6. VÍZSZINTES ÉS MAGASSÁGI RÉSZLETMÉRÉS

163

6. VÍZSZINTES ÉS MAGASSÁGI RÉSZLETMÉRÉS

6.1. A tahimetria alapelve Felmérés és kitűzés végrehajtásához irányok és távolságok mérésére van szükség. Az irányok mérése nem okozott nehézséget, de a hosszmérés könnyen és gyorsan csak sík és akadálymentes terepen valósítható meg. Meredek terepen a hosszméréshez már egyéb mennyiségeket is meg kell mérni ahhoz, hogy a mért ferde távolságokból vízszintes távolságokat képezzünk. Márpedig a számítások és a térképezés elvégzésekor első megközelítésben csakis vízszintes – ténylegesen vetületre redukált – távolságokra van szükség. A hosszmérés nehézségei a műszergyártókat arra ösztönözték, hogy olyan műszereket fejlesszenek ki, amelyekkel könnyebben meghatározhatók akár nagyobb távolságok is. A mai korszerű műszerekkel és szoftverekkel már lehetőség nyílik arra, hogy térben tervezzük meg a műszaki létesítményeinket. Ehhez térbeli koordinátákat kell előállítani irány, vízszintes távolság és magasságkülönbség mérésével. Ezt megtehetjük a vízszintes és magassági részletmérés különválasztásával is. Ekkor az előző kötetben ismertetett módszereket, valamint a magassági részletméréshez a szintezést alkalmazzuk. Ezek a munkafázisok elkülönülnek egymástól, ezáltal több időt vesznek igénybe, valamint a mérés dokumentálása papír alapanyagú. A mai műszerekkel megoldható a digitális adattárolás, de különböző formátumban jelennek meg a vízszintes és magassági adatok, ezért a további feldolgozáshoz a mérési állományok konvertálása szükséges. Ez pedig ismét időbe és munkaerőbe kerül. Ennél sokkal jobb megoldás, ha a három mennyiséget egyazon műszerrel és egyszerre határozzuk meg, ezáltal még a pontok különböző időpontban történő azonosításából származó hiba is kiküszöbölhető. Ezt a módszert összefoglaló néven tahimetriának (gyorsmérésnek) nevezzük, amely vegyes felvételi eljárás, segítségével a pontok térbeli poláris koordinátáit határozzuk meg.

164

VÍZSZINTES ÉS MAGASSÁGI RÉSZLETMÉRÉS

A bemérendő pont térbeli helyzetét (6.1. ábra) egyértelműen meghatározza az AB kezdőirány és az ismeretlen P ponton átmenő irányok által bezárt törésszög (φP), az A és P pont távolsága (tAP) valamint a P pont A ponthoz viszonyított magasságkülönbsége (m). B

A

φP tAP

P m

6.1. ábra. A tahimetria alapelve A távolság meghatározása korábban optikai úton valósult meg, később távmérőket használtak, napjainkban már mérőállomásokat alkalmazunk, melyeket később részletesen ismertetünk. Az optikai távméréshez tahiméterléceket, a mérőállomással történő távolság meghatározáshoz pedig fényvisszaverő prizmát alkalmazhatunk.

6.2. Egyszerű, állandó száltávolságú tahiméter, redukáló tahiméter 6.2.1. Egyszerű, állandó száltávolságú tahiméter Egyszerű tahiméterként használhatunk bármilyen teodolitot vagy szintezőműszert. A távcsőbe tekintve olyan szálkeresztet látunk, amelynek egy függőleges és három vízszintes szála van (6.2. ábra). A középső szál hosszú, a felső és az alsó szál rövidebb, s a rövidebb szálak a középső száltól egyforma távolságra helyezkednek el. Az ilyen műszereket állandó száltávolságú tahimétereknek nevezzük. Fekvőtengely z

H

Távmérő szálak J

z

6.2. ábra. Egyszerű, irányszálas tahiméter távcsövének felépítése és látómezeje

EGYSZERŰ, ÁLLANDÓ SZÁLTÁVOLSÁGÚ TAHIMÉTER …

165

A tahimetria mérési elve (6.3. ábra) az optika alapegyenletén, valamint a szálak távolsága és a leolvasások arányain alapul: 1 = 1 +1, f D d z = l2 - l1 d D , ahol D a tárgytávolság, d a képtávolság, f az objektív fókusztávolsága, z a szálak távolsága, l1 és l2 a két leolvasás. Az első egyenlet az optika alapegyenlete, a második pedig hasonló háromszögeken alapul. A két egyenletet D-re rendezve: D = f+

f $ ^l - l h . z 2 1 D

d a

z

l2

H

J l0 t

l1

6.3. ábra. A tahimetria mérési elve A két pont távolsága: t = a+D = a+f+

f $ ^l - l h . z 2 1

Az összefüggésben az a + f érték a műszer összeadó-, az f / z hányados a műszer szorzóállandója. A régi tahiméterek összeadó- és szorzóállandóját a műszer dobozában tüntették fel. Különböző fejlesztések után, a ma használatos műszerek összeadóállandója 0, szorzóállandója pedig rendszerint 100. A tahmetriát akkor is alkalmazzuk, ha a két pont között nagy a magasságkülönbség (6.4. ábra), ennek következtében a távcső nem vízszintes, hanem azzal valamilyen magassági szöget zár be, amit a magassági körön leolvashatunk. Az irányvonalra


166

merőleges léc és a függőleges léc hajlásszöge azonos a mért magassági szöggel. A gyakorlatban a ferde távolságot a magassági szög figyelembe vételével, az alábbi összefüggéssel számítjuk ki: tf = k · (l2 – l1) · cos α, ahol k a műszer szorzóállandója. ezért tv = k · (l2 – l1) · cos α · cos α = tv = k · (l2 – l1) · cos2 α.

Mivel tv = tf · cos α,

A magasságkülönbség az álláspont és az irányzott pont között a távolság ismeretében határozható meg a műszermagasság (h), a jelmagasság, ebben az esetben a lécleolvasás (l0), valamint a ferde távolság függőleges vetületéből (b): m = h + b – l0. a)

b)

tf

L l1

H

l0

l2 b

l0

α

α h

m

MA

tv

MP

6.4. ábra. a) ferde távolság és b) magasságkülönbség meghatározása A magassági szöget figyelembe véve: b = tf · sin α = k · (l2 – l1) · cos α · sin α. A meghatározandó P pont magassága: MP = MA + h – l0 + k · (l2 – l1) · cos α · sin α. Ha a tahiméter magassági köre zenitszög szerinti számozású, akkor az α magassági szöget az alábbi összefüggésből számoljuk: α = 90º – z.

EGYSZERŰ, ÁLLANDÓ SZÁLTÁVOLSÁGÚ TAHIMÉTER …

167

6.2.2. Redukáló tahiméterek Az egyszerű irányszálas tahiméterekkel felmért pontok adatainak meghatározása időigényes és körülményes. A számítás megkönnyítésére régebben táblázatok szolgáltak. Később olyan tahimétereket szerkesztettek, amelyről a távolság, irány és magasságkülönbség már egyszerűen leolvasható. Azokat a műszereket, amelyekről legalább egy adatot közvetlenül le tudunk olvasni redukáló tahimétereknek nevezzük. A legelterjedtebbek a változó száltávolságú tahiméterek vagy más néven a diagramtahiméterek. Ezeknek a tahimétereknek az elve az, hogy az egyszerű, állandó száltávolságú tahimétereknél megismert távolság- és magasságszámítás összefüggéseit a magassági szög függvényében poláris koordináta-rendszerben ábrázolták. A műszerek látómezejében távolsági és magassági görbék találhatók, amelyekhez különböző szorzók tartoznak (6.5. ábra). –10-es szorzójú magassági görbe (lm) –20-as szorzójú magassági görbe (lm)

100-as szorzójú távolsági görbe (lt)

–10 3 –20

2

–20

1

–50

–50-es szorzójú magassági görbe (lm)

Alapgörbe (l0) 200-as szorzójú távolsági görbe (lt)

1

6.5. ábra. A redukáló tahiméter látómezeje A redukáló tahiméterek használatához ún. tahiméterlécet alkalmazunk, amelyen 1,40 m magasságban ék alakú jelölés található, itt van a lécen a 0 osztás. A méréskor a lécet állítjuk a felmérendő pontra, majd a műszer alapszálával megirányozzuk a lécen található éket. A magasságot és a távolságot a lécen olvassuk le a szálak segítségével. A mérési eredményeket jegyzőkönyvben kell rögzíteni. A tahimetrikusan felmért pontok koordinátáinak pontossága és megbízhatósága sok mindentől függ. Ilyenek az alkalmazott műszer, a részletpont és a műszer álláspontjának távolsága, a terep hajlásszöge és a légköri viszonyok. A műszer és a léc ideális távolsága 100 m, ennél nagyobb távolság esetén a leolvasás már nehézkes és pontatlan. A megbízhatóság a terep hajlásszögének és a távolságnak a növekedésével rohamosan csökken. Törekedjünk arra, hogy minél alacsonyabb szorzójú szálakat használjuk a mérés során.

168


Ha 1 mm lécleolvasási hibát megszorozzuk a szorzóállandóval (k = 100), a távolságmérés hibáját kapjuk, ami 10 cm, éppen ezért az optikai tahiméterek csak terepfelmérés céljára voltak használhatók.

6.3. Elektronikus távmérők Az előző fejezetben megismert távolságmeghatározási módszerek mind optikai úton történtek. Mint láttuk a távolság és a pontosság minden esetben határt szab a mérésnek. Számunkra viszont az az ideális, ha lehetőségünk van minél nagyobb távolságok mérésére is, akár mm–cm pontossággal. Ilyen feladat lehet például alappontok meghatározása, amikor is a felhasználandó alappontok egymástól akár több kilométer távolságban is lehetnek. Ezeket a távolságokat optikai úton nem lehetséges megmérni. Erre csak az elektronikus távmérő fejlődésével lett lehetőségünk. A másik fontos feladat a beméréskor keletkezik, hiszen az az ideális eset, ha egyetlen álláspontról minél több pontot be tudunk mérni, még akkor is, ha azok távolabb helyezkednek el. A távolságmérés első lépése az volt, amikor a műszerkonstruktőrök önálló távmérő műszereket alakítottak ki. Ezek a távmérők fizikai elven működtek (6.6. ábra), ezért is hívjuk a távmérést közvetett mérésnek, hiszen egy fizikai mennyiséget mérünk meg, és abból következtetünk a távolságra. A távmérés során a műszer elektromágneses hullámot bocsát ki. Ezt a hullámot veri vissza a távolság másik végpontján elhelyezett visszaverő berendezés. A műszer a visszaverődő jelet is veszi, majd öszszehasonlítja a kiinduló jellel. A futási idő alapján számítjuk ki a távolságot.

Adó Vevő Távolság

6.6. ábra. A fizikai távmérés elve Mivel az elektromágneses hullám kétszer teszi meg a mérendő távolságot, ezért a távmérést kétutas módszernek is nevezzük. A geodéziában használt távmérők esetében fázisméréssel (6.7. ábra) határozzuk meg a távolságokat. Ebben az esetben a kibocsátott és visszavert hullámok fázisszögét mérjük meg. Használatos még a frekvenciamérés is.

ELEKTRONIKUS TÁVMÉRŐK

λ

169 Reflektor

Adó Vevő

Δλ

D

6.7. ábra. A fázismérés elve Az elektronika fejlődésével lehetővé vált, hogy a szögleolvasás digitális módon történjen. Ezt kihasználva a távmérőket különböző módon kapcsolták össze a szögmérő műszerekkel. Először a szögmérő műszerre helyezhető távmérő műszerek terjedtek el. Ezzel elértük azt, hogy a szögmérő és a távmérő műszer állótengelye egybeesik, de az irányzást mindkét műszerrel külön-külön kellett elvégezni. Később a távmérő műszerrel való irányzást a szögmérő műszerrel oldották meg egy száloptika segítségével. A mai mérőállomások esetében a távmérő berendezés már szerves része a műszernek. Magát a távmérőt két részre osztották, és a távcső két oldalán helyezték el, így biztosítva, hogy – az egyenlő súlyelosztás miatt – a távmérő berendezés nem okoz nehézséget az irányzásnál. A műszerhez tartozó fényvisszaverő eszköz sokféle lehet. Gyakran alkalmazunk fényvisszaverő fóliákat (6.8. ábra), illetve prizmákat (6.9. ábra), esetenként pedig – ha a műszer érzékeli a természetes felületekről visszaérkező jeleket – nincsen szükség semmilyen visszaverő eszközre.

6.8. ábra. Fólia, mint jelvisszaverő eszköz

6.9. ábra. Prizma jeltárcsával és anélkül

170


A prizmákat a figyelemfelhívás miatt gyakran ellátják ráhelyezhető jeltárcsával is. A prizmákat használhatjuk akár ún. prizmabotra helyezve (ez a részletmérést gyorsítja meg), akár (egy csúcs és műszertalp segítségével) műszerállványra helyezve. Ez utóbbi változatot inkább az alappontok meghatározásánál alkalmazzuk. A prizmákat több prizmadarabból állítják össze. Az irányzáskor a prizmadarabok találkozásának középpontját kell megirányozni. A távmérést számtalan körülmény befolyásolja, és számos hiba terheli. A számunkra legfontosabb szabályos hiba az összeadóállandó, amelyet egy egyszerű mérési módszerrel meg tudunk határozni és értéket a műszerben be tudjuk állítani. Az összeadóállandó két részből tevődik össze (6.10. ábra), az egyik rész abból adódik, hogy a távmérő állótengelye és a jel kibocsátásának helye nem esik egy egyenesbe, attól kis mértékben eltér. A másik összetevője a prizmánál keletkezik, itt a jel visszaverésének helye nem esik egybe a prizma állótengelyével. Fontos megjegyezni, hogy önállóan csak távmérőre vagy csak prizmára ez a mennyiség nem határozható meg, csakis műszer és prizma párosra. Ha a megszokottól eltérő prizmát használunk, akkor erre az új prizmára vonatkozóan is meg kell határozni az összeadóállandót. Távmérő

cm

Jel kibocsátási pontja

Jel visszaverési pontja

cp

Prizma

c = cm + c p

t

6.10. ábra. Az összeadóállandó összetevői A műszer–prizma felszerelés összeadóállandóját a következőképpen határozzuk meg (6.11. ábra). Jelöljünk ki a terepen egy tetszőleges hosszúságú egyenest, melynek két végpontján állítsunk fel egy-egy műszerállványt közel azonos magasságban. A harmadik műszerállvánnyal osszuk fel az egyenest 1/3 – 2/3 arányban. A műszerállvány fejezete legyen a másik két állványfejezettel közel azonos magasságban.

ELEKTRONIKUS TÁVMÉRŐK

171

t13 + c 1

2 t12 + c

3 t23 + c

6.11. ábra. Összeadóállandó meghatározása A meghatározás első lépéseként álljuk meg a műszerrel az 1 ponton és a prizmát helyezzük a 3 pontra, majd mérjük meg a távolságot. Ezt jegyezzük fel. Következő lépésként a műszerrel álljuk fel a 2 ponton, majd mérjük meg a t1 és a t2 távolságot is. Ezeket is gondosan jegyezzük fel. Vegyük figyelembe, hogy mindhárom távolságot ugyanaz az összeadóállandó terheli. Az összeadóállandót a következő módon határozzuk meg: t + c = (t1 + c) + (t2 + c), c = t – (t1 + t2). Ha az így meghatározott összeadóállandót a műszerbe beállítjuk, akkor azzal tovább nem kell számolnunk. Ha viszont ez elmarad, akkor a mért távolságainkat ez a szabályos hiba terheli, amelyet számítással kell a mérés feldolgozásánál figyelembe venni. A műszer összeadóállandója nem állandó érték, a műszer egyes elektromos alkatrészeinek öregedése, jellemzőinek megváltozása az összeadóállandót is megváltoztatja. Ezért időszakonként ellenőrizni kell a műszer összeadóállandóját. A prizma összeadóállandója nem változó mennyiség, mivel nem tartalmaz öregedő alkatrészt, csak a prizma szerkezeti felépítésétől függ. A fent ismertetett hibák kis mértékűek, pár cm nagyságrendűek, előjelük lehet pozitív vagy negatív.

A távmérést terhelő jelentősebb hiba a szorzóállandó, amelynek kiméréséhez (6.12. ábra) alapvonal (olyan geodéziai úton meghatározott vonal, amelynek egy egyenesben lévő pontjainak távolságát szabatosan meghatározták) szükséges. A szorzóállandó azt mutatja meg, hogy a tényleges frekvencia és a gyár által megadott frekvencia hogyan viszonyul egymáshoz. A meghatározás pontossága néhány tizedmilliméter. A pontokat különleges állandósítással, általában pillérekkel valósítják meg. Egy egyenesen 5–7 pillért helyeznek el. Ilyen alapvonallal általában csak a szervizek rendelkeznek, ezért időnként a távmérőt célszerű kalibráltatni, ahol meghatározzák a műszer állandóit.

172


Δ

m c t

6.12. ábra. A szorzóállandó meghatározása A szorzóállandó meghatározása úgy történik, hogy az alapvonal távolságait (lehetőleg minden kombinációban) lemérik a vizsgálandó műszerrel. Képezzük az alapvonaltávolságok és a mért távolságok különbségét a Δk = sk – tk képletnek megfelelően. Ezután egy Δ = y és t = x matematikai koordináta-rendszerben felrakjuk az összetartozó pontokat. A ponthalmazra illeszthető Δ=m·t+c egyenes m meredeksége a távmérő szorzóállandóját adja, míg a c tengelymetszet a műszer összeadóállandója. Ezt egyszerűbb esetben grafikusan végezzük el, de ma már többnyire regressziós (kiegyenlítő) egyenesként számítjuk.

Ezeken az állandókon kívül a távmérést még befolyásolják a légkör jellemzői is (hőmérséklet, légnyomás és páratartalom), ezért azokat a mérés kezdetekor meg kell mérnünk. Lehetőség van a műszerben ezeknek az értékeknek a beállítására, és ekkor a távolságot a műszer már ezeknek a figyelembevételével jelzi ki. Ha ezt nem tesszük meg, akkor a mérési eredmények feldolgozása során kell ezeket a számításba bevonni.

6.4. Mérőállomások Az előzőekben bemutatott műszerek mind optikai vagy részben optikai műszerek. Ennek hátránya, hogy a jegyzőkönyvezés és a mérési jegyzet még mindig papír alapanyagú, ami megnehezíti a terepi munkát. Az elektronika elterjedésével ezért a műszerek optikai elemeit felváltották az elektronikus egységek, majd a technika fejlődésével a különböző célokra kialakított eszközöket egy műszerbe építették be. A mai gyakorlatban az építőipari munkákkal szemben a pontosság, gyorsaság és hatékonyság a legfőbb követelmény. Ehhez szükségesek olyan korszerű mérési eszkö-

MÉRŐÁLLOMÁSOK

173

zök is, amelyek egymással, és a feldolgozó szoftverekkel is kompatibilisek, valamint a terepi munkában hatékonyan segítik a munkavégzést. Az ilyen műszerek közül először a mérőállomásokat, azok beépített szoftvereit és tulajdonságait ismertetjük. Nem térünk ki egyetlen típusra, hiszen a szoftverek eltérőek (akár felhasználófüggők is) lehetnek. Az alábbi feladatok végrehajtását csupán általánosságban ismertetjük, mint egy-egy lehetőséget az útépítésben felmerülő problémák megoldására.

6.4.1. A mérőállomások szerkezeti felépítése Az elektronika fejlődésével vált lehetővé, hogy egyetlen, kisméretű műszerben együtt helyezzünk el egy szögleolvasó berendezést, egy elektronikus távmérőt valamint egy számítógépet, amely régebben csupán az adatrögzítést szolgálta, a mai műszerek esetében azonban már a mérési adatok feldolgozását, a koordinátaszámításokat is elvégzik, a terepen készülő mérési jegyzetet akár elektronikusan is elkészíthetjük velük, sőt, a mérést is beépített szoftverek vezérlik. Ilyen mérőállomások láthatók a 6.13. ábrán.

6.13. ábra. Mérőállomások A mérőállomások felépítése nagyban hasonlít a már megismert teodolitok felépítéséhez. Szerkezeti értelemben ezek is két fő részre – a műszertalpra és az alhidádéra – oszthatók. A műszert az állványfejezetre helyezzük, amelyhez a kötőcsavarral csatlakozik. A műszertalp kiképzése olyan, hogy lehetővé tegye a kényszerközpontosítást, vagyis az alhidádét ki tudjuk cserélni prizmára, vagy más jelre, műszerre. Előfordulhat, hogy a műszertalpon találhatunk egy szelencés libellát is, de ez típu-

174


sonként változó. Az alhidádé három ponton csatlakozik a műszertalpba, és kötőcsavarral rögzítjük. Az alhidádén általában az alábbi műszeregységek találhatók: • kötő- és finomirányzó csavarok, • kijelző- és kezelőberendezés, • optikai vagy lézeres vetítő, • csöves libella, • távcső és dioptra, • távmérő berendezés, • vízszintes és magassági kódkörök, • tápegység. Egyes esetekben lehetőség van a műszer távolról való kezelésére is, ekkor kiegészül a felszerelés egy kézi távirányító egységgel, valamint némelyik műszeren kitűzőfény is található. Lehetőség van arra is, hogy a műszerre GPS-antennát helyezzünk el, így egyszerre valósul meg az álláspont koordinátájának meghatározása, valamint a részletmérés. Ennek előnye az, hogy a két műszer állótengelye közös, így nem terheli a mérést a kétszeres pontraállás hibája sem. A szögleolvasás a mérőállomások esetében kódkörökről (6.14. ábra) való leolvasást jelent.

6.14. ábra. Kódkör A kódkörök letapogatását – a világos és sötét mezők megkülönböztetésével – általában optikai rendszerrel (6.15. ábra) végzik. Ekkor a kódköröket üveglemezen hozzák létre. Más esetben a kódköröket mágneses formában valósítják meg.

MÉRŐÁLLOMÁSOK

175 sötét sötét világos sötét sötét

Fotodiódák

Fénydiódák

6.15. ábra. Leolvasás a kódkörön A mérőállomások is érzékenyek az állótengely ferdeségére, bár annak pontos beállítása már nem szükséges, hiszen egy tartományon belül a műszer érzékeli a dőlést, számítja a dőlés értékét és javítja vele a mérési eredményeket. A dőlésérzékelők (6.16. ábra) lehetnek egytengelyűek vagy kéttengelyűek, attól függően, hogy egy irányban vagy két irányban végzik el a dőlés meghatározását. Egyirányú dőlésérzékelők esetében mindig a műszer fekvőtengelyének irányában határozzák meg a dőlést. Ez megfelel a teodolitok csöves libellái irányának.

a)

b)

6.16. ábra. Dőlésérzékelő a) függőleges és b) ferde állótengely esetén Számunkra a dőlés értéke a műszer kijelzőjén elektronikus libella formájában jelenik meg (6.17. ábra), melynek formátuma műszertípustól függően többféle lehet. Az elektronikus libellát – a hagyományos libellához hasonlóan – a talpcsavarok forgatásával lehet beállítani. A műszer legtöbbször a libella ábrája mellett a dőlés értékét is kiírja. 6.17. ábra. Elektronikus libella képe a mérőállomás kijelzőjén

176


6.4.2. Részletmérés mérőállomással A mérési munkánkat jelentősen megkönnyítik azok a programok, amelyeket a gyártók a mérőállomásokba beépítettek. Ezeket a szoftvereket két részre oszthatjuk: • standard programok, • speciális vagy felhasználói programok. A mérési munkálatok megkezdése előtt a méréshez tartozó állandókat és egyéb adatokat a műszerbe be kell táplálni. Ilyen állandók az összeadóállandó, a légköri állandók stb. Beállíthatjuk a kollimáció és indexhiba értékeit is. Adjuk meg, hogy milyen jelre történik a mérés: prizmára, fóliára vagy pedig sima felületre. Létrehozhatunk egy adatrögzítési maszkot is, attól függően, hogy az adott munkához milyen mérési adatokat szeretnénk rögzíteni. Minden mérési munkánk egy-egy mérési állományba (fájlba) kerül. Így egy műszer képes több mérési adatot is csoportosítva tárolni, illetve több munkát is elvégezhetünk anélkül, hogy kiolvasnánk a mérési eredményeket. A munka megkezdése előtt tehát egy ilyen fájt vagy egyes műszereken munkaállományt (job-ot) kell létrehozni. Adjuk meg a mérő nevét, valamint a helyszínt és a dátumot. Ezekkel az adatokkal egyértelműen azonosítottuk az állományt, akármilyen nevet adtunk is neki. Fontos, hogy a név lehetőleg ne tartalmazzon ékezetes betűket, valamint rövid legyen. A munkaállomány létrehozása után rendeljünk koordináta-jegyzéket az állományhoz. Az elvégzendő munkától függ, hogy csupán néhány alappont adatait, vagy a kitűzési koordinátákat visszük be a megfelelő menübe. A koordináták esetében minden esetben adjuk meg a pont számát (amely egyértelműen azonosítja), a vízszintes koordinátáit és a magasságát. Ezen felül a megjegyzés mezőbe beírhatjuk a pont jellegét, megjelölését stb. A későbbiek során a méréskor ebben a koordinátajegyzékben tudunk adatokat keresni, pontokat kiválasztani stb. A koordinátákat a mérőállomásba begépelhetjük, vagy az 5.5. fejezetben leírtak szerint számítógépről olvassuk be a műszerbe. Az útépítési munka során az egyik gyakori feladat a részletes felmérés. A mérőállomásokkal ilyenkor a legtöbbször poláris felmérést végzünk, melynek eredményei lehetnek irányt, távolságokat és magasságokat tartalmazó mérési jegyzőkönyvek vagy koordináta-jegyzékek. A mérés kezdetekor kiválasztjuk a munkaállományt. A következő lépés a tájékozás végrehajtása. A pontraállás után adjuk meg az alappont adatait: a pont koordinátáit válasszuk ki az előre feltöltött koordináta-jegyzékből. Ezenkívül adjuk meg a műszermagasságot, melynek akkor van szerepe, ha magassági részletmérést is végzünk. Ha ezzel végeztünk, akkor mérjük meg a tájékozó irányokat, majd a mérőállomás szoftvere elvégzi a tájékozást. Ha olyan műszer áll rendelkezésünkre, amely lehetővé teszi a grafikus kijelzést, akkor a tájékozás eredményét meg is tekinthetjük. A tájékozás után rátérhetünk a részletmérésre vagy

MÉRŐÁLLOMÁSOK

177

egyéb feladatok végrehajtására. A részletmérés első lépéseként a pontok mérése előtt adjuk meg a jelmagasságot. A legcélravezetőbb az, ha azonos jelmagasságokat használunk minden pont esetében, és csak akkor változtatunk azon, ha az feltétlenül szükséges. Így elkerülhető, hogy a műszerbe rossz jelmagasságokat vigyünk be. A különböző műszereknél lehetőség van a részletpontok kódolására, mely kódok alapján később a tervező szoftverben is azonosítani tudjuk a pont jellegét. A kódokat tartalmazhatja a mérőállomás, de létrehozhatunk magunk is kódtáblázatokat. A mérés végrehajtása rendkívül egyszerű. A prizmát helyezzük a bemérendő pontra, majd a műszerrel irányozzuk meg. A kijelzőn azonnal megjelenik a vízszintes és magassági szögérték, de a távolságot nekünk kell megmérni. A távolság lehet ferde vagy vízszintes távolság, illetve magasságkülönbség attól függően, hogy milyen adatra van szükségünk. Az adatok rögzítése után a mérési eredmények a munkaállományba kerülnek. A felmérendő részletpontokat sorra felkeresve ismételjük a fenti eljárást. A gyorsabb munkavégzés érdekében egyes műszereken egy „gyors mérés” gombot is elhelyeztek, ekkor egyetlen gomb megnyomásával megtörténik a távmérés és az adatok rögzítése is. A felmérések során gyakran találkozhatunk azzal a problémával, hogy a felmérendő terület közelében nincsen alappont. Ekkor két lehetőségünk adódik: vagy előre meghatározzuk az alappontot egy másik munkafolyamatban, vagy a részletmérés előtt szabad álláspontként (6.18. ábra) számíttatjuk a mérőállomással az új álláspont koordinátáit. Szabad álláspont esetében előfordulhat, hogy a műszerrel a mérés időtartamára létesítünk álláspontot, de azt a terepen nem is jelöljük meg, csupán a koordinátáit határozzuk meg. A szabad álláspont létesítésének az az előnye, hogy az álláspontot ott vehetjük fel, ahol az a további részletpont-meghatározás szempontjából a legkedvezőbb. 2

l1 , t , 1 ζ 1

l1 ,

1

l2 ,

t1 ,

ζ2

ζ1

2

l3, t 3, ζ3

3

l3, t3, ζ

ζ1 , t 1,

3

l1

Adott pontok Bemérendő pontok

t4

, ζ4 l 4, t 4 4

1

3

4

6.18. ábra. Szabad álláspont meghatározása Az álláspont meghatározásához legalább három irányra van szükség. Ha csak irányokat mérünk, akkor a pont meghatározását visszavezettük a hátrametszésre. Ha

178


az összes adatot meg tudjuk mérni akkor keletkezik fölös mérés, amely az ellenőrzés kiinduló adata, ezekből maradék ellentmondások számíthatók. A mérőállomás beépített programja azonban lehetővé teszi, hogy távolságok mérésével további fölös mérési adatokhoz jussunk, így a műszer a szabad álláspont koordinátáját kiegyenlítéssel határozza meg. Természetesen több adott pontot is bevonhatunk a meghatározásba. A pont koordinátáit rögzítsük a koordináta-jegyékben. A részletmérés megkezdésekor pedig a pontlistából ezt a pontot válasszuk ki álláspontként. A végrehajtáskor válasszuk a SZABAD ÁLLÁSPONT menüpontot, majd a 3D MEGHATÁROZÁS parancsot. A következő lépésként az előzőleg bevitt koordináta-jegyzékből adjuk meg azoknak a pontoknak a listáját, amelyek alapján majd az új pont koordinátáit meghatározzuk. Minden ponthoz írjuk be a jelmagasságot is, hiszen csak így lehet majd a helyes magassági adatot meghatározni. A mérendő pontok listáját fogadjuk el, majd sorra irányozzuk meg a pontokat, hajtsuk végre a mérést, és rögzítsük a mérési eredményeket az IGEN gombbal. Ha megfelelő számú mérési eredmény áll rendelkezésünkre, akkor a CALC parancs kiadásával a program kiszámítja az álláspont koordinátáit. Tekintsük meg a részleteknél a maradék ellentmondásokat. Ha valamelyik pontnál túl nagy a maradék ellentmondás, akkor azt a pontot vegyük ki a számításból, vagy mérjünk újra arra a pontra, és végezzük el újra a koordináta-számítást. Az álláspont koordinátáját tároljuk a koordináta-jegyzékben. Műszerektől függően a parancsokat más módon is kiadhatjuk, de a feladatmegoldás elve ugyanez. Hasonló problémát jelent, ha a felmérendő terület közelében van ugyan alappont, de azon nem lehetséges a pontraállás. Ekkor külpontos mérést hajtunk végre, vagyis az alappont közelében állunk fel a műszerrel. Két lehetőségünk van ekkor: meghatározzuk a külpont koordinátáit, és ezt használjuk tovább, vagy meghatározzuk a külpontosság mértékét és megjavítjuk vele a szögmérés eredményeit. A méréskor meg kell mérnünk a külpontról a központra menő irányt, valamint a külpont és központ távolságát. Ezekből a mérési eredményekből számítjuk a további adatokat.

t, ζ Álláspont

l

6.19. ábra. Külpontos mérés

MÉRŐÁLLOMÁSOK

179

A külpontosság másik esete, ha a mérendő pontot nem lehet központosan megirányozni. Ez adódhat a felmérendő terepi objektum jellegéből, vagy abból, hogy a prizmát nem tudjuk központosan a mérendő pontra helyezni. Ekkor először megirányozzuk a prizmát és távmérést hajtunk végre, majd a pontot központosan megirányozzuk, így jutunk a megfelelő irányhoz (6.19. ábra). Az adatok rögzítését csak ezután végezzük el.

Felmérési esetek a nyomvonalas létesítmények esetében Nyomvonalas létesítmények esetében a felmérésekor azt kell rögzítenünk, hogy az adott létesítménynek milyen a vízszintes és a magassági vonalvezetése. Ennek legjobb módja a hossz- és keresztszelvény felvétele. Az előző kötetben már ismertettük, hogy ezt hogyan kell végrehajtani szintezőműszerrel, de a szintezés csak akkor elegendő, ha a vízszintes méretek már adottak. Ilyen eset lehet, ha pl. a keresztszelvényt mindig a telekhatárok vonalában vesszük fel. Ez azonban nem minden esetben lehetséges, vagy esetleg nem felel meg a tervező és kivitelező által elvárt szelvénytávolságoknak. A mai gyakorlatban ezért egyre inkább a mérőállomásokat alkalmazzák a keresztszelvények felvételénél is. A szelvénypontok bemérésének gyakorlata megegyezik a poláris részletmérésnél leírtakkal, hiszen itt is irányt, távolságot és magasságot kell mérni. A különbség a mérés előkészítésében van. Először jelöljük ki a szelvények helyét. Ehhez álljunk fel a 0+000 szelvényre a műszerrel, majd mérjük fel a távolságokat. Ezután álljunk át egy alappontra, vagy létesítsünk szabad álláspontot, és a már megtanult hossz- és keresztszelvénymérés szabályai szerint végezzük el a részletmérést és rögzítsük az adatokat. A mérés során kódokkal jelöljük a részletpont jellegét, így a feldolgozás során sokkal könnyebben el tudjuk majd különíteni a mérési eredményeket. A másik gyakori felmérési feladat a kivitelezés során az építkezés előrehaladásának dokumentálása, illetve területek megadása a költségszámításokhoz. A területszámítást a terepen is elvégezhetjük, ha rendelkezünk a műszerben területszámító modullal. A részletmérésnél leírtaknak megfelelően mérjük meg a felmérendő terület sarokpontjait. A mérési eredmények rögzítése után a szoftver kiszámítja, és a kijelzőn megjeleníti a területet. Megközelíthetetlen pontok közötti távolságot ún. közvetett távméréssel határozhatunk meg. Ilyenkor célszerű a műszert prizma nélküli üzemmódba állítani. A program indítása után irányozzuk meg a mérendő távolság két végpontját, rögzítsük a mérési eredményeket, majd ezek alapján a szoftver kiszámítja a távolságot. Több pont távolságának meghatározása esetén a távolságokat számíthatjuk a pontok sorozatának megfelelően, vagy mindig az első ponthoz képest is. Elérhetetlen magasságok esetében közvetett magasságmérést hajtunk végre. A program indítása után a mérendő pont alatt helyezzünk el egy prizmát és vigyük be

180


a jelmagasságot a műszerbe. Első lépésként végezzünk távmérést a prizmára, majd csak magassági forgatással irányozzuk meg a mérendő pontot. A kijelzőn megjelenik a mérendő pont magassága.

Kitűzés mérőállomással A kitűzés megkezdése előtt az irodai előkészítést kell elvégezni. Ez azt jelenti, hogy kiszámítjuk, vagy a tervről leolvassuk a kitűzendő pontok koordinátáit, majd a munkaállomány létrehozása és megnyitása után a kitűzésikoordináta-jegyzéket átolvassuk a mérőállomás memóriájába. A terepen a mérést pontraállással kezdjük egy adott koordinátájú ponton (válasszuk ki a koordináta-jegyzékből ennek a pontnak az adatait), majd ezután elvégezzük a tájékozást. A későbbi ellenőrzésekhez jegyezzük fel a tájékozó irányra történő leolvasást. Ennek a kitűzés során van szerepe, ha meghatározott számú pont kitűzése után ismét megirányozzuk a tájékozó irányt, akkor közel a feljegyzett irányértéket kell leolvasnunk. Ha nem ezt az értéket kapjuk, akkor előfordulhat, hogy a mérés közben állványelcsavarodás vagy más hiba történt. Ekkor az utolsó megfelelő ellenőrzés után kitűzött pontokat újra ki kell tűznünk. A kitűzés megkezdésekor válaszuk ki a bevitt kitűzésikoordináta-jegyzékből a kitűzendő pontot. Ezután a prizmát vigyük a kitűzendő pont végleges helyének közelébe. Első mérés előtt csupán csak megbecsülni tudjuk, hogy hol is lesz a kitűzött pont. Végezzük el az irány-, táv- és magasságmérést. A műszer kétféle eltérést (6.20. ábra) írhat ki a kitűzendő pont helyzetéthez képest: irány- és távolságeltérések, vagy koordináta-eltérések. A kijelzett értékek alapján módosítsuk a prizma helyzetét, és végezzük el újra a mérést. Ezt a műveletet mindaddig folytatjuk, amíg a kijelzett kitűzési eltérések a hibahatáron belül nem esnek. Ekkor rögzítsük az adatokat, hiszen a kitűzést dokumentálni kell, az eltérések megadásával együtt. N ΔE Δa

Δb

Δt

a

b

ΔN

Δl

E

6.20. ábra. Kitűzési eltérések értelmezése

TÉRSZKENNEREK

181

A kitűzést és annak dokumentációját az építési naplóhoz is mellékelni kell. A kitűzést megkönnyíti, ha a műszernek van kitűzőfénye, ekkor a prizmát tartó figuráns könnyebben megtalálja a megfelelő irányt, és a kitűzés időtartama lecsökkenhet. A szervomotoros mérőállomásokkal még gyorsabb lehet a kitűzés, mert a kitűzendő pont kiválasztása után a műszer automatikusan a megfelelő irányba fordul.

6.4. Térszkennerek A mérőállomások fejlődésének újabb lépése a mérés felgyorsítása, akár másodpercenként több ezer pont koordinátájának meghatározása. Erre részben a térszkennerek, részben az ún. képalkotó mérőállomások (6.21. ábra) szolgálnak. A térszkennerek és a képalkotó mérőállomások terek, helyszínek épületek teljes digitalizálására szolgálnak, pontfelhő rögzítésével. A képalkotó mérőállomások a méréskor rögzítik a megmért pontok koordinátáit, valamint a terepről felvételt készítenek. A fénykép előnye, hogy minden olyan pontot rögzít, amelyet nem mértünk meg, de a képek kiértékelésével ezek alapján további pontok koordinátái is meghatározhatók. A mérés közben a műszer kijelzőjén már megjelennek a megmért pontok, illetve a kijelzőn a mérési eredményekkel együtt megjelenik a fénykép is (6.22., 6.23. ábra). 6.21. ábra. Képalkotó mérőállomás

6.22. ábra. Megmért pontok a képalkotó mérőállomás kijelzőjén (Topcon IS)

6.23. ábra. Megmért pontok, vonalak, felületek megjelenítése saját rétegükön

182


A képalkotó mérőállomás fényképek segítségével támogatja a pontos irányzást, átnézeti kép készítését, illetve a térképi megjelenítést. A felvételek készítésével igazolható a későbbiekben is a méréskori terepi állapot. Pontfelhő (6.24. ábra) alatt a felmérendő tereptárgy összes olyan pontját kell érteni, amelyet a műszerrel rögzítünk. A mérés közben a műszer egy-egy függőleges síkban dolgozik, melynek összes lényeges pontját rögzíti. A későbbi feldolgozás során szoftverek segítségével lehetséges azokat a pontokat kiválasztani, amely számunkra tartalommal bír. A módszer előnye, hogy az összes terepi adatot rögzíti, így a mérés többféle munkához is felhasználható, illetve az, hogy nincs szükség pótmérésre.

6.24. ábra. Pontfelhő Képek és a mérési eredmények felhasználásának folyamatát a 6.25. ábrán látható képsorozat mutatja be.

a)

b)

c) d) 6.25. ábra. Képek és a mérési eredmények felhasználásának folyamata. a) pontfelhő, b) DTM, c) felületmodell, d) képfelhasználás

MŰHOLDAS HELYMEGHATÁROZÁS

183

6.6. Műholdas helymeghatározás A GPS (Global Positioning System) olyan helymeghatározó rendszer, amely műholdakra történő távolságmérésen alapul. A távolságokat a rádióhullámok futási idejének méréséből határozzuk meg. A GPS elnevezés mellett használatos a GNSS(Global Navigational Satellite System) rendszer kifejezés is. Ez egy általánosabb kifejezés, magába foglalja az összes kiépített helymeghatározó rendszert. A GNSSrendszernek több alrendszere van. • Műholdak alrendszere alatt az alaprendszereket alkotó műholdak rendszerét, geometriáját, a műholdakat követő földi állomásokat kell érteni. A műholdakat jellemzi a pályamagasság, a keringési idő és a műholdak pályájának hajlása az egyenlítőhöz képest. A követőállomások feladata a műholdak pálya- és órakorrekcióinak meghatározása, valamint a korrekciók eljuttatása a műholdak fedélzetére. • Kiegészítő rendszerek. • Felhasználók, akik rendelkeznek a műholdakról érkező jelek vételére alkalmas vevővel. A felhasználók rögzíthetik az adatokat későbbi feldolgozásra, vagy azokat azonnal felhasználják munkájukhoz. Ezenkívül az adatok alapján számításokat végezhetnek, monitoringrendszereket üzemeltethetnek. Az adatok feldolgozásához speciális szoftvereket alkalmaznak, amely alkalmas vektorok meghatározására, kiegyenlítésére, különböző vetületi és koordináta-rendszerek közötti transzformációkra. A globális navigációs műholdas rendszer a következő előnyökkel rendelkezik a hagyományos földi technológiákkal szemben: • a föld felszínén vagy annak közelében bárhol alkalmazható, • a felhasználók száma korlátlan (akár ugyanabban az időpontban is), • a rendszer automatikusan működik, nincs szükség a felhasználó állandó beavatkozására, • mozgás közben is alkalmazható, így lehetőség van jelenségek megfigyelésére és nyomon követésére, • abszolút és relatív helymeghatározást is lehetővé tesz.

184


6.6.1. A GNSS-alaprendszerek, és jellemzésük GPS: az amerikai nemzetvédelmi minisztérium által létrehozott alrendszer, 24 db műholdból áll, amelyek 6 Föld körüli pályán keringenek. Az átlagos pályamagasság 20 240 km, keringési idő 12 óra, az inklináció 55°. A rendszer létrehozásának célja, hogy a Föld bármely pontjáról látható legyen legalább négy olyan műhold, amelyek minimum 15°-kal a horizont fölött vannak. A GPS-műholdaknak több generációja ismert, minden műhold két frekvenciát állít elő. A rendszernek 5 földi követőállomás is a része, melyek az egyenlítő mentén helyezkednek el. A tervezett 24 műhold helyett rendszerint kb. 30 üzemel, és földi követőállomás is már jóval több van, mint az induló 5! Glonass: az orosz navigációs rendszer kiépítése – akárcsak az amerikai – katonai és polgári céllal jött létre. A rendszert szintén 24 műhold alkotja, melyek 8 pályán keringenek a Föld felszíne felett 19 100 km magasságban. Az inklináció 65°. A rendszerhez 8 földi követő állomás is tartozik, amelyek központja Moszkva közelében van. A Glonass-rendszer rendszer-ideje és koordináta-rendszere eltér a GPS-rendszerétől. Pejtou (Beidou): kínai üzemeltetésű műholdas navigációs rendszer, melynek angol neve Compass, azaz iránytű. Az első műholdakat (5 db geostacionárius műhold) 2003-ban állították pályára, összesen 35 db műholdat terveznek pályára állítani. A rendszer üzembe állítását 2015-re tervezik, amely kompatibilis lesz a már működő rendszerekkel is. Galileo: európai, polgári célú rendszer. A rendszert az Európai Unió és az Európai Űrhajózási Ügynökség közösen üzemelteti. Az első műholdat 2005-ben lőtték fel. A rendszer, ha teljesen kiépül, 30 műholdból áll majd, amelyek közül 3 műholdat tartaléknak terveztek. A műholdak három pályán keringenek, amelyek inklinációja 56°. A pályamagasság 24 000 km. A rendszerhez tartozik majd két vezérlő központ és 19 követőállomás is. A tervezett szolgáltatások a következők: • tömeges igényeket kielégítő helymeghatározó szolgáltatás, • navigációs szolgáltatás, • kereskedelmi szolgáltatás, • közbiztonsági szolgáltatás, • életvédelmi szolgáltatás. Az eredeti tervek szerint a rendszer 2008-tól teljes kiépítettséggel üzemelne, jelenleg (2011) azonban a második (kísérleti) műholdnál tartunk.


185

6.6.2. A műholdas helymeghatározás elve, a pontosságot terhelő hibák A műholdas helymeghatározás a térbeli ívmetszésen alapul. A síkbeli ívmetszést a 4. fejezetben ismertettük. A térbeli ívmetszés ettől abban tér el, hogy 3 db, a térbeli koordináta-rendszerben ismert pontra van szükségünk. Ezeket az adottnak tekintendő pontokat a műholdas helymeghatározás esetében a műholdak jelentik. A műholdak koordinátáit pontosan ismerjük, hiszen azokat maguk a műholdak közlik, amikor navigációs üzeneteket is sugároznak a mérési adatok mellett. A meghatározandó pont a Föld felszínén helyezkedik el. Ha ismerjük a műholdak ismeretlen ponttól való távolságát, akkor az így kapott három gömb metszéspontjaként meghatározható az ismeretlen pont koordinátája. A gömbök középpontjai a műholdak, a sugaruk pedig a meghatározandó pont és a műholdak távolsága (6.26. ábra). A levezetésből látható, hogy az ismeretlen pont egyértelmű meghatározásához legalább 3 ismert pont, azaz műhold szükséges. A mérés során a műhold és a vevő távolságát mérjük meg a jel futási ideje alapján. A futási idő méréséhez a műholdon és a vevőben is egy-egy, egymással szinkronban lévő órát helyeztek el. A műholdak atomóráit összehangolták, de a vevőkben olcsóbb órát helyeztek el, amelynek ideje eltér kis mértékben a műholdakétól, ebből adódik az órahiba. Ennek az órahibának a kiküszöbölésére van szükség a negyedik műholdra. A vevő órahibája mindegyik távolságot egyformán terheli. Ez a mennyiség hasonló a mérőállomások fejezetben megismert összeadóállandóhoz.

6.26. ábra. A műholdas helymeghatározás geometriai elve Természetesen több műhold adatait is felhasználhatjuk. Ehhez bonyolult matematikai összefüggésekre van szükség, az ismeretlen pont koordinátáinak meghatározása kiegyenlítő számítással történik. A GPS-vevő pozícióját a WGS 84 koordináta-rendszerben határozzuk meg, amelyben a három koordináta az ellipszoidi földrajzi szélesség, az ellipszoidi földrajzi hosszúság és az ellipszoid feletti magasság. Ezeket a

186


koordinátákat az országos koordináta rendszerbe – esetünkben az EOV-rendszerbe – transzformációs paraméterek, közös pontok és matematikai egyenletek segítségével tudjuk átszámítani. Ezeket a számításokat a korszerű műszerek már a terepi mérés során elvégzik, így a kijelzőn már a számunkra értelmezhető adatok jelennek meg. Az órahibán kívül más hibaforrások is terhelik a helymeghatározás pontosságát. Ilyenek a légkör miatt keletkező hibák: ionoszférikus és troposzférikus hibák. Ezek a hibák a légrétegek torzító hatásából keletkeznek. Ezért határozták meg, hogy a 15°-nál alacsonyabban látható műholdakat a helymeghatározáskor nem vesszük figyelembe. A másik jelentős hiba a többutas terjedés, amikor a vevő nemcsak a műholdról érkező jeleket érzékeli, hanem azokat is, amelyeket egy nagyobb felület visszaver. Fontos még a műhold-geometriából eredő hiba, ugyanis a pontosságot meghatározza, hogy az ismeretlen pontnál metsződő irányok milyen szöget zárnak be egymással. Jó a geometria, ha a meghatározó műholdak a térben egyenletesen helyezkednek el, gyengének tekintjük a geometriát, ha a meghatározó műholdak a tér egy szűkebb részén találhatók.

6.6.3. A GPS-mérések típusai A GPS-méréseket több szempont szerint is csoportosíthatjuk. A helymeghatározás viszonyítási rendszere szerint végezhetünk abszolút vagy relatív helymeghatározást, melyek fogalmát az előző kötetben már ismertettük. A mérés és a feldolgozás egyidejűsége szerint létezik az ún. utófeldolgozásos technológia (ekkor a mérés és a feldolgozás időben elkülönül, a mérés eredményeit később dolgozzuk fel), illetve a valós idejű feldolgozás (ekkor a mérési eredmények feldolgozása a méréssel azonos időben történik). Ez utóbbi feldolgozási módszer egyre inkább előtérbe kerül. A vevőkészülékek mozgása alapján megkülönböztetünk statikus és (fél)kinematikus módszert. Mérések alatt minden esetben vektorok meghatározását értjük. A vektor kiinduló pontja lehet egy permanens állomás, egy adott ponton álló bázis vevő, vagy több ponton álló bázis vevők, azaz a vektort egy már ismert ponthoz viszonyítva határozzuk meg.

Statikus mérések Hagyományos statikus mérést alkalmazunk akkor, ha nagypontosságú meghatározásra vagy hosszú vektorok meghatározására van szükség. A több órás mérési időre a fázis-többértelműség feloldása miatt volt szükség. A fázis-többértelműség a GNSS-vevő és a műhold közötti távolságra eső vivőhullám egész ciklusszámának bizonytalansága. Vektorok mérésénél legalább két vevő szükséges, de elterjedtebb, hogy több vevőt egyszerre alkalmazunk. A mérés geometriai elrendezése lehet poláris (6.27.a) ábra),


187

amikor az egyik vevő folyamatos mérést hajt végre a referenciaponton, és ehhez viszonyítva határozzuk meg a vektorokat. Hálózatszerű elrendezéskor (6.27.b) ábra) a vevők egyidejű mérésére van szükség úgy, hogy a mérésünket mérési periódusokra bontjuk, ügyelve arra, hogy a hálózatrészek kapcsolódjanak egymáshoz, valamint a mérés feldolgozása egy hálózatként történjen. 2

3

2

A

C

A 1

4

B

1

a)

3

b)

6.27. ábra. a) poláris és b) hálózatszerű mérési elrendezés Hazánkban a leggyakrabban alappontok meghatározására a gyors statikus mérési módszert (6.28. ábra) alkalmazzák. Referenciapontként felhasználhatjuk az OGPSH pontjait. Az egyik vevőt a referenciaponton állítjuk fel, amely folyamatos mérést végez. A másik vevővel felkeressük a meghatározandó pontokat. Az új pontokon való mérési időt a vevő típusa, a meghatározandó vektor hossza és a vevő által látható műholdak száma határozza meg. Ennél a mérésnél referenciapont helyett használhatjuk egy permanens állomás adatait is, ekkor a vektor kiinduló pontja a permanens állomás. Az állomás adatait a feldolgozáshoz RINEX fájlformátumban kapjuk meg. Ebben az esetben utófeldolgozás valósul meg. Előfordulhat, hogy a mérési terület közelében nincs megfelelő referenciapont. Ekkor a bázisként alkalmazandó vevőt egy ismeretlen ponton állítjuk fel, majd ennek a pontnak a koordinátáit határozzuk meg, ezt követően a többi pontot ehhez a ponthoz viszonyítjuk. Ekkor azonban nekünk kell gondoskodni a transzformációhoz szükséges közös pontokról, amelyek lehetőleg a munkaterület közelében legyenek és egyenletesen helyezkedjenek el. 2

A

3

1

6.28. ábra. Gyors statikus mérés

188


Kinematikus mérések Kinematikus mérés esetében egy álló vevőhöz képest – amely a referenciaponton áll – határozunk meg vektorokat úgy, hogy egy másik vevő mozog. Félkinematikus mérés (6.29. ábra) esetében a mérés megkezdésekor egy referenciapontot telepítünk. Ez lehet előre meghatározott alappont, vagy akár egy ismeretlen pont is. Ismeretlen referenciapont esetében a mérés során keressünk fel OGPSHpontokat is. A meghatározandó pontokat a mozgó vevővel rendre keressük fel. A mérendő pontok között folyamatos a jelvétel, de a meghatározandó pontok egymástól elkülönülő pontok, adatok rögzítése csak ott történik. A feldolgozás ebben az esetben utólagos. Referenciapont ebben az esetben is lehet permanens állomás. Ezt a mérési módszert nevezik Stop and Go technológiának is. 1

2 5

B

3 4

6.29. ábra. Félkinematikus mérés Napjainkban részletpontok mérésére már a valós idejű kinematikus mérési módszert alkalmazzák (RTK-módszer). Az RTK előnye, hogy nincsen szükség összelátásra, lehetőségünk van azonnali terepi ellenőrzésre, rövid a mérési időtartam, lehetőség van kitűzésre, vagy jelenségek nyomonkövetésére. RTK-mérések esetében használhatunk akár egyetlen vagy több bázist is. Az RTK-technológiához (6.30. ábra) a következők szükségesek: • GPS-vevő és antenna, • a vevőbe épített RTK-szoftver, • rádiókapcsolat, • adatbeviteli lehetőség, • a mozgó vevő legyen ellátva antennatartó rúddal és kézi vezérlőegységgel. A méréskor a referenciaállomás és a mozgó vevő ugyanazokat a műholdakat érzékeli. Hatékony méréskor legalább 5 műholdra van szükség megfelelő geometriával. A


189

referenciaállomás rádiókapcsolat útján küldi a mérési adatokat a mozgó vevőhöz. A mozgó vevő a méréseket valós időben feldolgozza, és rövid időközönként kiszámítja a referenciaállomáshoz viszonyított vektort. A fázis-többértelműség feloldása inicializálással történik, ami nem más, mint egy helyben történő mérés egy-két percig. A meghatározott vektort WGS 84 rendszerben kapjuk meg, majd azokat tetszés szerinti rendszerbe transzformálhatjuk.

Rádiókapcsolat Referencia

Mozgó vevő

6.30. ábra. Az RTK-technológia elve Részletmérés esetén az észlelő az antennarúddal pontról-pontra bejárja a terepet, hogy meghatározza a pontok koordinátáit. A mérés pontonként csak pár másodpercig tart. A kezelőegység kijelzőjéről a mérést végző valós időben, megfelelő koordináta-rendszerben olvashatja le a koordinátákat, ellenőrizheti a pontosságot, valamint rögzítheti az eredményeket. A bevitt adatokat a mérés végeztével az irodában kiolvassuk, és további feldolgozásra készítjük elő. Részletméréskor kihasználhatjuk a szoftverek további lehetőségeit is, mint például a MEGKÖZELÍTHETETLEN PONTOK BEMÉRÉSE menüt, ahol az ismeretlen pont koordinátáit kiegészítő mérésekre támaszkodva határozza meg a szoftver. A kitűzés a részletmérés fordítottja. A kitűzés előkészítéseként vigyük be a műszerbe a kitűzendő koordinátákat. A terepen a kijelzőt figyelve az irány és a távolság figyelembe vételével keressük fel, majd jelöljük meg a kitűzött pontokat. A folyamatos kinematikus módszert gyakran alkalmazzák mozgó járművek helyzetének meghatározásához. A módszer egyik fontos alkalmazása a fotogrammetriai légi felvételek készítése, ahol a külső tájékozási elemeket határozzuk meg folyamatos kinematikus méréssel. Ekkor diszkrét pontok helyett útvonalat rögzítünk. Ez úgy valósul meg, hogy folyamatosan, rendkívül rövid időközönként rögzítjük az adatokat az eltelt idő függvényében. Az RTK-mérés esetében csupán a szükséges pontokat rögzítjük, a közöttük megtett útvonalnak nincs jelentősége.

190


6.6.4. A GPS-műszer felépítése A műholdas helymeghatározó műszerek (6.31. ábra) hardverelemei – típustól függően – a következő főbb elemekből állnak: • műszertalp és csúcs, • antenna, • adatrögzítő, • rádió, • antennabot, • adatbeviteli egység. A műszer használata rendkívül egyszerű. A statikus mérésekhez a műszertalpat a műszerállványhoz rögzítjük, majd a csúcs segítségével felhelyezzük az antennát. Az antenna – típustól függően – zárral vagy menetes kapcsolattal rögzíthető. Ha szükséges, a mérés indítható adatbeviteli egység nélkül is, akkor azt a későbbiek során adatkábellel csatlakoztathatjuk a vevőhöz (adatkiolvasás vagy paraméterek beállítása esetén). Ugyanilyen technikával rögzíthetjük a vevőt az antennabotra is. Kinematikus mérés esetén az adatkezelő egységet kábellel csatlakoztassuk a vevőhöz. Az adatok rögzítése memóriakártyára történik, melyről az adatokat kártyakiolvasóval vihetjük át a számítógépre.

6.31. ábra. GPS-vevőpár A feldolgozáshoz a gyártók különböző szoftvereket készítettek, melyek képesek fogadni a műszer adatformátumában készült adatokat. Ezenkívül a GPS-techno-

FOTOGRAMMETRIA ÉS TÁVÉRZÉKELÉS

191

lógiánál is létezik egy egységes, semleges adatcsere-formátum, amelyet RINEXformátumnak nevezünk. Az ilyen állományokat bármely műszer képes előállítani és bármely feldolgozó szoftver képes fogadni. A RINEX-formátumból szoftver nélkül is ki tudunk adatokat olvasni. A mai GPS-műszerek már képesek több rendszer műholdjainak adatait is venni, így a mérés során több adathoz jutunk, illetve a műholdak geometriájából adódó hiba is könnyebben kiküszöbölhető.

6.7. Fotogrammetria és távérzékelés 6.7.1. A fotogrammetria alapjai A fotogrammetria a távérzékelt felvételek kvantitatív kiértékelésén alapuló eljárás. A „fotogrammetria” tudománya a földfelszín, illetve különféle objektumok (pl. épületek) helyzetének és alakjának fényképek alapján történő nagy pontosságú meghatározásával foglalkozik. Segítségével a méretek meghatározása tehát nem közvetlenül a terepen, hanem a fényképek utólagos kiértékelésével történik. A fotogram + metria szóösszetétel jelentése: fénykép mérés. A fényképfelvételek centrális vetítéssel készülnek, vagyis a képet a tér egy nevezetes pontján – a vetítési centrumon – áthaladó vetítősugarakkal állítjuk elő. Centrális vetítés esetében a tárgy minden egyes pontjára olyan egyenest – vetítősugarat – illesztünk, amely átmegy a vetítés középpontján is. A vetítősugarak összessége a sugárnyaláb, amelyet egy vízszintes síkkal elmetszve megkapjuk a tárgynak a képsíkra vetített képét. A képet létrehozó sugárnyalábot képalkotó sugárnyalábnak nevezzük. A centrális vetítést alkalmazzuk a felvételek készítésén kívül a felvételek kiértékelésekor is. A centrális vetítéssel létrehozott képet a mérőfénykép hordozza. A fotogrammetriai kiértékelés feladata, hogy a tárgy- és képkoordináták közötti kapcsolatot megteremtse és ez alapján készítsen térképet, vagy jusson attribútumadatokhoz (fotointerpretáció). A 6.32. ábrán a tér O-val jelölt pontja a vetítés középpontja, H a képfőpont (ahol a felvételi tengely döfi a mérőfénykép síkját), c a kameraállandó (a mérőfénykép távolsága a felvételi középponttól), M pedig a képközéppont (a keretjeleket összekötő egyenesek metszéspontja). A fotogrammetriát a feldolgozandó képanyag szerint és a kiértékelő eszközök szerint csoportosíthatjuk:

192


Analóg fotogrammetria: analóg képek kiértékelése analóg műszerekkel. Az analóg műszerek optikai–mechanikai elemekből felépített eszközök, amelyek alkalmasak a centrális projekció megoldására, vagyis a felvételkori sugárnyalábot az analóg műszerrel állítjuk vissza a kiértékelés időtartamára. A műszerekkel előállítható a mérendő terület kicsinyített modellje, a térmodell. A műszerek jelentős részét ellátták a mérési eredmények digitális rögzítésére alkalmas perifériákkal. Analitikus fotogrammetria: analóg képek kiértékelése analitikus műszerekkel. Ezen műszerek legkorszerűbb megvalósításai az úgynevezett analitikus plotterek, melyek a képpár kiértékelését, a parallaxisok mérését számítógépes irányítás mellett végzik. A felvételkori sugárnyalábot a kiértékelés időtartamára matematikai egyenletekkel hozzák újra létre. Az eszközökhöz számos kiegészítő berendezés és szoftver kapcsolódhat. Digitális fotogrammetria: digitális képanyag kiértékelése digitális eszközökkel. A digitális képek kiértékelése általában speciális, sztereó látást biztosító hardvereszközökkel, és nagyon sok funkciót automatizáló szoftverekkel történik, melyeket együtt digitális fotogrammetriai munkaállomásnak (angolul Digital Photogrammetric Workstation – DPWS) nevezünk. A feldolgozás ennek köszönhetően rendkívül gyors. A mérés pontosságát nagymértékben a digitális kép felbontása határozza meg (pixelméret-probléma). Felvételi hely alapján beszélhetünk földi, légi vagy űrfotogrammetriáról, a felhasznált felvételek száma szerint pedig beszélhetünk sík- vagy térfotogrammetriáról. Térfotogrammetria esetében kihasználjuk, hogy a két kép alapján történő kiértékeléskor a terepről, vagy tereptárgyról mélységi információkat is kapunk. A fotogrammetia speciális alkalmazásai: • igazságügy, • építészet, • ipari alkalmazás, • régészet, • orvostudomány. A fotogrammetria alkalmazásának néhány előnye: • a felvételkori valós helyzetet ábrázolja, • nagy területeket lehet egyszerre felmérni, • képes gyors lefolyású folyamatokat rögzíteni, • a mérés nem a terepen történik, • a felvételek több feladathoz is felhasználhatók.


193

O (x0, y0, z0) c z M z0

ζ P’ (ζ, η) η

P (x, y, z)

y x0 y0 x

6.32. ábra. A tárgy- és képkoordináták közötti kapcsolat Bár a célunk az, hogy a mérőfénykép kiértékelésekor torzulásmentes térképet hozzunk létre, centrális vetítés esetén a kép torzulásokat tartalmaz. A képsíkon létrejövő torzulásokat perspektív torzulásnak nevezzük, amely a kép dőléséből adódik. Torzulást okoznak a képen a terep magasságkülönbségei is (6.33. ábra).

Kép Képsík Vetítési középpont

Terep Ortogonális vetítés Térkép síkja

6.33. ábra. Képdőlésből és a magasságkülönbségekből származó torzulás A fotogrammetriában a leképezés mérőfényképek készítésével valósul meg. A mérőfénykép mérőkamerával készül, amely biztosítja, hogy a vetítési centrum és a fénykép egymáshoz viszonyított helyzete a kiértékelés során visszaállítható legyen a felvételkori helyzetre. A vetítési centrum képsíkhoz viszonyított helyzetét a belső tájékozási elemek határozzák meg, ezek a képfőpont koordinátái, valamint a kameraállandó.

194

VÍZSZINTES ÉS MAGASSÁGI RÉSZLETMÉRÉS η

c = 99,15

P’ H M

ζ

6.34. ábra. Képkoordináta-rendszer A képkoordináta-rendszer (6.34. ábra) a felvételkor a mérőfényképre leképeződött keretjelek, és a kamera – kalibráció során meghatározott – képkoordinátái segítségével állítható vissza. Az útépítési és -fenntartási gyakorlat során a fotogrammetria alkalmazása nem elterjedt, de a földi fotogrammetria kiválóan alkalmazható hidak és egyéb műtárgyak állapotfelméréséhez, a légi fotogrammetria pedig a nyomvonal és az abban bekövetkezett változások követéséhez. Természetesen a felvételek alkalmazásának korlátot szab a költség is, de felhasználhatunk más célra készített felvételeket is.

6.7.2. Földi fotogrammetria alkalmazása Egy kép készítésére szolgáló földi mérőkamera alkalmazásakor az optimális pontosság elérése érdekében a felvételi távolságot és a bázisviszonyt (az alapvonal hosszát viszonyítjuk a kamerák tereptárgytól való távolságához) a vizsgált tárgy helyzetét figyelembe véve határozzuk meg. A kisebb kamerákat akár egy teodolit távcsövére is rögzíthetjük. A földi mérőkamerák másik típusa a sztereó-mérőkamera, amely egy – általában konstans – bázis két végpontján elhelyezett két kamerából áll. Ezeket a kamerákat az ilyen típusú felvételi elrendezések esetére fejlesztették ki. A fotogrammetria alkalmazására leggyakrabban bonyolultabb épületek homlokzatának felmérésekor kerül sor, hiszen ezzel a módszerrel lehet a legrészletgazdagabb felmérést elvégezni úgy, hogy az kevés időt vegyen igénybe. Ezzel a módszerrel biztosíthatjuk azt is, hogy ne vesszenek el részletek, és így nincsen szükség pótmérésre. A felvétel készítésekor ki kell jelölni az épület közelében egy bázist, amelynek


195

ismerjük a hosszúságát. A kameratengelyek iránya legyen párhuzamos az y tengellyel. Ezt az esetet nevezzük normálesetnek (6.35. ábra), ebben az esetben nincs szükség illesztőpontokra. A felvétel készítését minden esetben meg kell tervezni, hogy biztosítani tudjuk, hogy a felmérendő homlokzatról kiértékelhető sztereó képpár készüljön. Ekkor az Y felvételi távolságot kell meghatározni, és B bázishosszt kell választani. A B/Y bázisviszony esetében a bázist az adott Y értékhez viszonyítva annál nagyobbra kell választani, minél pontosabb eredményt szeretnénk elérni. Vegyük figyelembe a helyszíni adottságokat és a tárgy bemélyedéseibe való beláthatóságot is. Fotogrammetriai felmérést alkalmaznak bizonyos létesítmények mozgásának vizsgálatakor is. Ekkor az építmény mozgása folyamatos, időben nem állandó, illetve gyors lefolyású, így nincs elég idő a hagyományos mérések elvégzésére, ezért fényképfelvételeket készítünk, majd azokat később értékeljük ki. A fényképfelvételekkel biztosítottuk az összes vizsgálandó tényező rögzítését. Tárgy

B

B

Sztereó tartomány

Y O1 c

B

O2 c

6.35. ábra. Vízszintes normáleset tervezése

6.7.3. Légi fotogrammetria Légifényképek készítése esetén két fő feladathoz kell felvételeket készíteni. Az egyik a fotointerpretáció, a másik pedig a légifénykép-mérés. A légifényképekkel szemben megköveteljük, hogy optikai élessége és a felbontóképessége megfeleljen a légifénykép kiértékelésekor a felvételekkel szemben támasztott követelményeknek. A mérethelyesség megköveteli a felvételek megvilágításakor a központi zár alkalmazását, melynek eredményeképpen mind a belső mind a külső tájékozás elemei az egész képfelületre érvényesek lesznek. A hagyományos fényképező kamerákon (6.36. ábra) kívül használnak letapogató rendszereket is, amelyek a repülési irányra merőlegesen soronként tapogatják le a terepet, majd az észlelt sugárintenzitási értékeket rögzítik. Erről később fotográfiai anyagra készítenek képeket.

196


6.36. ábra. Légi mérőkamera A légi mérőkamerákkal szemben az alábbi követelményeket támasztjuk: • a lefelé néző kameratengely talpcsavarok segítségével állítható legyen, • a kamerát egy függőleges tengely körül el lehessen forgatni (ezzel kiküszöbölhető az oldalgás), • a képek közötti tervezett átfedést tartani kell, ehhez átfedésszabályozót alkalmaznak, • a keretjelek élesen képződjenek le a felvételen, • a filmet a felvétel készítéséhez síkba lehessen fektetni. A légifényképezés végrehajtásához szükségesek megfelelő navigációs eszközök, hogy a repülés tengelyvonalát tartani tudják mind vízszintes mind magassági értelemben. A légifényképezést minden esetben meg kell tervezni. A térbeli kiértékeléshez elengedhetetlen, hogy képpárokat készítsünk. A légifényképezésnél ez úgy valósul meg, hogy a felvételek egymáshoz képest átfedésben készülnek. A fényképezés tervezésekor műszaki munkarész készül, amelyben meghatározzuk a képméretarányt, a repülési magasságot, a képek közötti átfedés mértékét soron belül és keresztirányban is, egy kép által lefedett terület nagyságát, a bázishosszt, a sortávolságot, a képek számát stb. A tervezés másik munkarésze a repülési terv, amelynek alapja a felmérendő területről készült topográfiai térkép. A repülési terv tartalmazza a repülési sorok irányát és hosszát, azok azonosító számait, valamint végpontjainak koordinátáit.


197

6.7.4. Képpárok feldolgozása

f

Ha rendelkezésünkre áll két olyan kép, amelyet normál elrendezésben készítettek, akkor alkalmasak arra, hogy két szemmel szemlélve a képet, az agyunkban létrejöjjön a tárgy térbeli képe. Ha a két egymás mellé helyezett képet az éles látás távolságából egyszerre szemléljük, közel párhuzamos szemlélési irány esetén rövid távolságra kell mindkét szemünknek alkalmazkodnia. Gyakorlással elérhető hogy szabad szemmel is térhatású képet lássunk. Ezt sztereoszkópikus szemlélésnek nevezzük. A szemlélést megkönnyítik az ún. sztereoszkópok (6.37. ábra).

6.37. ábra. Sztereoszkóp Nagyméretű képek szemlélésére tükrös sztereoszkópot (6.38. ábra) használnak.

c2

c1

c2

c1

6.38. ábra. Tükrös sztereoszkóp A legtöbb fotogrammetriai térkiértékelő műszer a térbeli szemlélés hasonló elvén működik, bonyolult lencserendszeren keresztül. A kiértékelés a képpár műszerbe helyezésével kezdődik, majd megirányozzuk a műszer mérőjelével a képek megfelelő pontjait. A mérőjel mindkét képnek ugyanazon helyén, a homológ sugarak metszéspontjában található. Ezt valós térbeli mérőjelnek nevezzük. Valamely tereppont

198


most leírt módon történő sztereoszkópikus irányzása után a pont modellkoordinátáit rögzíthetjük. A modellkoordinátákból transzformációval eljuthatunk a pontok országos rendszerbeli koordinátájáig. Ha két mérőjelet használunk (virtuális mérőjel), akkor érzékeljük a mérőjel képsíkban történő vízszintes és magassági, illetve mélységi elmozdulását.

6.7.5. Digitális fotogrammetria Digitális fotogrammetriáról akkor beszélünk, ha a kamera képsíkján a megvilágítást nem filmen, hanem digitális módon rögzítik. A digitális képek feldolgozása a számítástechnikán alapul. A mérőfénykép ebben az esetben felfogható egy kétdimenziós mátrixként. A mátrix elemeit, amik jelen esetben képelemek, pixeleknek nevezzük. Minden pixel egy felületet reprezentál, és értékét fekete-fehér képek esetében szürkeségi fokozatnak nevezik. Színes képek esetében három spektrális tartomány (vörös, zöld, kék) tartozik a képhez, ilyekor három képmátrixot rögzítenek. A fényképen való mérést a pixelek azonosítása jelenti (6.39. ábra). Pásztázási irány

J Sordetektor

I

y Objektumtér x

6.39. ábra. Digitális felvétel elemei A digitális fotogrammetriában a képek előállítása történhet közvetlen módon (digitális kamerákkal vagy szenzorokkal), illetve közvetett módon (analóg felvételek szkennelésével). Digitális kamerák (6.40. ábra) esetében is megkülönböztetünk földi és légi kamerákat.

6.40. ábra. Digitális mérőkamera


199

A digitális felvételek feldolgozására a digitális fotogrammetriai munkaállomások szolgálnak, ezen belül külön csoportot képez az asztali fotogrammetria. Ebben az esetben a szoftverek a fotogrammetria egyes részterületét tartalmazzák, a pontossága elmarad a nagypontosságú fotogrammetriai kiértékelésétől. Az asztali fotogrammetriai programok egyik csoportja kivonatosan tartalmazza a nagypontosságú fotogrammetriai kiértékelő rendszerek elemeit, a másik csoport csak földi vagy közeli fotogrammetriai kiértékelési feladatokat képes megoldani. A digitális fotogrammetriai munkaállomást a következő hardvereszközök alkotják: számítógép, szkenner, monitorok, archiváló eszközök, megjelenítés eszközei, egér. A munkaállomáshoz alkalmazott egér abban tér el a hagyományos értelemben vett egértől, hogy lehetővé teszik a képernyőn a Z irányú mozgást is. Míg az informatikában megszokott egérrel csak síkbeli mozgásokat tudunk végezni. A digitális fotogrammetriai munkaállomások esetében is fontos hogy a felvételeket térben is tudjuk szemlélni. Erre többféle változatot dolgoztak ki. Anaglif szemlélés: A módszer az egymást kiegészítő színeket használó színszűrésen alapul. A szemlélő eszköz egy piros és egy kék színszűrővel ellátott szemüveg. A számítógép a képpár képeit piros és kék szűrőn keresztül vetíti a képernyőre. A térbeli modell érzete az agyban keletkezik. A módszer hátránya, hogy a színek használhatósága korlátozott. Osztott képernyőn való megjelenítés: Egy képernyő használatával, annak felosztásával, egyszerre jelennek meg a képpár képei. A térbeli szemlélést egy tükrös sztereoszkóp biztosítja, amely karos tartószerkezeten helyezkedik el. A sztereoszkóp feladata a fénysugarak eltérítése. Váltott képes megjelenítés: A sztereo képpár bal és jobb oldali felvétele a képernyőn felváltva jelenik meg a monitor frekvenciájának megfelelően. A váltakozás nagyon gyors, az emberi szem nem tudja követni. A szemléléshez szükséges még egy folyadékkristályos szemüveg is, amelynek frekvenciája megegyezik a monitoréval. A szemüveg hol az egyik szem, hol a másik szem számára engedi át a megfelelő fényt, ezt a számítógép vezérli. Passzív polarizáció: Ebben az esetben a monitor elé polárszűrőt helyeznek, így a monitorból csak vízszintesen vagy csak függőlegesen lépnek ki a fénysugarak. A sztereo képpár képei ebben az esetben is felváltva jelennek meg a képernyőn. A műszerhez egy passzívnak tekintendő polarizált szemüveg is tartozik, ahol az egyik lencse csak a vízszintes, a másik csak a függőleges sugarakat engedi át. A digitális fotogrammetriai munkaállomások előnye, hogy a feldolgozó szoftverek széles választéka áll rendelkezésre. Fontos, hogy a munkaállomás gyártójától füg-

200


getlenül szerezhetők be a szükséges szoftverek. A legfontosabb szoftverelemek a következők: Szkenner kalibráció: célja a szkenner szabályos hibáinak meghatározása, hogy a további munkavégzés során azt figyelembe lehessen venni. Belső tájékozás: a felvétel készítésekor létrejött helyzet visszaállítása. Ebben az esetben a digitális kép pixeleit számítjuk át képkoordinátákká. Relatív tájékozás: a képkoordináták és a modellkoordináták közötti kapcsolatot teremtjük meg, valamint a két kép felvételkori egymáshoz viszonyított helyzetét állítjuk vissza. Ezzel előállítjuk a térmodellt, amelyen a kiértékelés történik. Abszolút tájékozás: a modell koordináta-rendszere és a végtermék koordináta-rendszere közötti kapcsolatot hozzuk létre. Digitális domborzatmodell készítése. Egyképes kiértékelés. Digitális ortofotó készítése: ortofotó készítésekor a centrális vetítéssel kapott felvételeket ortogonális vetületbe transzformáljuk át. Ehhez ki kell küszöbölni a magassági és a perspektív torzulást. Vonalas kiértékelés: készíthetjük egy kép, vagy képpár alapján. A kiértékeléshez térképező szoftvert használunk. Légi háromszögelés. Térbeli modellezés.

6.7.6. A távérzékelés alapjai A távérzékelés olyan információgyűjtési eljárás, amelynek során általában az elektromágneses hullámok közvetítésével egységes adatrendszert kapunk, leggyakrabban a földfelszínről. Az érzékelő műszerek a tárgyakról visszavert, vagy azok által kibocsátott elektromágneses sugárzást rögzítik. A mérés és adatfelvételezés egyidejűleg történik. Kétféle kiértékelést különböztetünk meg: • a térképekkel való összevetés, • kvantitatív módszer: megfigyelt objektumokat, jelenségeket számszerű adatokkal írunk le.


201

A távérzékelés előnyei és hátrányai: • olcsó adatnyerés, kevés munkaerőt igényel, • gyors adatgyűjtés, ami naprakészséget biztosít, • jó térbeli és időbeli mintavételezésű rendszert szolgáltat, • nagy területről kapunk homogén adatrendszert, • a digitális felvételek számítógéppel feldolgozhatók, a feldolgozás automatizálható, • a felvételek tematikus tartalmának megállapítása speciális szoftvert és jelentős szakértelmet igényelnek, • a tematika megállapítása statisztikai elven alapul, ezért megbízhatósága nem 100%-os. A távérzékelés fizikai elve (6.41. ábra) a következő: a Napból induló különböző hullámhosszúságú elektromágneses sugarak a földfelszínre jutva kölcsönhatásba kerülnek a felszíni objektumokkal. A kölcsönhatás során módosult sugárzási energia-értéket a felvevőben mérjük és rögzítjük.

tlen Köz ve

A növényzet visszavert és kibocsátott sugárzása

sug

árz

ás

A légkör sugárzása

Szórt sugárzás

as sz t v i ot t e z ny csát o övé A n é s k ib t r a s e á v árz sug

Visszavert sugárzás A Föld sugárzása

6.41. ábra. A távérzékelés fizikai elve

Az olyan rendszereket, amelyek a Napból jövő visszavert, vagy földfelszíni elemek saját kibocsátott sugárzásának mérésén, rögzítésén alapul, passzív távérzékelési rendszernek nevezzük (6.42.a) ábra). Ha a sugárzás forrása és az érzékelő egyaránt a repülőgép vagy műhold fedélzetén van elhelyezve, akkor ezt aktív távérzékelő rendszernek nevezzük (6.42.b) ábra).

202

VÍZSZINTES ÉS MAGASSÁGI RÉSZLETMÉRÉS Érzékelők Érzékelő Sugárforrás

a)

b)

6.42. ábra. a) passzív és b) aktív távérzékelő rendszerek A távérzékelésben az elektromágneses tartománynak csak egy bizonyos részét használjuk fel. Különböző hullámhossz-tartományban eltérőek a fizikai törvényszerűségek, ezért különböző érzékelőket és műszereket kell használni. A használt tartományok a következők: látható fény tartománya, közeli és közepes infra, és a távoli infravörös tartomány. A földfelszínre jutó elektromágneses sugárzás részben visszaverődik, részben elnyeli az anyag, harmadik része pedig továbbhalad. A távérzékelés módszerénél a visszavert elektromágneses sugárzást mérjük meg, és azonosítjuk a különböző felszíni objektumokkal. A 6.43. ábra a fő felszínborítások visszaverődési értékeit mutatja be. WLV]WDIRO\yYt] ]DYDURVIRO\yYt] Q|YpQ\]HW VyVDJ\DJRVWDODM WUiJ\i]RWWWDODM

YLVV]DYHUĘGpVUHIOHNWDQFLD

80 70 60 50 40 30 20

)RWRV]LQWp]LV

10 0 0,4

0,6

0,8

1,0

1,2 1,4 1,6 1,8 KXOOiPKRVV]PP

2,0

2,2

2,4

2,6

6.43. ábra. Fő felszínborítások spektrális visszaverései A 6.43. ábrán a különböző tereptárgyakról visszajövő reflektancia-értékek jelennek meg a hullámhossz függvényében. Jól látható, hogy a tiszta víz, csupán a 0,4–0,8 μm közötti hullámhossz-tartományban veri vissza az elektromágneses sugárzást, annak is csak nagyon kicsi részét. Ha ugyanebben a tartományban megnézzük a sós talaj általi reflektancia-értékeket, akkor látjuk, hogy az sokkal nagyobb. A visz-


203

szaverődési értékek alapján el tudjuk dönteni, hogy az adott felszínborítás mi – példánk esetében tiszta víz vagy sós talaj. A távérzékelési rendszereknek a következő alrendszerei vannak: • adatfelvevő egység a hordozó eszközön (hordozó lehet repülőgép vagy műhold is), • földre történő adattovábbítási csatorna, • földi adatvételi, feldolgozó és adattárolási rendszer. A távérzékelési rendszerek csoportosítása felvételi hely szerint: • földi, • légi, • űr. A felvételek készítéséhez az alábbi rendszereket használhatjuk: • fényképező rendszerek: a látható és közeli infravörös tartomány egy részét használják. A felvételeket filmre rögzítik, amelyeket földi laboratóriumban kell előhívni és feldolgozni. A filmek alkalmazása határt szabott a felhasználható elektromágneses tartomány kihasználásának. Ezt a problémát a többsávos kamerák alkalmazásával sem tudták kiküszöbölni. A kamerák alkalmazásánál fontos, hogy a kamerák tengelyei mindig párhuzamosak legyenek. Az egyes kamerák objektívjei elé pedig szűröket helyeznek el, amelyek a különböző tartományokban lévő elektromágneses sugárzást engedik át. • többsávos digitális pásztázó letapogatók: repülőgépen, majd később műholdak fedélzetén alkalmazták ezeket a letapogatókat. A pásztázók rögzítik a földfelszín repülésre merőleges sávjáról a detektorokba érkező elektromágneses sugárzás intenzitását különböző intervallumokban. A többsávos felvételek ebben az esetben egy képmátrixnak foghatók fel. A digitális felvételek minőségromlás nélkül tárolhatók, többször felhasználhatók, könnyen továbbíthatók. Mivel számítógéppel feldolgozhatók, ezért a kiértékelés nem függ a kiértékelő személyétől.

6.7.7. Képfeldolgozási módszerek A távérzékelt felvételek feldolgozásának két alapmódszerét különböztetjük meg. Az egyik a vizuális értelmezés, a másik a digitális képfeldolgozás. Vizuális értelmezés (6.44. ábra) esetében a felvételen látható színárnyalatokból, tónuskülönbségekből, a felvétel textúráltságából, a geometriai és vonalas szerkezet és foltok összefüggéseiből a földfelszínre vonatkozó következtetéseket vonunk le. A gyakorlott kiértékelő nem csak a felvételből kivont, hanem kapcsolódó ismereteket

204


is felhasználhat, ami a módszert hatékonnyá, eredményessé teszi. Vagyis a kiértékelés függ a kiértékelőtől. Tekintsük a következő példát: a 6.44. ábrán látható, hogy egymással majdnem párhuzamos pontsor húzódik a fényképen. Ez legjobban fasor jelenlétére utal azon a területen. A gyakorlott kiértékelő azonban a tapasztalatai alapján már felfedezi, hogy a két fasor egy utat szegélyez, így a kiértékelő lapra már az utat is feljegyzi.

6.44. ábra. Vizuális interpretáció Digitális kiértékelés esetében a számítógép pontosságát és teljesítményét használjuk fel. Jól elkülöníti a tónusokat, megbízható, objektív, jó a feldolgozási sebessége és több adatforrásból származó adatokat is képes egyidejűleg kiértékelni. Viszont nem ismeri fel a számítógép az összefüggéseket, és nem tud egyéb ismereteket alkalmazni. A távérzékelt felvételek tematikus kiértékelésének lépései: Célkitűzés megfogalmazása: célosztályok, az eredmények megjelenítési formájának meghatározása. Feladat elemzése, tervkészítés: meg kell vizsgálni, hogy a feladatban szereplő folyamat paraméterei miként mérhetők, becsülhetők. Létre kell hozni a mérés és adatgyűjtés modelljét. Meg kell tervezni az ellenőrzés menetét is. Felvételek kiválasztása: a vizsgált területre vonatkozó terepi és időbeli felbontás igényeinek megfelelő felvételeket kell kiválasztani és beszerezni. Ha nincsenek megfelelő felvételek, akkor alternatív adatokat kell keresnünk. Felvételek közös térképi rendszerhez való illesztése. Felvételek vizsgálata, tájékozódás: elvégezzük a tavak, tájegységek, városok, erdők, utak, vasutak azonosítását. Ezenkívül számba vesszük a kiértékelést zavaró, akadályozó tényezőket. Mintaterület kiválasztása: a célterületet kisebb, homogén tartományokra osztjuk, majd azokon belül határozzuk meg a mintaterületet. Fontos, hogy a mintaterületek jól reprezentálják az összes spektrális változatot. Úgy kell kiválasztani ezeket a területeket, hogy a terepi adatgyűjtés hatékony legyen, hiszen ezek a területek fogják alkotni a tanulóterületeket.

TEREPFELMÉRÉSEK KORSZERŰ ESZKÖZÖKKEL

205

Referenciaadatok beszerzése: földi adatgyűjtést végzünk, hogy később azonosítani tudjuk, mely reflektancia-értéknek mi felel meg a valóságban. Fontos, hogy az adatgyűjtés szabályozott és ellenőrzött legyen. Az így begyűjtött referenciaadatokat számítógépes rendszerbe viszik be. Tanulóterületek spektrális analízise: a tanulóterületeken adatosztályozást hajtunk végre. Adat- és tematikus osztályok összefüggéseinek meghatározása. A tematikus osztályok spektrális adatjellemzőinek összeállítása: összeállítjuk a bemenő adatokat. Tematikus osztályozás elvégzése a tanulóterületekre. Tematikus osztályozás kiterjesztése a teljes területre. Eredmények megjelenítése.

A távérzékelés alkalmazása: • mezőgazdaság » talajtérképek készítése, » melioráció tervezése, » növénytermesztés, » növénymonitoring, » mezőgazdasági támogatások rendszeréhez ellenőrző adatok biztosítása, • meteorológia, • erdőgazdálkodás, • vízgazdálkodás, • természetes vegetáció megfigyelése, • környezetvédelem, • területgazdálkodás és városfejlesztés, • geológiai alkalmazás, • hőszennyezettség mérése.

6.8. Terepfelmérések korszerű eszközökkel A tervezés megkezdésekor tisztában kell lennünk a terep lejtésviszonyaival, illetve annak egyéb sajátosságaival. Ehhez a terep részletes felmérése szükséges. A mérés gyakorlati végrehajtása a korábban ismertetett részletmérési módszerekkel megegyező. Az eltérés a részletpontok jellegéből adódik. Közel sík terep esetén a területszintezésnél alkalmazott rácshálót alkalmazhatjuk, és a rácsháló sarokpontjait tekintjük részletpontoknak. A módszer hátránya, hogy a

206


rácshálót ki kell tűzni. A mai gyakorlatban már térbeli pontokat mérünk, és térbeli koordinátákhoz jutunk, amelyeket a tervező szoftverek jól tudnak használni, így különböző nyomtervek és térbeli rajzok készíthetők. Jól strukturált terep esetében a felmérést a völgyvonalak, hátvonalak és esésvonalak felmérésével végezzük el. A terep ilyen felmérése gyakorlatot és a domborzati idomok alapos ismeretét igényli, hiszen a terepbejárás során nem biztos, hogy elsőre feltűnnek a jellemző terepalakulatok. A felmérendő pontok sűrűségét a terepviszonyok határozzák meg. A felmérést segíti, ha korábbi mérésekből vagy térképi alapról rendelkezésünkre áll idomváz.

Ellenőrző kérdések 1. Hogyan jellemezné a tahimetriát, és milyen feladatokat oldhatunk meg ezzel a módszerrel? 2. Hasonlítsa össze a részletmérési eljárásokat! 3. Hasonlítsa össze a kitűzési módszereket! 4. Milyen esetben alkalmazna RTK-eljárást? Válaszát indokolja! 5. Milyen feladatoknál alkalmazná az állandó száltávolságú tahimétereknél megismert módszert? 6. Hogyan határozná meg a távolságot és a magasságkülönbséget tahiméterek segítségével? 7. Hogyan végezné el a részletmérést, ha az adott területen nincsen adott pont? 8. Hogyan különbözteti meg a távérzékeléses felvételek kiértékelése során a zavaros vizet és a növénytakarót? 9. Milyen fotogrammetriai eljárásokat ismer? 10. Hogyan végezné el mozgásvizsgálathoz egy híd fényképezését?

6. VÍZSZINTES ÉS MAGASSÁGI RÉSZLETMÉRÉS

Recommend Documents