowy pomiarowej wyrównuje się metodą najmniejszych kwadratów w układzie sieci jednorzędowej. ( 18, p.1) Istota metody najmniejszych kwadratów: istota MNK jest następująca: przypuśćmy, że do wyznaczenia wielkości niewiadomej x wykonano n pomiarów w (w identycznych warunkach) w wyniku których otrzymano n wartości x 1,x 2,...x n ; jako przybliżenie wielkości niewiadomej x bierzemy taką wartość x ( średnią arytmetyczną ), dla której suma kwadratów S ( x ) = (x 1 - x ) 2 + (x 2 - x ) (x n - x ) 2 jest najmniejsza. Można wykazać, że x jest średnią arytmetyczną liczb x 1,x 2,...,x n ; x = ( x 1 + x x n ) / n Do sprawozdania zostało dołączone obliczenie wykonane w systemie C-GEO: Wyrównanie ścisłe MNK LP g) Realizacja projektowanych rzędnych H RR1 wysokość Reperu Roboczego 1 H i Poziom instrumentu PDW poziom dna wykopu PPP poziom posadowienia parteru P odczyt w przód 7

8 T odczyt w tył 1.Poziom instrumentu ustalamy jako średnia arytmetyczna z odczytu na minimum dwa repery robocze. 2. H i otrzymujemy dodając H RR1 i wartość T 3.Aby sprawdzić czy wykop został zrobiony na poprawną głębokość należy od H i odjąć PDW. Jeżeli otrzymana wielkość jest zgodna z wartością P, to wykop został zrobiony poprawnie. h) Przykłady i opis punktów podlegających niwelacji przy inwentaryzacji powykonawczej 8

9 9

10 i ) Układy wysokości: Układ wysokości układ, który tworzą wysokości normalne, odniesione do średniego poziomu morza. W Polsce "poziom morza" odnosi się do: Morza Bałtyckiego w Zatoce Fińskiej, wyznaczonego dla mareografu w Kronsztadzie koło Petersburga w Rosji, Morza Północnego, wyznaczonego dla mareografu w Amsterdamie. Morza Adriatyckiego, wyznaczonego dla mareografu w Trieście. Układ wysokości Kronsztad jest częścią państwowego systemu odniesień przestrzennych wprowadzonego Rozporządzeniem Rady Ministrów z dnia 8 sierpnia 2000 i jedynym obowiązującym od 1 stycznia Układy wysokościowe Amsterdam, Triest oraz lokalne przestały obowiązywać z dniem 31 grudnia 2009, jednak w zasobach ośrodków geodezyjnych są nadal przechowywane i są używane przez geodetów, jako obligatoryjne do czasu przejścia na jednolity układ odniesienia. Oprócz układów wysokości odnoszących się do poziomu morza, występują również lokalne układy wysokości wyznaczone w terenie do konkretnych elementów (punktów) odniesienia. Przykładem lokalnych układów wysokości w Polsce są: układ wysokości Zero Wisły oraz układ wysokości miasta Łodzi. H KR86 = H KR60 0,040m H KR60=H A 0,611m 10

11 2.2 Niwelacja trygonometryczna Niwelacja trygonometryczna jest to rodzaj niwelacji, w którym wykorzystuje się pomiar różnic wysokości punktów wykonywany na podstawie pomierzonych odległości poziomych oraz kątów pionowych. Polega na wyznaczeniu różnicy wysokości między dwoma punktami terenowymi korzystając z zasad trygonometrii. Do wyznaczenia różnicy wysokości należy dokonać pomiaru długości poziomej między punktami terenowymi, kąta pochylenia odcinka zawartego między punktami terenowymi. H AB = i + D tgα W niwelacji trygonometrycznej używa się teodolitów (instrumentów geodezyjnych przeznaczonych do pomiaru kątów poziomych oraz kątów pionowych) lub tachimetrów (instrumentów geodezyjnych powstałych z połączenia teodolitu i dalmierza). Niwelacja trygonometryczna jest mniej dokładna niż niwelacja geometryczna. Jest wykorzystywana głównie do pomiaru rzeźby terenu oraz pomiaru niektórych punktów infrastruktury (masztów, kominów). Przy wykonywaniu niwelacji trygonometrycznej osnowy pomiarowej: Celowe nie mogą być dłuższe niż 250m. Wysokość instrumentu oraz wysokość tarczy celowniczej ustala się z dokładnością nie mniejszą niż 0,002m. ( 26, p.4) 11

12 2.3 Niwelacja satelitarna Niwelacją satelitarną nazywamy pomiar różnic wysokości punktów wykonywany metodą precyzyjnego pozycjonowania przy pomocy globalnego systemu nawigacji satelitarnej. Zespół czynności, których rezultatem jest wyznaczenie wysokości ortometrycznych na podstawie wysokości geometrycznych wyznaczanych techniką satelitarną GPS oraz informacji o ziemskim polu siły ciężkości, które pozwalają wyznaczyć odstęp geoidy od elipsoidy. Wysokość punktu h liczoną od poziomu morza (wysokość ortometryczną) otrzymujemy, odejmując od wysokości elipsoidalnej punktu H (przeliczonej z pomiarów GPS) wysokość geoidy N (czyli odstęp geoidy od elipsoidy): h = H N Dzięki systemowi GPS geodeci mogą wyznaczać pozycję w każdych warunkach atmosferycznych, w dowolnym miejscu na Ziemi, we wspólnym dla całej kuli ziemskiej układzie odniesienia. Dzisiaj systemy nawigacji satelitarnej są konkurencją dla tradycyjnych pomiarów geodezyjnych. Technologia polega na jednoczesnej obserwacjach GPS za pomocą dwóch odbiorników, jednego położonego w punkcie o znanych współrzędnych, drugiego w punkcie wyznaczanym. W ten sposób wyznaczana jest pozycja jednego odbiornika względem drugiego, dzięki temu eliminuje się wiele błędów, którymi obarczone są pomiary GPS. W Polsce znajduje się kilkadziesiąt geodezyjnych stacji referencyjnych, które stanowią odniesienie dla pomiarów geodezyjnych GPS. System nawigacji satelitarnej składa się z trzech segmentów: kosmicznego (tj. satelitów nadających sygnały nawigacyjne), kontrolnego (naziemnych ośrodków monitorujących funkcjonowanie segmentu kosmicznego), użytkownika (a więc wszystkich odbiorników śledzących segment kosmiczny). 12

13 2.4 Niwelacja metodą skaningu laserowego Skaner laserowy jest najlepszym rozwiązaniem pomiarowym do szybkiego, wiernego i bardzo dokładnego inwentaryzowania obiektów o skomplikowanej strukturze i kształcie. W ciągu 1 sekundy potrafi wyznaczyć współrzędne tysięcy pikiet i zamienić realny obiekt w wirtualną chmurę punktów, których współrzędne wyznaczane są z wysoką precyzją, a otrzymany model pozwala wykonywać na nim pomiary i obliczenia inżynierskie. Urządzenia te przy użyciu odpowiedniego oprogramowania kalibrują chmurę punktów ze zdjęciami, przez co jest możliwość utworzenia modelu 3D skanowanego obiektu. Skanowanie laserowe jest z powodzeniem wykorzystywane na wszystkich etapach życia budynku, poczynając od stadium budowy, a kończąc na pomiarach niezbędnych do oceny jego wartości lub przeprowadzenia prac remontowych. Metoda ta może być stosowana również do wykonywania modeli ukształtowania terenu, przy pomocy samolotów z urządzeniem skanującym. 13

14 2.5 Niwelacja wirującymi laserami. Najnowocześniejszym sposobem niwelacji jest niwelacja wirującymi laserami. Metoda ta wytwarza idealnie prostą płaszczyznę, która nie zależy od aktualnego ukształtowania terenu, ani od pomiarów pośrednich. Wirująca wiązka lasera, zorientowana idealnie poziomo tworzy w przestrzeni "wirtualną" (wirtualną, bo niewidoczną dla ludzkiego oka) płaszczyznę odniesienia. Choć oko ludzkie jej nie widzi, może ona być precyzyjnie wykrywana przez czujnik laserowy i to niezależnie od pory dnia lub warunków atmosferycznych, w dowolnym miejscu i czasie. Łata z czujnikiem pozwala łatwo porównać płaszczyznę rzeczywistą z idealną płaszczyzną odniesienia. Kontrola poziomu staje się dziecinnie prosta: dźwięk lub wskaźnik natychmiast sygnalizuje, czy jesteśmy na właściwym poziomie, za nisko czy za wysoko. Metoda ta pozwala tworzyć płaszczyzny nachylone, gdy wirująca głowica lasera zostanie przechylona precyzyjnie pod odpowiednim kątem. Pozwala to w prosty sposób wyznaczyć wymagane nachylenie terenu. Metoda ta pozwala na szerokie zastosowanie w budownictwie m.in. przy budowie dróg, wykonywaniu fundamentów, wylewaniu wylewek, przy budowie placów i parkingów. Sprawdzanie poprawności działania wirującego lasera. Aby sprawdzić poprawność działania należy: a) Założyć bazę składającą się z punktów A, B, C i D. (punkty powinny znajdować się w odległości 20/25 m od środka krzyża) W środku ustawiamy urządzenie. b) Wykonujemy niwelacje geometryczną i nadajemy wysokości punktom, w celu ułatwienia obliczeń dla najniższego punktu przyjmujemy wysokość 100 m c) Sprawdzamy czy suma odczytów: wysokości punktu z niwelacji geometrycznej i wysokości wskaźnika lasera dla danego punktu jest spełniona dla 3 wybranych punków (A, B, C, D). Jeżeli powyższe punkty zostaną spełnione oznacza to, że urządzenie działa poprawnie. 14

15 2.6 Niwelacja hydrostatyczna. W niwelacji hydrostatycznej wykorzystuje się zasadę naczyń połączonych. Jeśli dwa naczynia połączone ze sobą wężem zostaną częściowo napełnione płynem to poziom płynu w obydwu naczyniach będzie wskazywał ten sam poziom. Ta metoda niwelacji jest metoda bardzo dokładną. Wykorzystuje się ją przeważnie w miejscach, gdzie warunki uniemożliwiają stosowanie innych metod, np.: w przypadku szerokich zbiorników wodnych lub pomiarów poziomu w zaciemnionych pomieszczeniach, gdzie brak światła uniemożliwia odczyt z innych urządzeń. 15

16 16

17 17

18 18