PRACE INSTYTUTU GEODEZJI I KARTOGRAFII Тот XXIII, Zeszyt 3(54), 1976 BOHDAN BOHONOS 528.77:622.83:528.74 Technologia wyznaczania dużych, szybkozmiennych przemieszczeń i odkształceń powierzchni terenów górniczych na podstawie zdjęć lotniczych oraz wyniki jej zastosowania 1. W prowadzenie Szkody górnicze pow stające na pow ierzchni terenów kopalni otw orowych, gdzie eksploatacja złóż m ineralnych (soli, siarki) odbyw a się m e todą podziem nego ługow ania, spowodow ały pilną potrzebę opracow ania: podstaw technicznych do rek u lty w a cji terenów pogórniczych oraz metod prognozowania wpływów eksploatacji górniczej, które umożliwiają określenie sposobu przyszłego użytkow ania terenu już przy podejm owaniu decyzji o budow ie now ych kopalni otworowych. Jednym z podstawowych etapów realizacji powyższych zadań jest wyznaczenie wielkości przem ieszczeń terenu pod w pływ em eksploatacji górniczej i zbadanie przebiegu zjaw isk deform acyjnych te re n u w określonych odstępach czasu. N astępny z kolei etap prac obejm uje in te rp re tację jakościow ą w yznaczonych przem ieszczeń, w ykonyw aną na p o dstawie wszechstronnych badań specjalistycznych (geologicznych, górniczych, gruntoznawczych), w yjaśniających m echanizm i dynam ikę pow staw ania odkształceń pow ierzchni. A rtykuł niniejszy trak tu je o pierw szym etapie badań, które zostały podjęte w latach 1969 1970 przez In stytut Gedezji i K artografii przy współpracy i na zlecenie byłego K om binatu Kopalni Soli i B arytu (obecnie Kopalnie Soli W ieliczka-bochnia). Dotyczyły one w yznaczenia przemieszczeń terenów kopalni otworowej soli w Baryczy, gdzie eksploatację soli rozpoczęto jeszcze przed wojną. W tym też czasie, około roku 1930, zapoczątkowano badanie odkształceń pow ierzchni teren u w rejonie p ierwszych otworów w iertniczych, lecz w krótce je przerw ano. Okazało się bowiem, że klasyczne m etody pom iaru przem ieszczeń terenu (zakładanie geodezyjnych linii i sieci obserw acyjnych) w tym przypadku nie mogły być z powodzeniem stosowane. Złożyło się n a to szereg przyczyn, z których najw ażniejszym i są: n iejednostajny w przestrzeni i czasie przebieg zjaw isk deform acyjnych (leje pochodzenia górniczego, zsuwy i spękania powierzchni, m ikroniecki i nagłe zapadliska terenu) ; zagrożenie bezpieczeństw a p racy podczas pom iarów w terenie.
4 Bohdan Bohonoś Dlatego też po wojnie, w związku ze znacznym zw iększeniem w ydobycia soli i rozszerzeniem obszaru eksploatacji w rejonie Baryczy oraz p erspektyw ą budow y now ych kopalni otw orow ych, podjęto decyzję w sp ra wie zastosowania do badania dużych i szybko zachodzących zmian terenu, bardziej skutecznych m etod pom iarowych. W tym celu, począwszy od 1970 roku zastosowano m etody pom iarów fotogrametrycznych, umożliwiające rejestrację stanów aktualnych terenu za pomocą zdjęć lotniczych. Doświadczenia z przeprow adzonych w latach 1970 1974 badań potw ierdzają przydatność m etod fotogram etrycznych, gdyż zapew niają one: praktycznie jednoczesny pom iar wszystkich punktów badanych (bez ograniczenia, że względów ekonomicznych, ich liczby) na podstawie okresowo w ykonyw anych zdjęć lotniczych; wyznaczenie współrzędnych punktów badanych (sygnalizowanych w terenie przed lotem fotogram etrycznym ) z dokładnością rzędu kilku centym etrów w odniesieniu do punktów przyjętych za stałe. Dokładność powyższa jest w ystarczająca do badania m akroruchów teren u (przem ieszczenia punktów rzędu m etrów), którym i charak tery zu ją się te re n y k o palni otworowych o podziemnym ługowaniu złóż m ineralnych; bezpieczne w arunki pracy, ponieważ pom iar punktów badanych odbyw a się na zdjęciach lotniczych w w arunkach kam eralnych. Ponadto metody fotogrametryczne i fotointerpretacyjne um ożliwiają wykorzystanie innych inform acji zaw artych na zdjęciach lotniczych oraz odtwarzanie pierwotnego kształtu powierzchni terenu na podstawie zdjęć archiw alnych lub wykonanych dla zarejestrow ania stanu aktualnego przed rozpoczęciem działalności górniczej. Bardziej szczegółowe uzasadnienie wyboru metod fotogram etrycznych do badania zmian powierzchni terenu oraz proponowany program badań został przedstawiony w Pracach Instytutu Geodezji i Kartografii w roku 1972 w artykule p o d ty tu łem : W yznaczenie wielkości przemieszczeń i odkształceń pow ierzchni tere n u m etodą fotogram etryczną [3]. 2. Schemat technologiczny wyznaczania przemieszczeń i odkształceń powierzchni terenów górniczych za pomocą m etod fotogram etrycznych Przedstawiony w tablicy 1 schemat technologiczny ukształtow ał się w toku przeszło czteroletnich prac badaw czych i realizacyjnych. P odkreślić należy, że w okresie, gdy podejm owano problem zastosow ania zdjęć lotniczych do badania odkształceń terenów górniczych, to jest w roku 1970, nie było jeszcze w Polsce opracow anej technologii fotogram etrycznej,
Technologia wyznaczania przem ieszczeń terenu 5 która zapew niłaby określenie współrzędnych przestrzennych X, Y, Z punktów sygnalizow anych z dokładnością rzędu k ilku centym etrów. N a leżało zatem, równolegle z opracow aniem program u badań i jego stopniow ą realizacją, prowadzić w ielokierunkow e prace badawcze i dośw iadczalne w celu zapewnienia niezawodności i skuteczności działania. Do najw ażniejszych prac w tym zakresie należały: w ybór i opracowanie sposobu stabilizacji i sygnalizacji punktów badanych, podlegających okresow ej obserw acji, opracowanie w arunków technicznych dla w ykonania wielkoskalow ych zdjęć lotniczych, zapew niających odfotografow ania się punktów b a danych, opracowanie koncepcji geodezyjnego dowiązania zdjęć lotniczych do punktów stałych, w ybór najbardziej odpowiedniej m etody analitycznej aerotriangulacji blokowej i opracowania m etodyki pom iaru zdjęć na precyzyjnych przyrządach fotogram etrycznych, opracowanie metod interpretacji geometrycznej wyznaczonych przem ieszczeń w poszczególnych cyklach badaw czych, organizacja prac polowych, ze szczególnym uw zględnieniem synchronizacji pom iaru geodezyjnego fotopunktów i wykonania celowanych zdjęć lotniczych. Ze względu na to, że w cytow anym we wstępie artykule podano szczegółowy opis i rozw inięcie wyżej w ym ienionych zagadnień, w n in ie j szej prace ograniczono się do podania schem atu blokowego technologii zastosow anej do badań (tablica 1). W powyższym schemacie można wyróżnić cztery podbloki, ilustrujące poszczególne etap y prac, a mianowicie: 1) prace przygotow aw cze, 2) prace polowe i w ykonanie zdjęć lotniczych, 3) prace kam eralne opracowanie zdjęć, obliczenie współrzędnych i przem ieszczeń punktów badanych, 4) ocena dokładności oraz graficzne przedstaw ienie w yników badań. 2.1. Prace przygotowawcze W ymienione prace obejm ują: opracow anie ogólnego program u badań, ustalającego obszar, czasokres badań i jego podział na cykle badawcze. K ażdy cykl badaw czy zawiera rejestrację (za pomocą zdjęć lotniczych) wyjściowego i aktualnego stanu powierzchni terenu oraz wyznaczenie przemieszczeń zaistniałych m iędzy kolejnym i rejestracjam i; opracow anie szczegółowych założeń naukow o-technicznych, precy-
6 Bohdan Bohonos Tablica 1 SCHEMAT TECHNOLOGICZNY wyznaczania przemieszczeń i odkształceń terenów górniczych za pomocy metod Fotogrametrycznych
Technologia wyznaczania przem ieszczeń terenu 7 żujących: zakres badań, stosowane m etody pomiaru, dokładności i sposób przedstaw iania w yników badań oraz spodziewane efekty ekonomiczne; prace projektow e na podkładach m apow ych lub fotoszkicach, dotyczące lokalizacji punktów badanych (sygnalizowanych w terenie dla wyznaczenia przemieszczeń przestrzennych Ax, Ay, Az oraz punktów nie sygnalizowanych, tak zwanych Z-punktów dla badania przemieszczeń pionowych Az, punktów o stałym położeniu sytuacyjnym ); opracow anie p ro je k tu pom iaru fotopunktów w oparciu o k o n trolowaną sieć punktów stałych, znajdujących się poza zasięgiem wpływów eksploatacji i stanow iących sieć punktów odniesienia; opracow anie w arunków technicznych dla w ykonania zdjęć lo tniczych (skala, pokrycie podłużne i poprzeczne, rodzaj kam ery fotogram e trycznej i środka latającego); opracow anie p ro je k tu odpow iednich znaków sygnalizacyjnych, zapew niających odfotografow ania się na zdjęciach pun k tó w badanych. Prace pierwszego etapu są wykonyw ane jednorazowo na początku realizacji program u badań i później w ym agają jedynie spraw dzenia lub ew entualnej k o rek ty w zależności od zm ieniających się w arunków p rzeprow adzenia kolejnych cykli badawczych. 2.2. Specyfika drugiego etapu, to jest prac polowych Prace polowe polegają na: jednorazow ym zastabilizow aniu w teren ie punktów badanych, założeniu lokalnej triangulacji dla wyznaczania współrzędnych punktów odniesienia, ta k zw anych punktów stałych, położonych poza zasięgiem w pływ ów eksploatacji; zasygnalizowaniu utrw alonych w terenie punktów badanych i utrzym aniu tej sygnalizacji aż do m om entu w ykonania zdjęć; w ykonaniu zdjęć lotniczych badanego obszaru i pom iarze geodezyjnym fotopunktów w m ożliw ie najk ró tszy m czasie i z tak im w yliczeniem, aby rejestracje stanów powierzchni za pomocą zdjęć przypadały na środek okresu przeznaczonego na pom iar fotopunktów. Spełnienie tego w a ru n k u w ym aga ustalenia kolejności pom iaru fotopunktów i dużej operatywności grupy pomiarowej. Należy podkreślić, że powodzenie całości prac w danym cyklu badaw czym zależy w pierw szej kolejności od p ra widłowego w ykonania prac polowych. 2.3. Prace kameralne przewidziane do wykonania w trzecim podbloku schematu technologicznego Prace te dzielim y na dwie grupy, a mianowicie na: a) Obliczenia geodezyjne, k tóre obejm ują:
8 Bohdan Bohonos obliczenie, na początku pierwszego cyklu badawczego, w spółrzędnych X, Y, Z punktów odniesienia (punktów stałych) oraz obliczenia kontrolne, w ykonyw ane w cyklach następnych dla spraw dzenia niezm ienności położenia punktów przy jęty ch za stałe, obliczenie w każdym cyklu badawczym współrzędnych fotopunktów pom ierzonych w terenie w oparciu o sieć punktów stałych, b) O pracow anie zdjęć i obliczenia fotogram etryczne. Prace w chodzące w skład tej grupy należą do najbardziej pracochłonnych. W ymagają one zastosowania: precyzyjnych przyrządów fotogram etrycznych: stereokom paratora precyzyjnego, na przykład: stekom etru firm y C. Zeiss-Jena do pom iaru współrzędnych tłow ych zdjęć przy rozw ijaniu aerotriangulacji blokowej oraz autografu Wilda A8 do pomiaru wysokości punktów ziemnych i w ykreślenia map rzeźby terenu, elektronicznych maszyn cyfrowych do obliczenia i wyrównania aerotriangulacji blokowej oraz obliczenia współrzędnych x, y, z punktów sygnalizowanych. Do w yznaczenia przemieszczeń terenu stosuje się zatem dwie m etody: 1. Metodę fotogrametrii analitycznej, za pomocą której wyznaczamy składowe przemieszczeń Ax, Ay, Az punktów sygnalizowanych. Przemieszczenia te oblicza się przez porównanie współrzędnych jednoim iennych punktów, obliczonych dla wyjściowego i' aktualnego stanu pow ierzchni terenu, zarejestrow anego na zdjęciach lotniczych w ykonyw a nych na początku i końcu każdego cyklu badawczego. Należy podkreślić, że do obliczenia współrzędnych x, y, z punktów sygnalizowanych wykorzystuje się program aerotriangulacji blokowej z niezależnych modeli AEROBLOK opracowany w Zakładzie Inform atyki Geodezyjnej i Kartograficznej przy współpracy z Zakładem Fotogram etrii Instytutu Geodezji i K artografii. 2. Metodę fotogram etrii analogowej, która jest stosow ana do w yznaczenia zmian wysokości Az punktów nie sygnalizowanych, tak zwanych Z- -punktów i opracow ań graficznych (mapy, profile pionowe itp.). P rzemieszczenia te są różnicami wysokości Z-punktów m ierzonych na autografie. C harakteryzują się one w praw dzie niższą dokładnością od przem ieszczeń pionow ych punktów sygnalizow anych, lecz są bardzo cenną in fo r m acją przy w ykreślaniu izolinii osiadania terenu. M etodę analogow ą stosuje się również do opracowania map tem atycznych, na przykład: map rzeźby terenu oraz do w ykreślenia profili pionowych. Ostatnio zaistniała możliwość w ykorzystania techniki ortofotograficznej do sporządzania tak zw anych ortofotom ap o różnorodnej, w zależności od potrzeb, treści te m atycznej (np. ortofotom ap górniczych elem entów pow ierzchni terenu).
Technologia w yznaczania przem ieszczeń terenu 9 2.4. Końcowy etap prac przewidzianych w czwartym podbloku schematu technologicznego Etap ten obejm uje: ocenę dokładności w yznaczenia przem ieszczeń, graficzne przedstaw ienie uzyskanych w yników, ocenę w yników badań i wnioski. Ocęny dokładności w yznaczenia przem ieszczeń dokonuje się na podstaw ie: błędów średnich współrzędnych punktów aerotriangu.lacyjnych (mx. ту, тг), obliczanych m etodą najm niejszych kw adratów na EMC w toku realizacji program u AEROBLOK, błędów średnich wyznaczenia wysokości Z-punktów, m ierzonych na autografie. W obydw u przypadkach, przy obliczeniu błędów średnich przyjęto założenie bezbłędności wyznaczenia polowej osnowy geodezyjnej (fotopunktów). Do przyjęcia powyższego założenia upoważnia z jednej strony wysoka dokładność pom iarów polowych (triangulacja lokalna i niw elacja techniczna) w stosunku do w yznaczanych przem ieszczeń tere n u z d ru giej zaś fakt, że fotopunkty jako punkty dostosowania zdjęć lotniczych służą w tym przypadku do wyznaczenia dużych przemieszczeń (rzędu kilkudziesięciu centym etrów w skali rocznej), będących wynikiem m akroruchów badanego terenu. Do oceny dokładności wyznaczenia dowolnego punktu aerotriangulacyjnego można zatem zastosować wzory na błędy średnie współrzędnych mx шу = mz m w postaci: gdzie: d różnice współrzędnych na punktach aerotriangulacyjnych. Sym bolem d oznaczono zatem zarów no błędy praw dziw e e (jako różnice m iędzy w spółrzędnym i geodezyjnym i fotopunktów i odpow iadającym i im w spółrzędnym i fotogram etrycznym i w poszczególnych modelach), jak i błędy pozorne v (jako różnice pomiędzy najpraw dopodobniejszym i w artościam i w spółrzędnych punktów w iążących i odpow iadającym i im w spółrzędnym i fotogram etrycznym i w poszczególnych modelach). n liczba w szystkich różnic, w liczba punktów wiążących. Do obliczeń błędu średniego wysokości Z-punktów, m ierzonych w a u tografie (mz A ) zastosowano z kolei wzór:
10 Bohdan Bohonos m2a= ± i / m \ + m \ t gdzie: mz błąd średni wysokości punktów otrzym anych z w yrów nania aerotriangulacji analitycznej; ma błąd średni pomiaru wysokości punktów na pojedynczym modelu w autografie, określony em pirycznie. Na podstawie wartości omówionych błędów oblicza się błędy średnie przemieszczeń punktów, charakteryzujące dokładność wyznaczania zmian (przem ieszczeń poziomych i pionowych) pow ierzchni teren u w danym cyk lu badawczym. Do ich obliczenia zastosowano znane wzory, a m ianow i cie: Dla oceny dokładności przem ieszczeń poziomych : m\v = ± / rn l+ m l+ m l+ m l j gdzie: mx rriy0 błędy średnie wyznaczenia współrzędnych punktów badanych na początku cyklu badawczego; m b my błędy średnie wyznaczenia współrzędnych tych samych punktów przy końcu cyklu badawczego. Dla oceny dokładności przem ieszczeń pionowych : ГПАг = ± Y m l + m l, gdzie: m, i m z błędy średnie wysokości punktów badanych odpowiednio na początku i końcu danego cyklu badawczego. W yniki przeprow adzonych badań przedstaw ia się w dwóch postaciach: w ykazu obliczonych przem ieszczeń poszczególnych punktów oraz w ektorów przemieszczeń lub izolinii osiadania terenu. J a k już wspom niano w punkcie 2.3 przy om aw ianiu m etody analogowej, badanie przemieszczeń punktów nie sygnalizowanych polega na wyznaczaniu zmian wysokości, zaistniałych między dwiema rejestracjam i terenu. Położenie sytuacyjne powyższych punktów zostaje ustalone na początku badań. U stalenie to odbywa się przez w ybór Z-punktów na m o delach stereoskopowych ze zdjęć rejestrujących stan wyjściowy i w kartowanie ich położenia na tak zwane podkłady, z naniesionymi punktatam i osnowy fotogram etrycznej. Podkłady te są w ykorzystyw ane w n a stępnych cyklach rejestracyjno-pom iarow ych do identyfikacji w yjściow e go położenia Z-punktów. W ten sposób pom iar wysokości Z-punktów odbywa się zawsze dokładnie w punktach o tych samych współrzędnych płaskich, mimo że fizyczny punkt ziemny, odpowiadający wym ienionym w spółrzędnym, może ulec przem ieszczeniom poziomym. Dlatego też punkty nie sygnalizow ane (Z-punkty) mogą służyć tylko do w yznaczenia r u
Technologia w yznaczania przem ieszczeń terenu 11 chów pionow ych (osiadanie terenu), gdyż nie dają możliwości oceny p rze sunięć poziomych. Ocenę końcowych wyników badania przemieszczeń przeprowadza się zarów no pod kątem osiągniętych efektów technicznych, jak i ekonomicznych. W ocenie tej podaje się m iędzy innym i lokalizację i wielkość w y krytych przemieszczeń, dokładność wyznaczenia oraz wnioski dotyczące ich wykorzystania. Ze względu na fakt, że współrzędne punktów badanych wyznacza się z określoną dokładnością, należy również ustalić kryterium w ykryw alności przem ieszczeń, w yznaczanych m etodam i fotogram etrycznymi. W konkretnym przypadku za w ykryw alne można przyjąć te przem ieszczenia, któ ry ch wielkość obliczona w danym cyklu badaw czym p rz e k ra cza dw ukrotną w artość błędu średniego ich w yznaczenia, to jest A z m in = = A p m i n -' > 2 771. Za przyjęciem powyższego kry teriu m przem aw iają: przyjęcie poziom u ufności P min = 0,95, w ystarczającego do stw ie r dzenia, że przem ieszczenie rzeczywiście zaistniało [1] ; stw ierdzenie, że błędy wysokości punktów sygnalizow anych, w y znaczonych m etodą fotogram etryczną AEROBLOK, podlegają n orm alnem u rozkładowi prawdopodobieństw. W praktyce przyjm uje się na ogół, że m inim alna wielkość praw dopodobieństw a zaistnienia badanego zjaw iska (zwana poziom em ufności), w y starczająca do stwierdzenia, że ono rzeczywiście zaszło, jest równa Pmin = = 0,95 [1]. Przy tym założeniu i norm alnym rozkładzie błędów, bezwzględna w artość błędu średniego w yznaczenia przem ieszczeń zaw iera się w p rze dziale t = e/m 2, gdzie e błąd prawdziwy. Można oczywiście przyjąć w iększą w artość m inim alnego praw dopodobieństw a P m i n, aby mieć pew ność co do słuszności przyjętego kryterium oceny. W danym przypadku, przy dużej liczbie punktów, odpowiednio rozmieszczonych na powierzchni badanego obszaru, przyjęty poziom ufności można uznać za w ystarczający. N ieznaczna liczba punktów (5%), w ykazujących błędy w yznaczenia w iększe od 2 m, nie spowoduje ryzyka niewłaściwej oceny zjaw isk deform acyjnych powierzchni. W niosek powyższy jest słuszny oczywiście wtedy, gdy błędy w ynaczenia w spółrzędnych punktów badanych podlegają no rm alnem u rozkładow i praw dopodobieństw. Na podstawie specjalnie przeprowadzonych badań dokładności m etody fotogrametrycznej AEROBLOK stwierdzono, że na ogólną liczbę 283 punktów sygnalizow anych, wysokości 270 punktów zostały w yznaczone z błędem praw dziw ym zaw ierającym się w granicach od 0 do 2 m przy m ±3,3 cm. (Do badań wykorzystano zdjęcia lotnicze w skali 1 : 3000 z dnia 15. 09. 1973 r. oraz w yniki pom iaru niw elacyjnego). W ysokości po
12 Bohdan Bohonos zostałych 13 punktów zostały wyznaczone w praw dzie z w iększym i błędami (również zgodnie z rozkładem normalnym), lecz dotyczą one punktów przypadkow o-rozm ieszczonych w terenie. 3. W yniki badania przemieszczeń i odkształceń powierzchni terenu górniczego za pomocą m etod fotogram etrycznych Opracow any wspólnie ze zleceniodawcą program badań oraz realizacja w stępnych prac 1 cyklu badawczego (rejestracja stanu wyjściowego) zostały szczegółowo opisane w cytowanym we wstępie artykule [3]. W opisie tym zostały zaw arte dane dotyczące: pow ierzchni badanego obszaru górniczego (około 6 km 2), sposobu stabilizacji i sygnalizacji w terenie 349 punktów badanych, tak zw anych punktów sygnalizowanych, przeznaczonych do badania przemieszczeń przestrzennych, wyboru na modelach stereoskopowych punktów uzupełniających, tak zwanych Z-punktów w liczbie 500, przeznaczonych wyłącznie do badania przem ieszczeń pionowych, w ykonania zdjęć lotniczych w dużych skalach, geodezyjnego pom iaru i obliczenia w spółrzędnych punktów stałych i fotopunktów, sposobu pom iaru i opracow ania zdjęć lotniczych, obliczenia współrzędnych fotogram etrycznych punktów sygnalizow anych i w yznaczenia wysokości Z-punktów. Ze względu na fakt, że wyżej wymienione czynności pow tarzają się na początku i końcu każdego cyklu badawczego, w niniejszej p racy ograniczono się do omówienia tylko zmian, jakie zaszły w poszczególnych cyklach badawczych w stosunku do program u przyjętego na początku badań. Pierw otny program przew idyw ał bowiem w ykonanie 2 cykli badaw czych w odstępach rocznych, w latach 1970 1971 i 1970 1972. Jednak w toku realizacji nastąpiła m odyfikacja program u, w w yniku czego badania zostały u jęte w trzy cykle podstaw owe oraz dwa cykle dodatkowe. Do badań podstaw ow ych należały prace m ające n a celu w yznaczenie ak tualnych przem ieszczeń przestrzennych tere n u na podstaw ie okresowo w ykonyw anych zdjęć lotniczych. W toku w ieloletnich badań w yodrębniły się następujące cykle badaw cze podstaw owe, określone kolejnym i datam i w ykonania zdjęć lotniczych: 1. Cykl obejm ujący okres od 29.07.1970 do 10.10.71 r. 2. Cykl obejm ujący okres od 29.07.1970 do 15.09.73 r. 3. Cykl obejm ujący okres od 15.09.1973 do 10.04.74 r.
Technologia w yznaczania przem ieszczeń terenu 13 Do badań dodatkowych należały prace, m ające na celu wyznaczenie przem ieszczeń pionow ych teren u (osiadania) na podstaw ie stanów powierzchni zarejestrow anych na archiw alnych zdjęciach lotniczych. Było to możliwe dzięki zachowaniu się zdjęć lotniczych z roku 1957 (skala 1 : 15 000) i z roku 1953 (skala 1 : 21 000) w ykonanych dla innych celów. W ten sposób zostały ustalone 2 cykle dodatkow e, a m ianowicie: 4. Cykl dodatkow y obejm ujący okres od 1957 do 1973 r. 5. Cykl dodatkowy obejm ujący okres od 1953 do 1973 r. 3.1. Wyniki badań i prac wykonanych w podstawowych cyklach badawczych Celem każdego cyklu podstaw ow ego było w ykrycie, udokum entow a nie i ocena wielkości przem ieszczeń zaistniałych m iędzy kolejnym i re je stram i stan u pow ierzchni za pomocą ak tualnie w ykonyw anych zdjęć lo t niczych. 3.1.1. Cykl podstawowy pierwszy, 1970 1971 Do podstawowych dokum entów i m ateriałów opracowanych w tym cyklu należą: 1. W ykazy współrzędnych geodezyjnych X, Y, H, 9 punktów stałych i 39 fotopunktów (w tym 9 fotopunktów podwójnych), wyznaczonych w terenie metodą triangulacji lokalnej na początku i końcu cyklu. Dokładność w yznaczenia w spółrzędnych pow yższych punktów c h a ra k te ryzuje się błędami średnim i w granicach ±1,9 cm <C m < ±4,0 cm. 2. Zdjęcia lotnicze wykonane w skali 1 : 5000 i 1 : 3000 dla reje stra cji stan u wyjściow ego oraz zdjęcia lotnicze w skali 1 : 3300 dla re je stra c ji stan u aktualnego, zam ykającego 1-szy cykl badawczy. Do w ykonania powyższych zdjęć w ykorzystano śm igłowiec i szerokokątną kam erę lotniczą W ilda RC8 o odległości obrazu (stałej kamery) с = 152,00 mm. Dla badanego obszaru wykonano 4 szeregi zdjęć w skali. 1 : 5000 i 8 szeregów zdjęć w skali 1 : 3300 przy zastosowaniu 80% pokrycia podłużnego w szeregach i 60% pokrycia m iędzy szeregam i. W celu zagw arantow ania pozytyw nych w yników rejestracji stanu wyjściowego za pomocą zdjęć lotniczych ze śmigłowca (zapewnienia odfotografowania się na tych zdjęciach punktów sygnalizowanych w terenie) pierwszą serię zdjęć wykonano w dwóch skalach. Na ogólną liczbę 349 punktów zasygnalizowanych w terenie nie odfotografowało się na zdjęciach pierwszej serii z 1970 r. 23 punkty i na zdjęciach drugiej serii z 1971 r. 26 punktów. Przyczyną ich nieodfotografow ania się. było zniszczenie tarcz sygnalizacyjnych przed. poszczególnymi lotami. W ten sposób około 14% punktów
14 Bohdan Bohonos sygnalizowanych zostało straconych dla oceny przemieszczeń w 1-szym cyklu badawczym. W ynikłe z tego pow odu. J u k i zostały częściowo uzupełnione przez w ybór i pom iar Z-punktów podczas dalszego opracowania zdjęć w autografie. Biorąc jednak pod uwagę fakt, że o pow odzeniu p ro wadzonych badań decyduje w znacznym stopniu liczba odfotografowanych punktów badanych, należy podkreślić wagę i znaczenie prac zw iązanych z sygnalizacją pun k tó w i ochroną tarcz sygnalizacyjnych aż do m o m entu wykonania zdjęć. Przykładem zdjęć lotniczych z odfotografowanymi punktam i badanymi jest wycinek zdjęcia lotniczego z roku 1970 rejonu starej eksploatacji (rys. 1), na k tó ry m zaznaczono i opisano p u n k ty sygnalizow ane liczbam i Rys. 1, Wycinek zdjęcia lotniczego rejonu starej eksploatacji w skali 1 : 5000
Technologia wyznaczania przem ieszczeń terenu 15 Rys. 2. Powiększony obraz tarcz sygnalizacyjnych odfotografowanych na zdjęciu lotniczym ponad 1000, fotopunkty liczbami ponad 100 oraz Z -punkty bez podania num eracji. P unkty sygnalizowane, odfotografowane na powyższym zdjęciu dla celów poglądowych obrysowano kółkami. Podczas obserwacji i pom iaru zdjęć w przyrządach fotogram etrycznych p u n k ty te są widoczne w postaci krzyży. Dla przykładu, na rysunku 2 przedstaw iono obraz tarczy sygnalizacyjnej z czarnym krzyżem n a białym tle (pkt 1123) oraz obraz tarczy sygnalizacyjnej z białym krzyżem na czarnym tle (pkt 1122). Obrazy tych sygnałów są bardzo dobrze widoczne w instrum encie i zapew niają pom iar w spółrzędnych tłow ych z dokładnością kilku m ikrom etrów. 3. W yniki pom iaru zdjęć i obliczeń na EMC, a m ianowicie: Tabulogramy najprawdopodobniejszych wartości współrzędnych punktów aerotriangulacyjnych oraz badanych punktów sygnalizowanych (x'0, y0, z0 i x, y, z) wraz z w ydrukiem błędów średnich ich wyznaczenia (mx, my, mz). Powyższe współrzędne są w ynikiem obliczenia i w yrów nania na EMC ODRA 1204 m etodą niezależnych modeli (AEROBLOK) dwóch bloków aero trian g u lacji analitycznej: bloku zdjęć w skali 1 : 5000 z roku 1970,
16 Bohdan Bohonos tworzących 24 modele stereoskopowe, i bloku zdjęć w skali 1 : 3300 z roku 1971, zaw ierających 64 modele. W ykaz różnic wyżej obliczonych w spółrzędnych punktów sygnalizowanych A X X - xq; Л у y yu: A г = z - z (). gdzie: xg, у, zn współrzędne wyznaczone na podstawie pom iaru wyjściowego, x,y,z współrzędne wyznaczone na podstawie pomiaru aktualnego. Na podstaw ie powyższych różnic obliczone zostały w artości bezwzględne przem ieszczeń poziomych wg w zoru JЛр I ÿ Sx* + Ay'21 oraz wyznaczone bezpośrednio przem ieszczenia pionowe A z. Wykaz różnic wysokości AzA punktów nie sygnalizowanych (Z-punktów), w yznaczonych m etodą analogow ą gdzie: Агд = z A ~ z A, za wysokość punktu pomierzona na autografie przy opracowaniu zdjęć,,w yjściowych, z л wysokość odpowiedniego punktu, pomierzona na autografie przy opracow aniu zdjęć aktualnych. Różnice powyższe są w artościam i przem ieszczeń pionow ych w yznaczonych w danym cyklu badawczym. M iarą dokładności w yznaczenia w spółrzędnych punktów sygnalizow a nych i Z-punktów oraz przem ieszczeń są błędy średnie podane w ta blicy 2. Tablicę 2 charakteryzuje dokładność wyników badań, uzyskanych w trzech podstaw ow ych cyklach badawczych. B łędy średnie położenia i wysokości punktów sygnalizow anych, w yznaczonych w 1 cyklu badaw czym (1970 1971) zaw ierają się w granicach: przy określeniu stan u wyjściow ego w roku 1970: mp = ±7,7 cm mz = ±7.9 cm (15,4 urn w skali zdjęcia), (0,l /óo wysokości lotu); przy określeniu stanu aktualnego w roku 1971: mp ±5.0 cm (15,1 um w skali zdjęcia). viz ±5,8 cm (0,1 %o wysokości lotu).
Technologia wyznaczania przem ieszczeń terenu 17 Tablica 2 Błędy średnie wyznaczenia współrzędnych punktów i przemieszczeń Zdjęcia lotnicze j Błędy średnie wyznaczenia ze śmigłowca współrzędnych punktów przemieszczeń Rok wykonania Skala wysokość lotu (w m) mx w cm (w iimi I m u 1 w p w cm 1 w cm (w iim) (w iim) i m z w cm (%o h) m \p w om ma z w cm Uwagi 1 2 3 1 4 1 5 6 7 8 9 1970 1 : 5000 760 ±5,9 (11,8) METODA AN ALITYC2ÎNA dla punktów ygnalizovvanych ±4,9! ±7,7 ±7,0 (9,8)! (15,4) (0,09) Cykle badawcze 1971 1 : 3300 500 ±4,0 (12,1) i 3,0 (9,1) ±5,0 (15,1) ±5,8 (0,12) ±9,2 ±9,1 1971 1970 1973 1 : 3150 480 ±6,0 (19,1) ±5,0 (0,10) ±9,7 ±8,6 1973 1970 1974 1 : 5000 760 ±8,0 (16,0) 7,0 (0,11) ±10,0 ±8,6 1974 1973 1970 1971 1 : 5000 760. 1; 3300 500 ME TODA A.NALOGC)WA dla Z- punktów ±12 (0,16) ±12 (0,24) ±17 1971 1970 1973 1 : 3150 480 ±9 (0,19) ±15 1973 1970 1974 1 : 5000 760 ±12 (0,16) ±15 1974 1973 Dokładność w yznaczenia przem ieszczeń zarów no punktów sygnalizow a nych, jak i Z-punktów została scharakteryzow ana w 1 cyklu badawczym następującym i błędam i średnim i: przy m etodzie analitycznej : пт-ар = ± 9,2 cm; т д г = ± 9Д cm, przy m etodzie analogowej : rriaz = ± 17 cm. Tablica 3 przedstaw ia fragm ent tabulogram u obliczonych na EMC ODRA 1204 w spółrzędnych punktów aerotrian g u lacy jn y ch oraz w y d ru k 2 Prace Instytutu Tom XXIII
18 Bohdan Bohonos Tablica 3 Fragment tabulogramu współrzędnych punktów aerotriagulacyjnych, obliczonych na EMC ODEA 1204 PROGRAM AEROBLOK 5 OCENA DOKŁADNOŚCI WPASOWANIA BŁĘDY ŚREDNIE NA FOTOPUNKTACH: MX =.046 MY =.033 MZ =i.028 MP =.057 BŁĘDY ŚREDNIE OSNOWY: MX =.053 MY =.048 MZ =.050 MP =.071 PUNKTY AEROTRIANGULACYJNE NR X Y Z 101 23989.32-89947,65 285.38 102 23764.79-90195.91 287.61 8 23764.75-90195.88 287.60 16 23764.76-90195.90 287.62.02.02.01 103 23476.00-89947.15 257.26 8 23476.01-89947.15 257.25 15 23475.99-89947.16 257.27 16 23476.00-89947.12 257.25 24 2347,6.00-89947,15 257.26.00.01.01 104 23203.85-90207.96 263.69 16 23203.83-90208.02 263.66 24 23203.83-90207.96 263.67 32 23203.86-90208.00 263.71.01.02.01 105 22904.73-89957.16 295.89 24 22904.78-89957,18 295.87 32 22904.74-89957.17 295.91 39 22904.75-89957.15 295.88 40 22904.69-89957.15 295.91.02.01.01 106 22636.08-89956.01 287.67 32 22636.07-89956.01 287,69 39 22636.05-89956.02 287.72 40 22636.04-89956.02 287.72 47 22636.08-89955.98 287.66 48 22636.06-89956.00 287.69.01.01.02 odpowiednich błędów średnich. Jak widać, współrzędne pojedynczego punktu są obliczane kilkakrotnie, w zależności od liczby modeli, z których dany punkt został wyznaczony, na przykład: punkt 102 z modeli 8 i 16, punkt 103 z modeli 8, 15, 16 i 24. 4. O pracow ania graficzne: W ektory przemieszczeń poziomych i pionowych, wykreślone w skali 1 : 20 na podkładzie istniejącej m apy obszaru górniczego, w skali 1 : 2000. M apa rzeźby terenu rejonu Barycz-Pagory. Na autografie W ilda A8 został opracow any dw ukrotnie 1 arkusz m apy w skali 1 : 1000 (na pod-
Technologia wyznaczania przem ieszczeń terenu 19 staw ie zdjęć lotniczych z dnia 29. 07. 1970 r. i 10. 10. 1971 r.), obejm ujący obszar nowego pola eksploatacyjnego Pagóry. Dla tych map przyjęto cięcie warstwicowe zasadnicze co 1,0 m i pomocnicze co 0,5 m. Stanow ią one dodatkowe źródło inform acji o zmianach ukształtow ania terenu pod w pływ em rozpoczynającej się w ty m rejonie eksploatacji górniczej. Porównanie przebiegu jednoim iennych w arstw ie na m apach z roku 1970 i 1971 nie wykazało zasadniczych zmian powierzchni terenu w okresie pierwszego cyklu badawczego. Podkłady do identyfikacji Z-punktów w kolejnych cyklach re je stracyjnych. Podczas pierwszego, wyjściowego pom iaru wysokości Z-punktów na autografie, opracowano 12 sekcji, tak zw anych podkładów na planszach aluminiowych, form atu A l. Na plansze te, ponum erowane od 1 do 12, w kartow ano w skali 1 : 1000 wszystkie punkty wiążące i sygnalizowane, określone m etodą aerotriangulacji blokowej. Stanow ią one osnowę fotogram etryczną dla orientacji 102 138 sk 135 ' ЮбО O103 s 5 I 1175 ОШ2 01173 o U o 1193 0)195 о 1260 01261 r, 1262 о i I2W 9,13650 12Мо o w i 0 1204 I 107 01337 ош0о 1339 i m6 u-7 _ I 1303 o I 1322 o,j5 O f«1 0,352 01353 0)35801359 ll360!09 I 760117;0)170 m <267 0_ i266 1287 S 6 Hi, И20 H27 о m2»61 о 1179 1180 о о A M. t i t <269 sus 4 013230,î2i I о 1326 ди9 s2 offl Ю57 1053 I [s3 I o iü 5 î о I ' Ю6Ц 1M5 10Ь9 I 407*1 ) о I 10760 о юйз о Шо о» из I 1069 105о 1090 ОЙ98 о й ад т геи о I ( 0 о<108 оноз 0,Jo«119 _ s, ОЩ7 01110 j - -ЧГ2~ ollzsоазоoj о 11Я А \ и в \ owi M»i5 11*17 116}' łjc р, 01162 I о 1,3 I 11Ь*1 'tflm о 170 137 1182 125 I т 01181 о «Ц о 1190 j о 1192 1Ш AI22iyi22â^ о^оз71 Щ о 1273 01^76012790(280о J78с 1281 156 \s\l 01290 I о 1293 [~«â9 0,309 I 0 1308 iiîn I 1311 01320 I & * I V I off ИМ. с ^ 0 о Ю56 о 1062 о 1063 01070 о,071 01077 1070 о 1079 О1087 О10Э8 I09f. Ю97, 0 75Ü2?- SÔ 1138 о о из 01153 127 129 о 122 I2v С 126 128 R y s. 3. S z k ic s e k c ji d o i d e n t y f ik a c j i p u n k t ó w n ie s y g n a liz o w a n y c h
20 Bohdan Bohonos bezwzględnej poszczególnych modeli w autografie. Po dokonaniu wyboru i pomierzeniu wysokości każdego Z-punktu zaznaczono jego położenie na wyżej wymienionych planszach (przez nakłucie za pomocą igły koordynatografu sprzężonego z autografem). W ten sposób zlokalizowano położenie wszystkich Z-punktów w stosunku do osnowy fotogram etrycznej, określonej podczas pierwszej rejestracji fotograficznej powierzchni terenu. Z uwagi na fakt, że współrzędne punktów osnowy są wyznaczane zawsze w ty m sam ym układzie w spółrzędnych na podstaw ie aktualnego dla danego cyklu pom iaru polowego fotopunktów, zapewniona zostaje właściwa orientacja bezwzględna zdjęć w kolejnych cyklach pomiarowych, a przez to rów nież i jednoznaczna identyfikacja w ybranych na początku Z-punktów. Pom iar ich wysokości odbywa się każdorazowo po naprow adzeniu znaczka pomiarowego autografu na nakłute na odpowiednich planszach Z-punkty. Dokładność w ten sposób wykonywanej identyfikacji punktów nie sygnalizowanych w terenie, zależy przede wszystkim od dokładności orientacji bezw zględnej zdjęć w autografie. R ysunek 3 przedstaw ia pom niejszony szkic wyżej w ym ienionych sekcji, w ykonany w rzeczywistości w skali 1 : 5000. Jest on bardzo przydatny do pracy w kolejnych cyklach badawczych, gdyż znakomicie ułatw ia w y bór w łaściw ej sekcji przy opracow aniach autogram etrycznych. 3.1.2. Cykl podstawowy drugi, 1970 1973 Zakres prac badawczych oraz rodzaj dokum entacji opracowanej w tym cyklu nie różni się w sposób zasadniczy od prac wykonanych w cyklu pierwszym. Ze względu na to, że zostały one omówione szczegółowo w punkcie 3.1.1, wydaje się celowe podanie tu tylko nieznacznych zmian, które powstały przy realizacji program u na etapie prac polo wy ch w roku 1973. Zm iany te dotyczyły między innymi: dodatkowej stabilizacji w terenie 4 fotopunktów, które należało w ybrać i pom ierzyć zam iast fotopunktów zniszczonych, oraz spraw dzenia niezm ienności położenia sieci głównej, to jest punktów stałych. Ze względu na znaczny koszt prac polowych związanych z nowym wyznaczeniem współrzędnych punktów stałych, poprzestano na pomierzeniu w roku 1973 odpowiednich kierunków na punkty stałe i porównaniu ich z odpowiednimi kierunkam i z roku 1970. W ynik tego porów nania potw ierdził przypuszczenie, że sieć punktów stałych w okresie lat 1970 1973 można uznać za niezmienną. Podobnie jak w 1 cyklu badawczym, za podstawę do wyznaczenia przemieszczeń powierzchni terenu w okresie od 29. 07. 1970 do 15. 09. 1973 przyjęto: wykaz różnic współrzędnych (Ах, Д y, A z) punktów sygnalizowa
E 1002 Wektory przemieszczeń poziomych i pionowych punktów obserwowanych /О/J i i 1021 1001 m w okresie od lipca 1970 r. do września 1Q73 r -t-yßl na podstawie zdjęć lotniczych: w skali 1:5000 z dnia 29.07. 1970 r. w skali I 3300 z dnia 15.09.1973г. 132 i ' 1012 0 /0 0 3 r. r 0 /0/3 /i i -i.1 ' * J/. a * т. 1 - I t. î! t T t T!, r t r ' ч t /. r I. î T 1 J T' ' 1 J л T t. T.,, J T. ; 1023. 1r t,ï! I r r! t! t t T 1 1 i /022 î i i 0/004 1 0 /0 /4 / 'T f! /024, /005. /35 > 1 1 0 /0 0 6 0/00^ 1 A f. ÎTT 4. Tj, u 1 4 f i t / 1 ' l' ^ V * 1 1 ffr  J i 1, 111 / 1/ /fff ' i r.1 i p l / î r 4 1 / 1 I 1 ; / 1,-w U Г 63 Л / >1» 1 7 1 )',Y: ;1. ', / 1 h 4-u7 i /0^5 И Г -f -i'1i *, i 1-,î. 7 \n, ł l\! 1.4., 'K«r, tfwr-*- > / t. 1016 HA- Г L т /36 ; 1 t * / l 0/0/7 f 1 i Л 1. -. i r Ы-» 4 Ч- 1 1 4-1 i - Г /0.2 7 И 1026 El 1008 /. i T 1028 0 / 0 / S punkty osnowy fotogrametrycznej - fotopunkty punkt niesygnalizowany z wektorem przem ieszczenia pionowego. punkt sygnalizowany z wektorem przemieszczenia Г poziomego i pionowego 0/009 200 4 00cm ------- skala wektorów Rys. 4. Wektory przemieszczeń poziomych i pionowych w okresie 1970 1973
Technologia w yznaczania przem ieszczeń terenu 21 nych, wyznaczonych na podstawie zdjęć lotniczych, rejestrujących stan wyjściowy (29. 07. 1970) i stan aktualny terenu (15. 09. 1973); w ykaz różnic wysokości (Az ) punktów nie sygnalizow anych, odnoszących się do wyżej w ym ienionego okresu; w ek to ry przem ieszczeń poziom ych i pionow ych pun k tó w obserw o w anych w okresie 1970 1973; mapy rzeźby terenu rejonu Barycz-Pogory, przedstaw iające stan aktualny i wyjściowy. Powyższe opracowania zostały w ykonane wg tych sam ych zasad i k ry teriów jak i dokum entacja w yników pierwszego cyklu badawczego, opisana w punkcie 3.1.1. Dla ilustracji wielkości i charakteru zmian powierzchni terenu w okresie 1970 1973 opracow ano kalkę w ektorów przem ieszczeń pokazaną na rysunku 4. W rzeczywistości w ektory przem ieszczeń zostały w y kreślone w skali 1 : 20 na podkładzie istniejącej mapy obszaru górniczego w skali 1 : 2000. Na ry su n k u 4 pokazano rów nież rozm ieszczenie fotopunktów zaznaczonych kw adratam i. W yniki przeprowadzonych badań upoważniają do sform ułowania następujących wniosków: a) W okresie lat 1970 1973 nastąpiły zm iany powierzchni terenu w rejonie starych zapadlisk we wschodniej części badanego obszaru (zaznaczonego na rys. 4 linią przeryw aną). Świadczą o tym na przykład wielkości przemieszczeń punktów 1184 i 1163, które przy jednakow ym kieru n k u zm ian osiągnęły w artości bezwzględne do 4,5 m etra dla przemieszczeń poziomych i do 1,0 m etra dla przem ieszczeń pionowych. W artości tych przem ieszczeń w odpow iednich okresach czasu zestawiono w tablicy 4, podając w m etrach przemieszczenia poziome (Ap) i pionowe (Az) oraz w nawiasach prędkości przeciętne ruchu punktów (vp i vz) w m etrach na 1 rok. Prędkości vp i vz potraktowano jako wielkości przeciętne, ponieważ nie ma inform acji co działo się z terenem w czasie między kolejnym i rejestracjami. b) M niejsze wartości przemieszczeń stw ierdzone w okresie 1971 1973 w porów naniu z okresem 1970 1971 są praw dopodobnie następstw em coraz bardziej m alejących prędkości odkształceń terenu w rejonie starych zapadlisk. Ja k widać z przykładow ego zestaw ienia zm ian przytoczonych w ta blicy 4, istnieje zależność m iędzy wielkością przem ieszczeń a okresem czasu, w którym te zm iany nastąpiły. Form ułow anie dalej idących wniosków na podstawie zmian, stwierdzonych na małej liczbie punktów, w ydaje się być ryzykow ne. Trudno jest rów nież w ypow iadać się o charakterze zmian
22 Bohdan Bohonos Tablica 4 Punkt nr 1184 Punkt nr 1163 Okres badań Ap (vp) w m Az (Vz) w m Ap Сvp) w m Az (.Vz) w m 1970 1971 14,5 miesięcy 1970 1973 37,5 miesięcy 2,45 (2,04) -0,35 (-0,29) 3,00 (2,50) 4,36 (1,41) 1,36 (0,72) -0,68 (-0,56) -,1,04 (-0,34) -0,36 (-0,19) 3,16 (1,02) -0,46 (-0,15) 1971 1973 23,0 miesiące 0,71 (0,37) -0,11 (-0,06) powierzchniowych, tylko na podstawie wyników pom iaru przemieszczeń. P roblem oceny zjaw isk deform acyjnyeh wychodzi poza ram y prac geodezyjnych i wymaga włączenia się specjalistów różnych dziedzin wiedzy, jak np. geologów, hydrologów, górników [3]. c) Na podstawie różnic współrzędnych punktów oraz porównania map rzeźby tere n u m ożna stw ierdzić, że na pozostałym obszarze badań w okresie 1970 1973 nie nastąpiły istotne zmiany w ukształtow aniu pionowym terenu. Wielkość przemieszczeń przestrzennych punktów badanych nie przekroczyła bowiem dwukrotnego błędu średniego ich wyznaczenia. Błąd ten, podobnie jak w cyklu badawczym pierwszym (tablica 3), zawiera się w granicach: przy metodzie analitycznej m&p = ± 9,7 cm; т д 2 = ± 8,6 cm; przy opracow aniach analogowych: т д г = ± 15 cm. d) W yniki przeprowadzonych badań uzasadniają celowość stosowania m etod fotogram etrycznych do wyznaczenia przem ieszczeń pow ierzchni te renu, gdzie zjawiska deformacyjne są trudne do przewidzenia zarówno pod względem czasu, jak i miejsca wystąpienia. Przytoczona w tablicy 4 m aksym alna prędkość ruchu punktu vp = 2,5 m /rok powoduje przy założeniu, że odkształcenia terenu m ają charakter ciągły, przemieszczenie punktów o wartość około 5 centym etrów w ciągu tygodnia. Oznacza to, że przy zastosowaniu klasycznych metod geodezyjnych (zapewniających dokładność wyznaczenia współrzędnych punktów z błędem średnim co najm niej m = ± 5 cm), należałoby wszystkie badane punkty pomierzyć w przeciągu co najm niej jednego tygodnia. Spełnienie tego w arunku, aczkolwiek teoretycznie możliwego, jest trudne do w ykonania, chociażby ze względu na konieczność koncentracji
Technologia wyznaczania przem ieszczeń terenu 23 znacznych sił i środków, podrażających istotnie koszt badań. Metodą, która zapewnia rejestrację stanu aktualnego powierzchni dużych obszarów w określonym momencie i umożliwia pom iar dużej liczby punktów w sposób w ystarczająco dokładny i ekonomiczny, jest m etoda fotogram e tryczna. 3.1.3. Cykl podstawowy trzeci 1973 1974 W odróżnieniu od poprzednich okresów, prace w trzecim cyklu zostały ograniczone pod względem obszaru badań do rejonu pola eksploatacyjnego Pagóry. W arto przy tym zaznaczyć, że w dotychczasow ym program ie badań, z uwagi na intensyw ną eksploatację złoża, wspom niany rejon był w y różniany. Oprócz wyznaczenia przemieszczeń terenu na podstaw ie badania pojedynczych punktów terenu (punktów sygnalizpowanych i Z-punktów), w rejonie Pagór prowadzono bowiem badania powierzchniowe, oparte na w ynikach porów nania okresowo w ykonyw anych m ap rzeźby terenu. Porów nanie przebiegu w arstw ie na tych m apach oraz ocena różnic współrzędnych punktów, badanych okresowo, nie w ykazyw ały istotnych zmian w ukształtow aniu terenu na przestrzeni lat 1970 1973.. Natom iast w m arcu 1974 r. w rejonie Pagór nastąpiło gw ałtow nie odkształcenie górotw oru, które na zew nątrz pow ierzchni przejaw iło się w postaci koncentrycznie uform ow anej m ikroniecki z typoiwymi spękaniam i teren u i zapadliskiem wypełnionym wodą. Fakt ten stał się bezpośrednią przyczyną podjęcia decyzji o przeprowadzeniu badania odkształceń w okresie od 1973 do 1974. Prace, m ające na celu wyznaczenie wielkości przem ieszczeń terenu w rejonie Pagór, w ykonano zgodnie z zasadam i przyjętej technologii. S tan a k tu a ln y badanej pow ierzchni określono na podstaw ie zdjęć lo t niczych w skali 1 : 500Ó, w ykonanych dnia 10. 04. 1974 roku, natom iast za stan wyjściowy przyjęto dane o terenie uzyskane z opracow ania zdjęć lotniczych z dnia 15. 09. 1973 roku. Należy również dodać, że te ostatnie dane o terenie nie w ykazują istotnych różnic w porów naniu z danymi uzyskanym i na podstawie opracowania zdjęć sprzed przeszło trzech lat, to jest z dnia 29. 07. 1970 roku. Do podstaw ow ych dokum entów, opracow anych dla oceny zm ian powierzchni teren u w okresie 1973 1974, należą: a) W ykazy różnic współrzędnych przestrzennych (Ax, Ary, Az) 69 punktów sygnalizow anych oraz różnice wysokości 119 Z-punktów. N a ich podstaw ie wyznaczono odpowiednie przem ieszczenia, które dla punktów sygnalizowanych (nie zniszczonych podczas tw orzenia się zapadliska) osiągają wartości rzędu 1 m etra, natom iast dla Z-punktów przekraczają wartość 7 m etrów. Należy podkreślić, że zarów no przesunięcia poziome ja k i osia
24 Bohdan Bohonos danie punktów, zlokalizowane jest w bliskim otoczeniu zapadliska. Podobnie ja k w cyklach poprzednich, dokładność wyznaczenia powyższych przemieszczeń charakteryzuje się błędam i średnim i nie przekraczającym i: dla punktów sygnalizowanych тодр = т д г = ±10,0 cm, dla Z-punk:ów m дгд = ±15,0 cm (tablica 2). Rys. 5a, Wycinek mapy rzeźby terenu w skali 1 : 1000 wg stanu na dzień 10.04.1974 r. (w zmniejszeniu)
Technologia w yznaczania przem ieszczeń terenu 25 b) Mapy rzeźby terenu Barycz-Pagory w skali 1 : 1000 według stanu na dzień 10.04.1974 i 15.09.1973 r. Porównanie przebiegu w arstw ie na tych mapach wykazuje bardzo istotne zmiany w morfologii terenu oraz dowodzi, że badania powierzchniowe dają pełniejszą inform ację o zm ianach ukształtow ania pionowego teren u Rys. 5b. Wycinek mapy rzeźby terenu w ska.' 1 : 1000 wg stanu na dzień 15.09.1973 r, (w zmniejszeniu)
Bohdan Bohonos 0 o Różnica wysokosci na punkcie Ł obserwacyjnym L E G E N D A Jzolinie co 5 m ------------Jzolinie co 0,5 m ----------- Jzolinie со I m Ю7 Punkt sygnalizowany Rys. 6. Izolinie osiadania terenu w latach 1973 1974
Technologia w yznaczania przem ieszczeń terenu 27 od badań punktow ych. Świadczą o tym w ycinki odpow iednich m ap przedstawione na rysunkach 5a i 5b. Z porównania tych m ap w yraźnie widać, że na miejscu wzniesienia z punktem wysokościowym 275,3 (rys. 5b) powstało zapadlisko wypełnione wodą, której poziom zaznaczono punktem wysokościowym 264,0 (rys. 5a). Tak więc m aksym alne przemieszczenie pionowe terenu, w ykryte na podstawie porównania warstw ie wynosi ponad 11 metrów, podczas gdy na podstawie porównania wysokości okresowo badanych punktów uzyskano inform ację, że przem ieszczenie to przekracza 7 m etrów. F akt ten św iadczy o celowości prowadzenia badań powierzchniowych przy w ystępowaniu m akroruchów terenu. c) Izolinie osiadania teren u w okresie 1973 1974. Linie rów nych przemieszczeń pionowych wykreślono na mapie obszaru górniczego w skali 1 : 2000. Dla celów ilustracyjnych przerysowano je na kalkę i w zmiejszeniu przedstawiono na rysunku 6. Jako podstaw ę do opracow ąnia powyższych izolinii przyjęto: różnice wysokości (Az = z74 z73) punktów badanych; profile pionowe terenu, opracow ane na podstaw ie m ap rzeźby tere nu i w ykreślone wzdłuż linii łączących pu n k ty sygnalizowane. Linie rów nych przem ieszczeń pionow ych w ykreślono w odstępach zasadniczych co 1,0 m etra i pomocniczych co 0,5 m etra. Jak widać z rysunku 6, izolinia zerowa ma kształt zbliżony do wydłużonej w kierunku NS elipsy o osiach wynoszących około 370 i 250 metrów. Największe zmiany powierzchni stwierdzono w rejonie otoczonym punktam i sygnalizowanymi 68, 69, 75, 76. wysokość w [m ] Legenda --------1973 ---------/074 Rys. 7. Profile pionowe terenu 65 77, przechodzące przez środek zapadliska
28 Bohdan Bohonos Rysunek 7 przedstawia w pomniejszeniu jeden z profili pionowych terenu, opracowanych w celu wzbogacenia danych do wykreślenia izolinii. Jest to profil wykreślony wzdłuż prostej łączącej punkty sygnalizowane 65 77 i przechodzący przez środek zapadliska. Niezależnie od wyżej omówionych opracowań, bezpośrednio dotyczących wyznaczenia przem ieszczeń teren u w okresie 1973 1974, na życzenie zleceniodawcy wykonano jeszcze prace dodatkowe, przydatne do ja kościowej, specjalistycznej oceny zjaw isk deform acyjnych. Do nich należą m iędzy innym i następujące opracow ania: d) Pom iar i obliczenie objętości (kubatury mas ziemnych) zapadliska, która wynosi V = 86 000 m 3 ± 14% V. Obliczona ona została jako różnica objętości dwóch num erycznych modeli terenu, opracowanych na podstawie zdjęć lotniczych z dnia 10.04.1974 i z dnia 29.07. 1970 roku. e) Opracowanie dwóch arkuszy ortofotomap tem atycznych w skali 1 : 2000 o wym iarach 40X50 centymetrów. Są to Ortofotomapy górniczych elem entów powierzchni terenu Pola eksploatacyjnego Pagóry, opracowane w edług stanu na dzień 10.04.1974 i 29.07.1970. Przedstaw ione w punkcie 3.1. w yniki prac pom iarow ych stanow ią m a teriał w yjściow y dla podjęcia w szechstronnych badań specjalistycznych. 3.2. Wyniki badań i prac wykonanych na podstawie zdjęć archiwalnych W toku prowadzonych badań, opartych na w ykorzystaniu aktualnych zdjęć lotniczych, pow stała myśl odtw orzenia kształtu pow ierzchni badanego obszaru górniczego na podstaw ie zdjęć dawnych. Zdjęcia te w praw dzie nie odpowiadają przyjętym do badań założeniom (znacznie m niejsza skala, brak sygnalizacji punktów obserwacyjnych), jednak stanowią bardzo cenny m ateriał dla ustalenia rozw oju zjaw isk deform acyjnych. W omawianym przypadku badań, udało się odszukać zdjęcia z roku 1957 w skali 1 : 15 000 i zdjęcia z roku 1953 w skali 1 : 21 000. Ze względu na oczywisty brak na tych zdjęciach sygnalizcji punktów, ograniczono się do w yznaczenia przem ieszczeń pionowych, to jest osiadania względnie w ypiętrzania terenu. Technologia wyznaczania powyższych przemieszczeń jest podobna do technologii omówionej i przedstaw ionej w tablicy 1, zwłaszcza w części dotyczącej fotogram etrycznych opracow ań analogowych. Pełny jej opis w y m aga jednak odrębnego opracow ania. W niniejszej pracy w ydaje się celowe podanie najważniejszych czynności, które zostały wykonane przy wyznaczeniu przemieszczeń pionowych na podstawie zdjęć archiwalnych. Do nich należą: Analiza zdjęć i innych m ateriałów archiw alnych w celu w yboru
Technologia wyznaczania przem ieszczeń terenu 29 skali opracow ania i param etrów niezbędnych do orientacji zdjęć w autografie. W ykonanie diapozytyw ów zdjęć archiw alnych na płytach szklanych. W ybór i identyfikacja punktów wspólnych na zdjęciach archiw alnych i zdjęciach rejestrujących stan aktualny. W ybór punktów dostosow ania na zdjęciach archiw alnych. Pom iar punktów w spólnych i punktów dostosow ania oraz w yznaczenia ich w spółrzędnych m etodą analitycznej aerotriangulacji blokowej. T ransform acja w spółrzędnych punktów dostosowania. Przygotowanie podkładów w odpowiedniej skali do identyfikacji punktów. Opracowanie analogowe zdjęć pom iar i wyznaczenie wysokości punktów badanych. Obliczenie różnic wysokości odpow iadających sobie punktów. O pracow anie i w ykreślenie izolinii przem ieszczeń pionow ych w danym okresie. Ocena dokładności w yznaczonych przemieszczeń. 3.2.1. Cykl dodatkowy, 1957 1973 W w yniku wykonania prac pomiarowych, dotyczących wyznaczenia przem ieszczeń pionow ych tere n u w okresie 1957 1973 otrzym ano n astępującą dokum entację: a) Tabulogram różnic wysokości (Az = z73 z57) 6 7 0 punktów badanych. Dokładność w yznaczenia tych różnic oceniono na podstaw ie nieznacznych różnic wysokości otrzym anych na punktach, które ze względu na swoje usytuow anie nie pow inny w ykazyw ać zmian. Do oceny tej dokładności przyjęto 397 punktów, położonych poza rejonem w pływ ów eksploatacyjnych. Obliczony w ten sposób średni błąd wyznaczenia przemieszczeń pionowych punktów wynosi тодг = ±0,3 m etra. b) Izolinie osiadania terenu. Jako podstaw ę do w ykreślenia izolinii przem ieszczeń pionow ych przyjęto: różnice wysokości punktów, w ym ienionych w punkcie a), 24 p ary profili pionow ych terenu, opracow ane na podstaw ie istn iejącej m apy topograficznej z 1957 roku oraz na podstaw ie pom iaru analogicznych profili na autografie w oparciu o zdjęcia lotnicze z 1973 roku. W ykorzystanie profili pionow ych do opracow ania izolinii zostało spowodowane tym, że przy zaobserwowanych nieciągłych deform acjach terenu same tylko różnice wysokości punktów badanych okazały się nie w y sta r czające dla określenia najbardziej praw dopodobnego przebiegu izolinii.