Działalność Kół Naukowych Geodetów przy Akademii Górniczo-Hutniczej na terenie Tatrzańskiego Parku Narodowego

NAUKA TATROM, tom III Człowiek i Środowisko, Zakopane 215 Działalność Kół Naukowych Geodetów przy Akademii Górniczo-Hutniczej na terenie Tatrzańskiego Parku Narodowego Activity of AGH University of Science and Technology Geodesist Student Scientific Associations in the area of Tatra National Park Małgorzata Ficek, Artur Guzy Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Koło Naukowe Geodetów Dahlta, al. Adama Mickiewicza 3, 3-59 Kraków, e-mail: mgtficek@gmail.com, arturguzy@gmail.com Streszczenie Trwająca ponad 4 lat współpraca Kół Naukowych Geodetów działających przy Wydziale Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica z Tatrzańskim Parkiem Narodowym i Krakowskim Oddziałem Polskiego Towarzystwa Przyjaciół Nauk o Ziemi zaowocowała przeszło 3 obozami naukowymi na terenie TPN. Ich historię omówiono we wstępie, a w zasadniczej części artykułu zaprezentowano jedynie trzy zagadnienia, którymi zajmowano się w latach 212 214. Dotyczą one kolejno: pomiaru powierzchni stożków piargowych u podnóży Mięguszowieckich Szczytów i Skrajnej Turni, wyznaczenia przebiegu lokalnej quasigeoidy na terenie Hali Gąsienicowej oraz koncepcji Bazy Danych Dokumentów i Znaków Geodezyjnych w Tatrzańskim Parku Narodowym. Słowa kluczowe: skaning laserowy, fotogrametria, stożek piargowy, quasi-geoida, baza danych Abstract The cooperation between AGH University of Science and Technology Geodesist Students Scientific Associations, Tatra National Park and The Cracow Department of Polish Society of Friends of Earth Sciences, which has lasted for more than 4 years, resulted in more than 3 of academic camps in the area of Tatra National Park. The history is briefly presented in the introduction of this paper and the body focused on the present researches done in the years 212-214. There are: area measurement of talus slopes at the foot of Mięguszowieckie Summits and Skrajna Turnia, calculation of quasigeoid model in the area of Gąsienicowa Valley and an idea of geodetic control network database in Tatra National Park. Keywords: laser scanning, photogrammetry, talus slope, quasigeoid, database Wstęp W lutym 1972 r. studenci z Koła Naukowego Geodetów działającego przy Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie wyruszyli na pierwszy, organizowany przy współpracy z Tatrzańskim Parkiem Narodowym (TPN) i Polskim Towarzystwem Przyjaciół Nauk o Ziemi (PTPNoZ), obóz naukowy w Tatry. Do 214 r. włącznie zorganizowano ponad 3 obozów naukowych, których głównym celem było poznanie i opisanie zjawisk zachodzących w środowisku geograficznym i przyrodniczym Tatr Polskich. Działania prowadzone przez studentów skupiały się na wielu zagadnieniach z zakresu m.in. geodezji, kartografii i fotogrametrii. Miejscem pierwszych obozów stała się Jaskinia Czarna w Dolinie Kościeliskiej. W latach 1976 1977 wykonywano m.in. zdjęcia fotogrametryczne stoków w rejonie Morskiego Oka i Czarnego Stawu, a w latach 1978, 1979 i 1981 obrywu Dudowych Turni i innych miejsc w Dolinie Starorobociańskiej. W latach 1981 1983 pomierzono ponad 1 otworów jaskiń w rejonie Czerwonych Wierchów i na zboczach Giewontu od strony Doliny Strążyskiej. W miejscach lokalizacji obozów przez lata tworzono i uzupełniano osnowę geodezyjną. Prace w nowym tysiącleciu niejednokrotnie nawiązywały do historycznych wyjazdów. W 22 i 23 r. wykonano pomiar tachimetryczny stoków nad zachodnim brzegiem Czarnego Stawu pod Rysami oraz niwelację precyzyjną osnowy w rejonie Morskiego Oka. W 25 r. w rejonie Zadnie Kamienne podjęto próby wznowienia osnowy i pomierzono kilkanaście otworów jaskiń oraz wykonano cyfrowe zdjęcia stoków. Część członków koła wzięła również udział w dwudniowej kampanii pomiarowej GPS Tatry 25, którą zorganizowano z inicjatywy Krakowskiego Oddziału PTPNoZ. W latach 211 214 przeprowadzono

32 m.in. badanie geometrii krzyża na Giewoncie, sprawdzenie prostoliniowości i pionowości podpór kolei krzesełkowej Goryczkowa (na zlecenie PKL) oraz z wykorzystaniem technologii naziemnego skanowania laserowego (ang. Terrestrial Laser Scanning, TLS) wykonano modele 3D stacji badawczej PAN i leśniczówki Gawra na Hali Gąsienicowej, a także w 214 r. Jaskini Mylnej w Dolinie Kościeliskiej i kopuły szczytowej Mnicha. W ostatnich latach część działań członków koła skupiała się na stworzeniu trójwymiarowych modeli stożków piargowych. Opracowaniu podlegały stożki piargowe pod Skrajną Turnią (212 r.) i u podnóża Mięguszowieckich Szczytów (213 r.). Przy wykorzystaniu technologii naziemnego skanowania laserowego, a w drugim przypadku także technik fotogrametrycznych, wykonano modele reprezentujące te formy geomorfologiczne. Odrębne działania koła zmierzały do próby określenia przebiegu lokalnej quasi-geoidy w rejonie Hali Gąsienicowej i weryfikacji dokładności obowiązującego modelu państwowego. W tym celu w 213 i 214 r. przeprowadzono pomiary grawimetryczne, satelitarne (statyczne GPS) i synchroniczną niwelację trygonometryczną na punktach osnowy geodezyjnej założonej uprzednio w tej okolicy. Ze względu na dużą ilość danych pomiarowych zgromadzonych w ciągu wszystkich obozów oraz innych prac geodezyjnych, w których brali udział członkowie Koła, w ostatnich 2 latach poczyniono krok w celu ich standaryzacji i systematyzacji. Podjęto próbę stworzenia cyfrowej Bazy Danych Dokumentów i Znaków Geodezyjnych w Tatrzańskim Parku Narodowym (zwanej dalej Bazą Danych Osnowy Tatrzańskiej). Z uwagi na mnogość działań, które prowadzili studenci w ramach kół naukowych na wyżej wymienionym obszarze, w niniejszym opracowaniu zdecydowano się przybliżyć tematykę jedynie trzech ostatnich obozów, ukończonych w latach 212 214. Dotyczą one kolejno: pomiaru powierzchni stożków piargowych u podnóży Mięguszowieckich Szczytów i Skrajnej Turni, wyznaczenia przebiegu lokalnej quasi-geoidy na obszarze Hali Gąsienicowej oraz koncepcji Bazy Danych Osnowy Tatrzańskiej. (Wszystkie informacje przytoczone we wstępie za: Kotarba 1996; Niedojadło, 21; Czarnecki i Mól, 212). Pomiar powierzchni stożków piargowych u podnóży Mięguszowieckich Szczytów i Skrajnej Turni Celem obozów naukowych prowadzonych w 212 i 213 r. było m.in. stworzenie trójwymiarowych modeli powierzchni stożków piargowych u podnóży Skrajnej Turni na Hali Gąsienicowej i Mięguszowieckich Szczytów (tzw. Wielki Piarg) w Dolinie Rybiego Potoku. W zagadnieniach tego typu prace terenowe i kameralne niezależnie od wybranej techniki pomiaru sprowadzają się do zgromadzenia zbioru punktów o wyznaczonym położeniu sytuacyjnym i wysokościowym, które w sposób możliwie najbardziej poprawny opisują kształt powierzchni danego terenu. Służą one następnie do opracowania numerycznego modelu terenu (NMT), czyli numerycznej reprezentacji powierzchni terenu, która poprzez algorytmy interpolacyjne umożliwia odtworzenie jej kształtu w określonym obszarze (Gaździcki, 199). Z uwagi na przedmiot opracowania przy tworzeniu NMT zastosowano nieregularną siatkę trójkątów (ang. Triangulated Irregular Network, TIN), która w przeciwieństwie do regularnej siatki GRID pozwala na wierniejsze odzwierciedlenie te - renu poprzez uwzględnienie w modelu np. linii szkieletowych. Obiekty podlegające opracowaniu pomierzono metodą naziemnego skanowania laserowego TLS. Dodatkowo, w przypadku stożka pod Mięguszowieckimi Szczytami, wykonano pomiary fotogrametryczne naziemne i lotnicze (ang. Unmanned Aerial Vehicle, UAV). Zintegrowanie różnych metod pozyskiwania danych wejściowych pozwoliło na poszerzenie obszaru badań oraz zgromadzenie materiału pomiarowego umożliwiającego stworzenie najbardziej kompletnego modelu rzeźby terenu. Skanowanie opiera się na laserowym wyznaczeniu od - ległości od stanowiska instrumentu do obiektu przy jednoczesnym pomiarze utworzonego kąta pionowego (lub zenitalnego) i poziomego. Za każdym razem rejestrowana jest również intensywność odbicia wiązki lasera od mierzonego punktu (ang. intensity). W efekcie otrzymuje się liczny zbiór punktów o współrzędnych X, Y, Z, zwany chmurą punktów. Chmury punktów z poszczególnych stanowisk pomiarowych sprowadza się do wspólnego układu w procesie zwanym łączeniem (lub orientacją). Rolę punktów wiążących mogą odgrywać jednoznacznie identyfikowalne punkty charakterystyczne skanowanych obiektów oraz jak w przypadku omawianego opracowania specjalne tar - cze skaningowe. Po tym, jak sprowadzi się chmury punktów ze wszystkich stanowisk pomiarowych do jednego układu współrzędnych, należy odfiltrować powstały model z ze - skanowanych obiektów, które nie podlegają dalszemu opra - cowaniu, np. roślinności, osób, sprzętu pomiarowego. Dopiero tak przygotowany materiał może posłużyć do wygenerowania NMT stanowiącego zarówno produkt końcowy opracowania, jak i podstawy do tworzenia produktów pochodnych, np. przekrojów czy map hipsometrycznych (ryc. 1). Pomiary TLS przeprowadzone w 212 r. pod Skrajną Turnią obejmowały 9 stanowisk skanera (pomiar wykonano instrumentem Leica ScanStation C1). Chmury punktów połączono przy wykorzystaniu 12 tarcz skaningowych i uzyskano w procesie orientacji średni błąd wpasowania chmury w chmurę równy,26 m. Rozdzielczość skanowania wyniosła 7 mm/1 m. Stożek piargowy u podnóży Mięguszowieckich Szczytów zeskanowano w 213 r. z 15 stanowisk pomiarowych, a chmury punktów połączono przy wykorzystaniu 21 tarcz skaningowych. Średni błąd wpasowania chmury w chmurę wyniósł,12 m, rozdzielczość skanowania: 7 15 mm/1 m. W obydwu opracowaniach obliczenia prowadzono w Państwowym Układzie Współrzędnych Geodezyjnych 2 (układ odniesień przestrzennych PL-ETRF2); (Operat pomiarowy Tatry 212; Operat pomiarowy Tatry 213).

33 Ryc. 1. NMT w postaci 3D stożka piargowego pod Skrajną Turnią Fig. 1. 3D rendering of a DTM of talus slope at the foot of Skrajna Turnia Idea wykorzystania technik fotogrametrycznych dla pozyskania chmury punktów, a następnie stworzenia NMT opiera się na zależnościach geometrii analitycznej. Własności te pozwalają wyznaczyć współrzędne terenowe dowolnego punktu odfotografowanego na dwóch zdjęciach pomiarowych. W przypadku niniejszego opracowania wykonane zdjęcia fotogrametryczne wyrównano ściśle metodą niezależnej wiązki. Z tak przygotowanego materiału możliwe jest za pomocą specjalistycznego oprogramowania wygenerowanie NMT, np. w postaci siatki trójkątów TIN. Do opracowania modelu stożka piargowego u podnóży Mięguszowieckich Szczytów wykonano 18 zdjęć naziemnych z 4 stanowisk pomiarowych, które umiejscowiono w rejonie północnej części Morskiego Oka (zdjęcia pozyskano kamerą fotogrametryczną Nikon D51). Na tej podstawie wygenerowano siatkę TIN o bokach ok. 15 cm. W zakresie fotogrametrii lotniczej wykonano 125 zdjęć (z czego w opracowaniu kameralnym wykorzystano 23), w trzech szeregach o wysokości lotu 165, 18 i 21 m., obejmujących zakresem Wielki Piarg. Zdjęcia pozyskano kamerą fotogrametryczną Sony Alpha NEX-7 (Operat pomiarowy Tatry 213). Ostatecznie dla stożka piargowego u podnóży Mięguszowieckich Szczytów otrzymano trzy modele, charakteryzujące się następującymi gęstościami: model powstały z pomiaru metodą TLS ok. 14 punktów na 1 m 2 (po redukcji z 15 punktów na 1 m 2 ); model powstały ze zdjęć naziemnych ok. 2 punktów na 1 m 2 ; model powstały ze zdjęć UAV ok. 9 punktów na 25 m 2 ; model zintegrowany (połączenie trzech metod) ok. 8 punktów na 1 m 2 (Operat pomiarowy Tatry 213). Ostateczny NMT, uzyskany z pomiarów trzema metodami (ryc. 2), porównano także z modelem pozostającym w zasobach naukowych TPN. Uzyskano zgodność ok. 1 m, jednak w niektórych miejscach różnice wysokości wahają się w zakresie od mniej więcej -13 m do +14 m. Takie odstępstwa wynikają prawdopodobnie z różnic rozdzielczości modeli, sposobu pozyskania danych czy znacznej nieregularności opracowywanej powierzchni (Operat pomiarowy Tatry 213). Warto wspomnieć, iż na przestrzeni kilkudziesięciu lat stożki piargowe u podnóży Mięguszowieckich Szczytów kilkakrotnie podlegały pomiarom inwentaryzacyjnym, które prowadzili studenci geodezji i kartografii. Z uwagi na intensywne w środowisku tatrzańskim wietrzenie, przede wszystkim fizyczne i chemiczne, istnienie obszernego materiału badawczego opisującego wyżej wymienioną problematykę jest cennym źródłem, ułatwiającym prowadzenie analiz zmienności tych form terenu. Wyznaczenie przebiegu lokalnej quasi-geoidy na obszarze Hali Gąsienicowej W myśl obowiązujących przepisów prawa istnieją obecnie w Polsce dwie powierzchnie, które stanowią odniesienie wysokościowe dla wszelkich prac geodezyjnych elipsoida

34 wysokość terenu [m n.p.m.] max: 1625,48 min: 139,8 warstwice [m n.p.m.] 5 1 15 2 m Ryc. 2. Zasięg zintegrowanego NMT na podkładzie ortofotomapy Wielki Piarg Fig. 2. Integrated DTM spread on the backing on orthophoto map Wielki Piarg i quasi-geoida. Elipsoida jest powierzchnią odniesienia wysokościowego dla układów geocentrycznych związanych z technologią GNSS (ang. Global Navigation Satellite System), quasi-geoida zaś stanowi teoretyczny poziom zerowy dla wysokości normalnych, wyznaczanych metodą niwelacji klasycznej. Z uwagi na różne własności obu powierzchni oraz coraz częstsze stosowanie przez geodetów satelitarnych technik pomiarowych zachodzi potrzeba stworzenia modeli, które pozwalałyby w sposób precyzyjny przeliczać wysokości elipsoidalne na powszechnie stosowane w Polsce wysokości normalne. Pierwsze modele przebiegu quasi-geoidy na terenie naszego kraju powstały już w latach 9. ubiegłego wieku. Obecnie prawnie obowiązuje PL-geoid-211 (2), stanowiący modyfikację globalnego modelu EGM 28. PL-geoid-211 należy do opracowań wielkoskalowych. Został utworzony w postaci siatki regularnej o bokach,1o poprzez kalibrację modelu globalnego na 54 punktów państwowej sieci geodezyjnej I i częściowo II klasy (1). Wymienione cechy sprawiają, że nie jest on w stanie uwzględnić lokalnych zróżnicowań terenu, dlatego na obszarach o skomplikowanej budowie geologicznej i zmiennej topografii opisuje przebieg quasi-geoidy w sposób mało dokładny. Jednym ze sposobów modelowania quasi-geoidy jest metoda tzw. niwelacji GNSS (Hofmann-Wellenhof i in., 27). Na danych punktach osnowy geodezyjnej określane są wysokość elipsoidalna i normalna. Przebieg quasi-geoidy wyznacza się poprzez odłożenie od elipsoidy różnicy między pomierzoną wysokością elipsoidalną a pomierzoną wysokością normalną na danym przęśle sieci niwelacyjnej (Hlibowicki, 1981). Wartości anomalii wysokości na danych przęsłach mogą następnie podlegać wyrównaniu ścisłemu w ramach całej sieci. Należy dodać, iż istotnymi problemami w trakcie prowadzenia klasycznej niwelacji na obszarach wysokogórskich są znaczna refrakcja i duże wartości odchylenia linii pionu (Skórczyński, 2). Zjawisko refrakcji możemy wyeliminować, stosując założenia synchronicznej niwelacji trygonometrycznej metodyki pomiaru opracowanej podczas badań prowadzonych na Tatrzańskim Poligonie Geodynamicznym (Makowska, 23). Zagadnieniem wyznaczenia składowych odchylenia linii pionu zajmowano się m.in. w trakcie badań na krakowskim wzgórzu Sowiniec (Banasik, 1999) oraz w Alpach Austriackich (Makowska, 1993). Udowodniono, iż odchylenie ma charakter zbliżony do liniowego na odcinkach nie dłuższych niż 5 m, co warunkuje przy zachowaniu kryterium odległości możliwość utożsamiania przewyższenia trygonometrycznego z geometrycznym na danym przęśle sieci niwelacyjnej. Prace podjęte przez Koło Naukowe Geodetów Dahlta w celu wyznaczenia przebiegu lokalnej quasi-geoidy zrealizowano na obszarze testowym położonym na terenie Hali Gąsienicowej. Obszar badań obejmował powierzchnię ok. 2 km2. Jego zachodnimi krańcami biegnie orograficzna granica między Tatrami Zachodnimi a Tatrami Wysokimi,

35 definiująca podział na dwie struktury geologiczne i topograficzne. W rejonie Zielonego Stawu Gąsienicowego oraz masywu Świnicy występują skupiska ciężkich granitoidów pegmatytowych, grań graniczna oparta jest o trzon krystaliczny, a obszary denne Hali Gąsienicowej zbudowane są głównie z lżejszych związków wapiennych, które przykryte zostały osadami zwietrzelinowymi. Sieć pomiarowa na obszarze opracowania składała się z 12 punktów osnowy geodezyjnej, w tym punktu AY978 sieci geodynamicznej Tatry i Podhale, który posłużył do dowiązania wyników obserwacji do Państwowego Systemu Odniesień Przestrzennych (ryc. 3). W 213 r. określono przebieg quasi-geoidy wyłącznie dla obszaru dennego Hali Gąsienicowej (siedem punktów). W 214 r. założono dodatkowe punkty sieci geodezyjnej, które zlokalizowano m.in. na grani głównej Tatr (Beskid 212 m n.p.m., Skrajna Turnia 297 m n.p.m., Pośrednia Turnia 2128 m n.p.m.). Ostatecznie przebieg quasi-geoidy został wyznaczony na podstawie łącznych wyników obserwacji z 2 lat, co pozwoliło na rozszerzenie poligonu badawczego i częściowe uwzględnienie wpływu trzonu krystalicznego grani tatrzańskiej. Należy zauważyć, iż w pierwotnych założeniach część punktów osnowy przeznaczona była do innych prac geo dezyjnych, prowadzonych na tym obszarze w latach wcze śniejszych (m.in. do pomiaru stożka piargowego opisane - wysokość terenu [m n.p.m.] max: 2299,53 min: 1133,4,25,5 punkt osnowy geodezyjnej warstwice [m n.p.m.],75 1 km Ryc. 3. Rozmieszczenie punktów pomiarowych na Hali Gąsienicowej na podkładzie NMT i mapy hipsometrycznej Fig. 3. Distribution of measuring points at the Gąsienicowa Valley on the backing on DTM and contour map go w poprzednim podrozdziale). Z tego względu rozmieszczenie punktów badawczych nie odzwierciedla w pełni uwa runkowań geofizycznych Hali Gąsienicowej i obszarów przyległych istotnych z uwagi na wyznaczenie przebiegu lokalnej quasi-geoidy. Warto wspomnieć, iż właściwe rozlokowanie punktów pomiarowych i dołączenie obserwacji przeprowadzonych przede wszystkim na grani Kościelca, masywie Świnicy i Kasprowym Wierchu mogłoby w istotny sposób wpłynąć na wynik naszego opracowania. Dysponując stanowiskami, na których określono wy sokość elipsoidalną i normalną, otrzymujemy model przebiegu quasi-geoidy w postaci dyskretnej. Aby utworzyć model w postaci ciągłej, musimy skorzystać z jednego z algorytmów interpolacyjnych, pozwalających na utworzenie numerycznego modelu. Ze względu na skomplikowane ukształtowanie terenu, mogące zauważalnie zaburzać przebieg powierzchni quasi-geoidy i mające wpływ na dokładność interpolacji, zdecydowano się użyć funkcji sklejanej minimalnej krzywizny. Obliczenia najbardziej prawdopodobnych wartości współczynników równań przeprowadzono dla siatki regularnej o bokach 1 m, przy zastosowaniu zasad rachunku wyrównawczego, metodą najmniejszych kwadratów, w układach PL-ETRF2 i Kronsztadt 86NH. Analiza przebiegu quasi-geoidy wyznaczonej w 214 r. (ryc. 4) pozwala stwierdzić, że anomalie wysokości na dnie Hali Gąsienicowej charakteryzują się spokojnym przebiegiem zbliżonym do płaszczyzny pochylonej w kierunku SW. Przyjmują zatem kierunek zgodny z ogólnym nachyleniem quasi-geoidy na terenie Polski. Przebieg zostaje mocno zaburzony w okolicach punktów 113 i AY978. Należy jednak zauważyć, iż tak duże zróżnicowanie modelu quasi-geoidy w tej okolicy ma charakter nienaturalny i winno być utożsamiane przynajmniej częściowo z innymi czynnikami, w tym z błędami pomiarów. W rejonie tych punktów (113, AY978) wzrost anomalii wysokości przyjmuje charakter równoleżnikowy, czyli równoległy do grani głównej Tatr, a w okolicach masywu Świnicy (punkt Czarny) zmienia przebieg na SE, więc w kierunku gwałtownego wzrostu wysokości terenu i gęstości mas skalnych. W celu porównania otrzymanego przebiegu quasi-geoidy z modelem państwowym należało obliczyć anomalie wysokości dla modelu PL-geoid-211 (ryc. 5). Zadanie wykonano przy użyciu programu TransPol. Analizując różnice między przebiegami dwóch modeli quasi-geoidy (ryc. 6), musimy zauważyć pionowe przesunięcie wyznaczonych anomalii wysokości. Wyniosło ono średnio -7,5 cm dla powierzchni quasi-geoidy wyznaczonej w 214 r. względem państwowego modelu PL-geoid-211 (Operat pomiarowy Tatry 214). Z uwagi na zbieżność współrzędnych elipsoidalnych punktu AY978 otrzymanych z pomiaru GNSS w stosunku do współrzędnych katalogowych, przeliczonych z układu ETRF89 na ETRF2 (epoka odniesienia 211.) przy wykorzystaniu programu TransPol, można stwierdzić jego stałość (tab. 1). Pionowe przesunięcie między powierzchniami należy zatem z dużym prawdopodobieństwem utożsamiać z błędnie wyznaczoną wysokością normalną punktu nawiązania (AY978). Porównanie tych dwóch powierzchni

36 przebieg quasi-geoidy [m] max: 42,8 min: 42,63,25 przebieg quasi-geoidy [m] max: 42,91 min: 42,69 punkt osnowy geodezyjnej zakres opracowania izolinie przebiegu quasi-geoidy [m],5,75 1 km,25 punkt osnowy geodezyjnej zakres opracowania izolinie przebiegu quasi-geoidy [m],5,75 1 km Ryc. 4. Przebieg powierzchni quasi-geoidy na obszarze Hali Gąsienicowej wyznaczony w 214 r. Fig. 4. Mileage surface of quasigeoid model in the area of Gąsienicowa Valley appointed in 214 Ryc. 5. Przebieg powierzchni quasi-geoidy PL-geoid-211 na obszarze Hali Gąsienicowej Fig. 5. Mileage surface of quasigeoid PL-geoid-211model in the area of Gąsienicowa Valley charakteryzuje się odchyleniem standardowym równym 2,1 cm (obliczenie parametru na punktach pomiarowych) oraz dużymi rozbieżnościami próbek, które po odjęciu czynnika systematycznego na punkcie nawiązania osiągnęły wartości z przedziału od +,5 cm do -5,9 cm (Operat pomiarowy Tatry 214). Może to oznaczać, iż pionowe przesunięcie nie przyjmuje wartości stałej i jest zależne od położenia punktu badawczego. Tę hipotezę zdaje się potwierdzać fakt, że im wyżej położony jest punkt, tym większe są różnice między powierzchniami. Podsumowując: państwowy model PL-geoid-211 nie uwzględnia zróżnicowania obszarów w skali mikro, Tab. 1. Porównanie współrzędnych elipsoidalnych punktu sieci geodynamicznej Tatry i Podhale AY978 otrzymanych z pomiaru GNSS w stosunku do współrzędnych katalogowych Tab. 1. Comprehension between ellipsoid coordinates of point AY978 of geodynamic Tatra and Podhale network sourced from GNSS survey and its directory coordinates Nr X [m] Y [m] Z [m] He [m] Układ 488666,524 169,259 ETRF89 169,169 ETRF2 e. 211. Dane wejściowe: AY978 3922448,46 1427418,267 Wynik po przeliczeniu na układ ETRF2: AY978 3922448,352 1427418,215 488666,465 Wysokość otrzymania z pomiaru we wrześniu 213 r.: Różnica: 169,174,5 Źródło: Opracowanie własne na podstawie: Operat pomiarowy Tatry 213. Dane wejściowe oraz wysokość normalną repera AY978 pozyskano z opracowania Wyznaczenie geoidy niwelacyjnej (quasi-geoidy satelitarnej) dla obszaru Tatr i Podhala dla sprawdzenia wcześniej wyznaczonej geoidy niwelacyjnej na tym obszarze na podstawie umowy nr CEU/56/GD/2 z 21.8.2 między GUGiK i IGiK

37 różnice między przebiegiem quasi-geoidy [m] max:,3 min: -,4 punkt osnowy geodezyjnej zakres opracowania izolinie różnic przebiegu quasi-geoid [m],25,5,75 1 km Ryc. 6. Różnice między przebiegiem na obszarze Hali Gąsienicowej quasi-geoidy wyznaczonej w 214 r. względem modelu PL-geoid-211 Fig. 6. Differences between mileage surface of quasigeoid models appointed in 214 and PL-geoid-211 in the area of Gąsienicowa Valley dlatego szczególnie na terenach o skomplikowanej budowie geologicznej i zmiennej topografii mało dokładnie opisuje przebieg lokalnej quasi-geoidy. Spowodowane jest to głównie dużym bokiem siatki interpolacyjnej i stosunkowo niewielką liczbą punktów dostosowania. Podczas korzystania z satelitarnych technik pomiarowych należy pamiętać, iż określenie precyzyjnych lokalnych modeli opisujących zależności między wysokościami elipsoidalnymi a normalnymi jest działaniem niezbędnym i koniecznym dla zachowania najwyższej precyzji pomiaru, jeśli wziąć pod uwagę cel wykonywanych prac. gotrwałe przechowywanie, prostą aktualizację i wygodne korzystanie z wszelkich zawartych w nim informacji. Próbę rozwiązania problemu podjęto poprzez stworzenie Bazy Danych Dokumentów i Znaków Geodezyjnych w Tatrzańskim Parku Narodowym (dalej: Baza Danych Osnowy Tatrzańskiej). Zbudowana została ona na systemie PostgreSQL, który uważany jest za jeden z najlepiej rozwiniętych systemów baz danych opartych na licencji Open Source. Baza przechowuje wszystkie informacje w formie tabel powiązanych kluczami relacyjnymi, dzięki czemu unika się redundancji przechowywanej treści i uzyskuje możliwość wykorzystania języka SQL w celu wykonywania sprawnej selekcji danych. System ma m.in. rozszerzenie PostGIS, które poprzez zapis geometrii obiektów pozwala wykorzystywać informacje do prowadzenia rozmaitych analiz przestrzennych. Ponadto dzięki możliwości tworzenia różnych poziomów dostępu dla poszczególnych grup użytkowników dane zabezpieczone są przed niepowołaną ingerencją. Struktura bazy oparta została częściowo na schemacie zawartym w obowiązującym rozporządzeniu Ministra Administracji i Cyfryzacji w sprawie osnów geodezyjnych, grawimetrycznych i magnetycznych (1). Konieczna okazała się jednak modyfikacja listy atrybutów, ponieważ większość operatów z prac naukowych nie spełniała wymogów Państwowego Zasobu Geodezyjnego i Kartograficznego, a specyfika obszaru nasunęła podział na lokalne regiony. Baza Danych Osnowy Tatrzańskiej pozwala użytkownikowi selekcjonować dane na podstawie atrybutów z pól: numer punktu, poprzedni numer punktu (zgromadzenie wszystkich punktów w jednej bazie wymagało nadania no wej numeracji), operat lub region (ryc. 7). Dla większej przejrzystości i ułatwienia przeglądania treści rozmieszcze nie punktów i regionów wyświetlane jest na podkładzie ortofotomapy. W wyniku wyszukiwania użytkownik otrzymuje tabele z odpowiednio sklasyfikowanymi danymi (ryc. 8). Mogą one być eksportowane do pliku tekstowego, co umoż liwia ich dalsze wykorzystanie w innych programach. Oprócz funkcjonalnego wyszukiwania baza zapewnia także sprawne wprowadzanie i aktualizację danych. Jest to możliwe poprzez import zarówno z pliku tekstowego, jak i bezpośrednio z poziomu przeglądarki internetowej. Koncepcja Bazy Danych Dokumentów i Znaków Geodezyjnych w Tatrzańskim Parku Narodowym Prace geodezyjne prowadzone przez lata na terenie TPN skutkują powstawaniem ogromnych zbiorów dokumentacji pomiarowej. Z tego względu ich wyszukiwanie i wykorzystanie w innych pracach jest bardzo trudne i cza sochłonne. Istniejący stan implikuje konieczność stworzenia kompletnej bazy danych, czyli usystematyzowane go zbioru, który umożliwiałby sprawne gromadzenie, dłu - Ryc. 7. Interfejs systemu wyszukiwania Fig. 7. Search system interface

38 Ryc. 8. Dane otrzymane w wyniku wyszukiwania Fig. 8. Data obtained from search Ryc. 9. Schemat wyświetlania danych graficznych Fig. 9. Graphical data scheme of display Aplikacja internetowa obsługująca bazę została utworzona w oparciu o dwa języki programowania PHP 5 i HTML 5 które uzupełniono językiem CSS. PHP 5 odpowiada za interaktywność systemu z użytkownikiem i jest narzędziem umożliwiającym korzystanie z serwerowych baz danych, a także wspierającym obsługę zapytań SQL. Wykorzystane we współpracy z SQL biblioteki POD chronią połączenia z bazą przed potencjalnymi atakami SQL INJUCTION. Z kolei HTML 5 pozwala stworzyć nowoczesny i przyjazny dla użytkownika interfejs. Najczytelniejszą możliwością zaprezentowania zgromadzonych danych przestrzennych jest forma graficzna. Przedstawienie w ten sposób treści zebranej w bazie umożliwia rzeczywiste odzwierciedlenie sytuacji terenowej oraz wyświetlanie informacji na różnych warstwach tematycznych. Takie operacje znacznie ułatwiają planowanie i organizację prac terenowych i kameralnych. Dodat - ko wo sy stem umożliwia podgląd nie tylko danych zawartych w bazie, lecz także danych zewnętrznych. Połączenia wszystkich elementów składających się na aplikację mapową dokonano bowiem przy wykorzystaniu bezpłat - nych i szeroko współpracujących z innymi programami i językami bibliotek OpenLayers języka JavaScript. Umożliwiają one korzystanie i pobieranie danych np. w formie rastro wej czy wektorowej z zewnętrznych źródeł, np. witryn inter netowych www.geoserver.org czy www.geo - portal.gov.pl. Warto zaznaczyć, iż dzięki wykorzystaniu bibliotek Proj4js dane rastrowe i wektorowe, które charakteryzują się różnymi odwzorowaniami i układami współrzędnych, transformowane są na bieżąco do spójnego układu (ryc. 9). Wykonywanie analiz przestrzennych możliwe jest dzięki współpracy systemu z programem QGIS. Umożliwia on wyświetlanie i analizowanie danych, a także eksport wyselekcjonowanych warstw m.in. do formatu.shp, który współpracuje np. ze środowiskiem CAD. Aktualizacja danych w bazie poprzez QGIS, dokonywana z poziomu uprawnionego użytkownika, jest prosta i nie wymaga zna jo - mości języka SQL. Połączenie programu z aplikacją bazową umożliwia również automatyczną aktualizację wpro - wadzanych zmian u innych użytkowników, co jest niezwykle pomocne przy zdalnej pracy kilku osób. Baza Danych Osnowy Tatrzańskiej została utworzona w ce - lu uporządkowania gromadzonych przez lata materiałów pomiarowych powstałych w trakcie wszelkich prac geodezyjnych prowadzonych na terenie TPN. Należy dodać, iż do chwili obecnej do bazy zaimplementowano jedynie operaty pomiarowe sporządzone podczas prac wykonywa nych przez Koła Naukowe Geodetów. Zapoczątkowane dzia łania stanowią jednak otwartą drogę do rozszerzenia przechowywanych w systemie informacji i realizacji podobnych przedsięwzięć w przyszłości. (Wszystkie informacje przytoczone w niniejszym podrozdziale za: Mazur, Wiącek i in., 214). Zakończenie W trakcie 4-letniej tradycji organizowania obozów naukowych wielu studentów geodezji i kartografii próbowało poznawać i opisywać charakter zjawisk, które zachodzą w środowisku geograficznym i przyrodniczym Tatr Polskich. Tworzone przez lata operaty pomiarowe, mimo wielu niedoskonałości, stanowią cenny materiał pozwalający analizować naturę Tatr i pokazują, jak nieograniczonym poligonem badawczym są najwyższe góry Polski. Rozporządzenia (1) Rozporządzenie Ministra Administracji i Cyfryzacji z dnia 14 lutego 212 r. w sprawie osnów geodezyjnych, grawimetrycznych i magnetycznych (Dz.U. 212, poz. 352). (2) Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 15 października 212 r. w sprawie państwowego systemu odniesień przestrzennych (Dz.U. 212, poz. 1247). Literatura Prace publikowane Banasik P., 1999, Wpływ rzeźby terenu na zmianę kierunku linii pionu na przykładzie Zrębu Sowińca w Krakowie, Geodezja. Półrocznik Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie, 5: 189 194. Czarnecki Ł., Mól P. (red), 212, Jubileusz 6-lecia działalności Kół Naukowych Geodetów AGH, Kraków, Wydawnictwo AGH.

39 Gaździcki J., 199, Systemy informacji przestrzennej, Warszawa, Państwowe Przedsiębiorstwo Wydawnictw Kartograficznych im. Eugeniusza Romera. Hlibowicki R., 1981, Geodezja wyższa i astronomia geodezyjna, Warszawa, Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Wasle E., 27, GNSS Global Navigation Satellite Systems. GPS, GLNASS, Galileo & more, Wien, Springer Wien New York. Kotarba A. (red), 1996, Przyroda Tatrzańskiego Parku Narodowego a człowiek. Tom I. Nauki o Ziemi, Kraków Zakopane, Wersalik. Makowska A., 1993, Precyzyjna niwelacja w terenach wysokogórskich [w:] Prace Instytutu Geodezji i Kartografii, 37(1 2): 84 85. Makowska A., 23, Dynamika Tatr badana metodami geodezyjnymi, Warszawa, Instytut Geodezji i Kartografii. Mazur K., Wiącek P., Zajdel R., 214, Tatrzańska Baza Os nowy. System stworzony przez studentów z krakowskiej Akademii Górniczo-Hutniczej, Nowa Geodezja w Prak tyce, 3(3): 41 46. Niedojadło Z. (red), 21, 5 lat Wydziału Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska. 1951 21. Rys historyczny, Kraków, Geokart-International. Skórczyński A., 2, Niwelacja trygonometryczna w pomiarach szczegółowych, Warszawa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Prace niepublikowane 212, Operat pomiarowy część A. Wykonanie modelu stożka piargowego pod Skrajną Turnią skaning laserowy, Ko cierz R., Szymańska M., Pogorzelec K., WGGiIŚ, AGH, Kraków. 213, Operat z obozu naukowego Tatry 213 zrealizowanego w dniach 2 13.9.213 r. w rejonie Morskiego Oka, Doliny Jaworzynki i Hali Gąsienicowej, Kaczmarczyk P., Kocierz R., Krystek P., Kwak S., Mazur K., Motyl Ł., Nie wiem W., Pałka P., Pogorzelec K., Pu - zia A., Szlapińska S., Wiącek P., Zajdel R., WGGIiŚ, AGH, Kraków. 214, Operat Tatry 214 część B. Synchroniczna niwelacja trygonometryczna, statyczne pomiary satelitarne GNSS, wyznaczenie przebiegu lokalnej quasi-geoidy na obszarze Hali Gąsienicowej, Daroch M., Garncarz A., Grabowska A., Guzy A., Kocierz R., Mazur K., Zajdel R., WGGiIŚ, AGH, Kraków.