SPIS TRE CI: Podstawy jednolito ci prac geodezyjnych na terenie Polski Technologie zakładania osnowy poziomej

Transkrypt

1 SPIS TREŚCI: Słowo wstępne... 9 Rozdział 1: Podstawy jednolitości prac geodezyjnych na terenie Polski Założenia ogólne Powierzchnie odniesienia i układy współrzędnych Elipsoida odniesienia Geoida Globalne układy współrzędnych Wprowadzenie do problematyki odwzorowań kartograficznych Międzynarodowy System Odniesienia (ITRS) i układ europejski (ETRF) Wybrane układy współrzędnych prostokątnych stosowane w Polsce Układ współrzędnych prostokątnych Układy współrzędnych 1965 i GUGiK Układy współrzędnych: PL-1992, PL Układ UTM Odniesienia prac grawimetrycznych i magnetycznych Układy wysokościowe stosowane w Polsce Standardy geodezyjne Wprowadzenie Standardy techniczne zawarte w aktach wykonawczych do ustawy Pgik Normy Zakres prac geodezyjnych i kartograficznych Państwowy zasób geodezyjny i kartograficzny Osnowa geodezyjna i jej podział Rodzaje osnów Podstawowa osnowa pozioma Podstawowa osnowa wysokościowa Szczegółowa osnowa pozioma Szczegółowa osnowa wysokościowa Sytuacyjna osnowa pomiarowa Wysokościowa osnowa pomiarowa Rozdział 2: Technologie zakładania osnowy poziomej Wprowadzenie do tematyki technologii zakładania osnowy poziomej Triangulacja Wiadomości wstępne Czworobok geodezyjny Układ centralny Łańcuch trójkątów Sieci powierzchniowe Równania poprawek obserwacji kątowych Trilateracja Sieci kątowo-liniowe Poligonizacja Satelitarne systemy pozycjonowania Informacje wstępne o GPS Składniki systemu Emisja sygnałów Zasada wyznaczania położenia Odbiorniki GPS Systemy GLONASS i Galileo, BeiDou Geodezyjne metody pomiaru przy użyciu technologii satelitarnych System precyzyjnego pozycjonowania satelitarnego ASG-EUPOS

2 2 Spis treści 2.7. Wymagania dotyczące osnów poziomych Podstawowa pozioma osnowa geodezyjna Szczegółowa pozioma osnowa geodezyjna Pomiarowa osnowa pozioma (sytuacyjna) Rozdział 3: Technologie zakładania osnowy wysokościowej Niwelacja geometryczna Niwelacja trygonometryczna Niwelacja hydrostatyczna Satelitarne pomiary wysokościowe (niwelacja satelitarna) Wymagania dotyczące geodezyjnych osnów wysokościowych Podstawowa wysokościowa osnowa geodezyjna Szczegółowa wysokościowa osnowa geodezyjna Wysokościowa osnowa pomiarowa Rozdział 4: Projektowanie osnów szczegółowych Projektowanie szczegółowej osnowy poziomej Zasady ogólne projektowania Zebranie i analiza istniejących materiałów geodezyjno-kartograficznych Opracowanie założeń projektu technicznego Wywiad terenowy Projekt techniczny sieci osnowy poziomej Sposoby wstępnego badania konstrukcji sieci Projektowanie osnowy wysokościowej Zebranie i analiza i materiałów geodezyjno-kartograficznych Założenia projektu technicznego Wywiad terenowy Opracowanie projektu technicznego Rozdział 5: Stabilizacja punktów osnowy geodezyjnej Zasady ogólne osadzania znaków geodezyjnych Znaki geodezyjnej osnowy poziomej Stabilizacja punktów poziomej osnowy podstawowej Znaki poziomej osnowy szczegółowej (klasy. 3) Znaki poziomej osnowy pomiarowej Odtwarzanie i wznawianie punktów poziomej osnowy szczegółowej Osnowa pozioma odtwarzalna Znaki geodezyjnej osnowy wysokościowej Rozdział 6: Pomiar osnowy poziomej Zasady wykonywania pomiaru osnów geodezyjnych Wprowadzenie Wymagania dotyczące pomiaru osnów poziomych w rozp. osn. i rozp. stand Pomiary klasyczne osnów poziomych Pomiar kątów poziomych Teodolity stosowane do pomiaru kątów osnowy poziomej kl Metoda kierunkowa Metody kątowe Mimośrodowy pomiar kątów Wyznaczenie elementów mimośrodu Dośrodkowanie obserwacji mimośrodowych Przeniesienie współrzędnych Rola punktów przeniesienia współrzędnych Wymagania dokładnościowe i konstrukcja siatek przeniesienia

3 Spis treści Punkty kierunkowe Pomiary liniowe osnów poziomych Metody pomiaru odległości i wymagania dokładnościowe Pomiar długości boków osnowy poziomej Obliczenie poprawek odległości oraz zredukowanej długości boku Sprawdzanie dalmierzy Dalmierze elektromagnetyczne Rozdział 7: Pomiar osnowy wysokościowej metodą niwelacji geometrycznej Sprzęt pomiarowy stosowany do niwelacji osnowy podstawowej Niwelatory optyczne Łaty do niwelacji precyzyjnej i ich wyposażenie Niwelatory kodowe Niwelacja osnowy wysokościowej Rozdział 8: Podstawy rachunku wyrównawczego i metod obliczeń geodezyjnych Błędy obserwacji geodezyjnych Zasady obliczeń geodezyjnych Zaokrąglanie liczb Działania na liczbach przybliżonych (reguły Kryłowa Bradisa) Prawo przenoszenia się błędów średnich Przykłady zastosowań prawa przenoszenia się błędów średnich Wyrównanie spostrzeżeń bezpośrednich Wyrównanie spostrzeżeń bezpośrednich jednakowo dokładnych Wyrównanie spostrzeżeń bezpośrednich niejednakowo dokładnych Wyrównanie par spostrzeżeń Wyrównanie spostrzeżeń pośredniczących Wyrównanie spostrzeżeń zawarunkowanych Rozdział 9: Elementy rachunków za pomocą wyznaczników i liczb zespołowych Pojęcia tablic liczbowych i liczb zespołowych A) WYZNACZNIKI 9.2. Tablica liczbowa i wyznacznik Obliczanie wartości wyznaczników drugiego i trzeciego stopnia Minory i kofaktory Własności wyznaczników Obliczanie wyznaczników wyższych stopni Zastosowanie wyznaczników do rozwiązywania układów równań liniowych Rozwiązanie układu równań za pomocą kofaktorów Rozwiązanie układów równań za pomocą tabel zerujących B) MACIERZE 9.8. Wiadomości wprowadzające Rodzaje macierzy Równość macierzy, dodawanie i odejmowanie macierzy, mnożenie macierzy przez liczbę Iloczyn macierzy Odwrotność macierzy Pojęcie odwrotności macierzy Obliczenie odwrotności macierzy kwadratowej przy pomocy wyznaczników Obliczenie odwrotności macierzy symetrycznej za pomocą rozkładu na czynniki trójkątne Zastosowanie odwrotności macierzy do rozwiązywania układów równań liniowych...289

4 4 Spis treści Zarys wyrównania spostrzeżeń pośredniczących w ujęciu macierzowym Zarys wyrównania spostrzeżeń zawarunkowanych w ujęciu macierzowym Wykorzystanie arkusza kalkulacyjnego Excel do obliczeń macierzowych Transponowanie macierzy Obliczanie wyznacznika tablicy kwadratowej Obliczanie iloczynu macierzowego Obliczanie odwrotności macierzy Rozwiązywanie układów równań liniowych Wyrównanie spostrzeżeń pośredniczących w Excelu Wyrównanie spostrzeżeń zawarunkowanych w Excelu C) KRAKOWIANY Informacje wstępne o krakowianach Podstawowe działania krakowianowe Równość, dodawanie i odejmowanie, mnożenie krakowianów przez liczbę Iloczyn dwóch krakowianów Kwadrat krakowianu Iloczyn trzech krakowianów Rozkład krakowianu na dwa czynniki kanoniczne trójkątne Pierwiastek krakowianowy Odwrotność (inwers) krakowianu Zastosowanie krakowianów do rozwiązywania układów równań liniowych Rozwiązywanie układów równań liniowych metodą nieoznaczoną Rozwiązywanie symetrycznych układów równań liniowych Wyrównanie spostrzeżeń pośredniczących w ujęciu krakowianowym Wyrównanie spostrzeżeń zawarunkowanych w ujęciu krakowianowym Rozdział 10: Wcięcia Istota wcięć Kątowe wcięcie w przód Konstrukcja wcięcia Klasyczne rozwiązanie kątowego wcięcia w przód Obliczenie kątowego wcięcia w przód za pomocą symboli S. Hausbrandta Ocena dokładności wcięcia w przód Kierunkowe wcięcie w przód Wcięcie liniowe Wcięcie kątowo liniowe (kombinowane) Wcięcie wstecz Zadanie Hansena Rozwiązanie zadania Hansena za pomocą symboli rachunkowych S. Hausbrandta Rozwiązanie zadania Hansena za pomocą kątów pomocniczych φ i ψ Uogólnione zadanie Hansena (zadanie Mareka) Wyznaczenie grup punktów, wcięcia wielokrotne Stanowiska swobodne Obliczenie i wyrównanie stanowisk swobodnych Obliczenie współrzędnych stanowisk swobodnych za pomocą programu komputerowego WinKalk Konstrukcja geometryczna określająca położenie punktu Rozdział 11: Wybrane zagadnienia z dziedziny obliczeń osnów geodezyjnych Opracowanie wyników pomiaru osnów poziomych przed wyrównaniem sieci Założenia ogólne opracowania materiału obserwacyjnego osnowy poziomej Ocena dokładności pomierzonych kierunków lub kątów poziomych

5 Spis treści Ocena dokładności pomierzonych długości boków Kontrola jakości prac związanych z zakładaniem osnów geodezyjnych Opracowanie wyników pomiaru osnów wysokościowych przed wyrównaniem sieci Wymagania dotyczące obliczania osnów geodezyjnych wg rozp. osn Obliczenie podstawowej poziomej osnowy geodezyjnej Obliczenie podstawowej wysokościowej osnowy geodezyjnej Obliczenie szczegółowej poziomej i wysokościowej osnowy geodezyjnej Dokumentacja wyrównania sieci Wyrównanie osnów metodami przybliżonymi Zasady ogólne wyrównywania sieci geodezyjnych Wyrównanie pojedynczego ciągu niwelacyjnego, nawiązanego obustronnie Przybliżone wyrównanie sieci niwelacyjnych metodą punktów węzłowych Wyrównanie sieci poligonowych metodą punktów węzłowych Wyrównanie ścisłe osnów wysokościowych Wyrównanie osnów wysokościowych metodą pośredniczącą Wyrównanie osnów wysokościowych metodą warunkową Podstawy wyrównania ścisłego osnów poziomych Rozdział 12: Transformacja współrzędnych na płaszczyźnie Transformacja metodą Helmerta Założenia ogólne transformacji współrzędnych na płaszczyźnie Transformacja współrzędnych przy dwóch punktach dostosowania Transformacja przy więcej niż dwóch punktach dostosowania Transformacja afiniczna Rozdział 13: Niwelacja trygonometryczna Wiadomości wstępne Wpływ krzywizny Ziemi i refrakcji na trygonometryczny pomiar wysokości Wpływ krzywizny Ziemi na pomiary wysokościowe Wpływ pionowej refrakcji atmosferycznej na pomiary wysokościowe Współczynnik refrakcji k Zastosowanie niwelacji trygonometrycznej do wyznaczania wysokości punktów poziomej osnowy szczegółowej Wyznaczenie wysokości instrumentu i sygnału celowniczego Wyznaczenie wysokości stolika i innych elementów wieży triangulacyjnej Mimośrodowy pomiar kątów pionowych Wyznaczenie wysokości punktów osnowy poziomej Wyznaczanie odległości pionowych i względnych wysokości obiektów Trygonometryczne wyznaczanie bezwzględnych wysokości punktów Wyznaczanie wysokości punktu położonego na obiekcie dostępnym do pomiaru odległości d Wyznaczenie wysokości punktu niedostępnego, bez możliwości pomiaru odległości d Przestrzenne wcięcie w przód Trygonometryczny pomiar ciągów wysokościowych Zastosowanie niwelacji trygonometrycznej do badania pionowości budowli wysmukłych Rozdział 14: Tachimetria Wiadomości ogólne Osnowa pomiaru tachimetrycznego Tachimetryczny pomiar rzeźby terenu Sprzęt tachimetryczny Czynności wstępne poprzedzające właściwy pomiar tachimetryczny

6 6 Spis treści Czynności poszczególnych członków zespołu tachimetrycznego Rozprowadzanie pikiet podczas pomiaru rzeźby terenu Szkic i dziennik tachimetryczny Tachimetryczne prace kameralne Kreślenie warstwic za pomocą programu MikroMap Kompletowanie operatu z pomiaru tachimetrycznego Rozdział 15: Tachimetry Wprowadzenie Tachimetry optyczne Tachimetry zwykłe Tachimetry diagramowe Tachimetry optyczne z dalmierzami dwuobrazowymi Tachimetry elektroniczne Ważniejsze kierunki udoskonalania tachimetrów elektronicznych Informacje ogólne Pomiary bez reflektora zwrotnego Unowocześnienie wyświetlacza i klawiatury Rejestracja danych, komunikacja Celowanie automatyczne Zasilanie tachimetrów Współpraca tachimetrów z systemami pozycjonowania satelitarnego Skanowanie laserowe Rozdział 16: Mapy Definicja i właściwości mapy Godła map topograficznych w podziale Międzynarodowej Mapy Świata Godła map topograficznych i mapy zasadniczej w układzie Godła mapy w układach: PL-2000 i PL Mapa numeryczna Mapa zasadnicza wg rozporządzenia MAiC Definicja i znaczenie mapy zasadniczej Bazy danych zawierające elementy treści mapy zasadniczej Znaki kartograficzne obiektów mapy zasadniczej Bibliografia

7 Słowo wstępne Oddając do dyspozycji Czytelników trzecie wydanie podręcznika Geodezja II, staraliśmy się uwzględnić zarówno wiadomości z zakresu klasycznej geodezji, jak również istotne zmiany z zakresu nowych technik pomiarowych, przepisów prawnych i standardów aktualnie obowiązujących w geodezji i kartografii. Szczególnie radykalne zmiany, będące efektem wprowadzenia w życie ustawy z dnia 4 marca 2010 r. o infrastrukturze informacji przestrzennej (Dz. U. z 2010r. Nr 76, poz.489), nastąpiły w zakresie standardów technicznych. Z artykułu 35 tej ustawy wynika, że określone akty wykonawcze związane z informacjami przestrzennymi tracą moc obowiązującą i są uznawane jako uchylone od dnia 8 czerwca 2012 r. Dotyczy to szczególnie istotnego dla wcześniejszej praktyki geodezyjnej przepisów rozporządzenia MSWiA z dnia 17 maja 1999 r. w sprawie określenia rodzajów materiałów stanowiących państwowy zasób geodezyjny i kartograficzny, sposobu i trybu ich gromadzenia i wyłączania z zasobu oraz udostępniania zasobu (Dz. U. Nr 49, poz. 493) oraz rozporządzenia MSWiA z dnia 24 marca 1999 r. w sprawie standardów technicznych dotyczących geodezji, kartografii oraz krajowego systemu informacji o terenie. Rozporządzenia te jako przepisy wykonawcze zachowały moc jeszcze przez okres 24 miesięcy od dnia wejścia w życie wspomnianej ustawy, po czym zostały uchylone. Z tego powodu od dnia 8 czerwca 2012 r. instrukcje z serii O, G, K przestały być obligatoryjnymi standardami technicznymi. W myśl kluczowej dla funkcjonowania zawodowego geodetów, wielokrotnie poprawianej ustawy z dnia 17 maja 1989 r. Prawo geodezyjne i kartograficzne (tekst jednolity Dz. U. z 2010 r. Nr 193 poz. 1287) na podstawie zawartych w tekście ustawy delegacji, zamiast instrukcji jako standardy techniczne obowiązują odpowiednie rozporządzenia ministerialne. Ich wykaz został podany w ust W porównaniu z wymaganiami instrukcji przepisy rozporządzeń wprowadzają wiele istotnych zmian. Z tego względu warto zalecić Czytelnikom pobranie na własny użytek z witryny Internetowy System Aktów Prawnych ( pełnych tekstów wyżej wspomnianych ustaw oraz rozporządzeń związanych tematycznie z przerabianymi w szkole zagadnieniami. Podręcznik Geodezja II składa się z szesnastu rozdziałów, z których część obejmuje podstawowe wiadomości z takich działów geodezji ogólnej jak: czynniki decydujące o jednolitości prac geodezyjnych na terenie Polski, kwestie związane ze szczegółowymi i pomiarowymi osnowami geodezyjnymi, począwszy od aktualnie stosowanych technologii ich zakładania, poprzez projektowanie, stabilizację punktów, pomiar i obliczenie. Głównie z myślą o nauczaniu w technikum geodezyjnym, gdzie rachunek wyrównawczy nie stanowi odrębnego przedmiotu, lecz jest połączony z geodezją, w podręczniku znalazł się rozdział dotyczący wyrównania obserwacji oraz rozdział poświęcony metodom obliczeń geodezyjnych i, w którym niejako odświeżyliśmy nieco zapomniany w ostatnich latach, lecz dogodny do prowadzenia obliczeń geodezyjnych, rachunek krakowianowy, którego twórcą był profesor UJ w Krakowie Tadeusz Banachiewicz ( ). Trzecią grupę zagadnień ujętych w tej książce stanowią wiadomości dotyczące niwelacji trygonometrycznej i tachimetrii. Ostatnia część podręcznika została poświęcona mapom ze szczególnym uwzględnieniem wektorowej mapy zasadniczej, generowanej w systemie teleinformatycznym na podstawie założonych uprzednio baz danych. Pragnę w tym miejscu ponowić serdeczne podziękowania dla Pana Profesora Józefa Belucha z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie za życzliwą ocenę, cenne korekty i wskazówki dotyczące I wydania w tego podręcznika, uwzględniane także w jego dalszych edycjach. Andrzej Jagielski