Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav geoinformačních technologií (LDF)
Polohové a výškové zaměření části arboreta s tématickým zaměřením na určení polohy stromů a keřů pro vyhotovení databáze stromové a keřové vegetace Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
Ing. Miloš Cibulka
Jiří Šmerda Brno 2007
1
Zadání bakalářské práce (viz. vložený list)
2
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma polohové a výškové zaměření části arboreta s tématickým zaměřením na určení polohy stromů a keřů pro vyhotovení databáze stromové a keřové vegetace vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF MZLU v Brně.
dne………………………………………. podpis …………..……………………….
3
Velmi rád bych poděkoval vedoucímu bakalářské práce panu Ing. Miloši Cibulkovi za odborné vedení, poskytování cenných připomínek a podkladů, jakož i měřických pomůcek nutných pro vypracování bakalářské práce. Dále bych chtěl poděkovat studentovi Ondřeji Čápovi za kolegiální pomoc při měřických pracích.
4
Abstrakt
Bakalářská práce je zaměřena na vyhotovení účelové mapy části arboreta MZLU v Brně obsahující polohopis a výškopis. Součástí práce je také vytvoření databáze stromové a keřové vegetace daného území. Práce je věnována hlavním zásadám a postupům, jež jsou dnes v praxi zcela běžné při vyhotovování a doplňování map a plánů. V práci jsou kromě měřických činností uvedeny též činnosti týkající se kancelářského zpracování dat naměřených v terénu. Zhotovenou účelovou mapu bude dále možno využít při projekčních a jiných činnostech uskutečňovaných v dotčeném území. Databázi stromové a keřové vegetace bude možno rozšiřovat a kdykoli použít pro účely arboreta MZLU v Brně.
Klíčová slova
Geodézie, arboretum, mapa, databáze, měření, polohopis, výškopis, polygonový pořad, nivelace, KOKEŠ, GROMA
Abstract
This bachelor work is focused on an execution of a map in a part of arboretum MZLU in Brno. This map displays planimetry and hypsography. To make up a database of trees and bushes in this section of arboretum is a part of this work too. The work follows main principles and procedures, which are totally casual when you make up and complete maps and plans nowadays. The work also bring in activities relating to the work in an office. The final map can be used in case project and other activities are under way in area concerned. The database of trees and bushes can be extend at anytime. This database is also available for the purposes of the arboretum MZLU in Brno.
Key words
Surveying, arboretum, map, database, measurement, planimetry, hypsography, polygonal traverse, levelling, KOKEŠ, GROMA
5
OBSAH 1 ÚVOD
8
2 TEORETICKÁ ČÁST
9
2.1
Pojem a úloha vědního oboru geodézie
9
2.2
Geodetické základy polohopisného měření
9
2.2.1
Základní bodové polohové pole
10
2.2.2
Podrobné bodové polohové pole
10
2.3
2.2.2.1
Zhušťovací body
10
2.2.2.2
Ostatní body podrobného polohového bodového pole
11
Určování souřadnic měřických stanovisek
12
– polygonové pořady 2.3.1
Polygonový pořad oboustranně připojený a oboustranně
14
orientovaný
2.4
Podrobné polohopisné měření
15
2.4.1
Metoda polárních souřadnic
17
2.4.2
Měření úhlů – teodolity
18
2.4.2.1
Optické a mechanické části teodolitů
18
2.4.2.2
Dělení teodolitů
19
Nepřímé měření délek
20
2.4.3
2.4.3.1
2.5
Elektronické dálkoměry
Výšková měření
2.5.1
20 21
Geometrická nivelace
22
2.5.1.1
Geometrická nivelace ze středu
22
2.5.1.2.
Nivelační přístroje a pomůcky
23
2.5.2
Česká státní nivelační síť
24
2.6
Mapování
26
2.7
Geodetický software GROMA
27
2.8
Grafický systém KOKEŠ
28
3 PRAKTICKÁ ČÁST 3.1
29
Zhuštění stávajícího polohového bodového pole
3.1.1
Získání podkladů a rekognoskace terénu
6
29 30
3.1.2
Stabilizace a signalizace nových bodů
30
3.1.3
Příprava přístroje k měření
31
3.1.4
Zaměření sítě polygonových bodů a rajonů
31
3.2
Podrobné polohopisné měření metodou polárních
32
souřadnic 3.3
Výškové měření
3.3.1
33
Geometrická nivelace ze středu
33
3.4
Stažení dat z přístroje do PC
35
3.5
Zpracování dat v systému GROMA
36
3.6
Zpracování dat v grafickém systému KOKEŠ
38
4 ZÁVĚR
40
5 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY
41
6 SEZNAM OBRÁZKŮ
42
7 PŘÍLOHY
43
7
1 ÚVOD Geodézie je vědní obor zabývající se určením tvaru a rozměrů zemského tělesa a vyhotovováním map. Geodézie, stejně jako jiné obory, je značně ovlivněna technickým vývojem lidstva spojeným s vytvářením stále dokonalejších pracovních prostředků a postupů. Profese zeměměřiče se v dnešní době nemůže vyvíjet a skrývat v pohodlných ulitách úzkých specializací, ale musí se stát profesí integrovanou. V současné době totiž disponuje novými a vysoce výkonnými prostředky, které umožňují efektivně získávat a zpracovávat geoprostorové informace ve formě a obsahu odpovídajícím specifickým požadavkům nejrůznějších jejich uživatelů. Tato bakalářská práce se dotýká téměř celou svou náplní právě vědního oboru geodézie. Práce je rozdělena na dvě části. První teoretická část metodicky popisuje podstatu oboru,
geodetické metody měření polohopisu a výškopisu a geodetické
základy, z nichž každé měření vychází. Součástí této teoretické části je též stručný popis programů GROMA a KOKEŠ sloužících ke zpracování dat naměřených v terénu. Část druhá popisuje detailněji práci provedenou v terénu a v kanceláři.
8
2 TEORETICKÁ ČÁST
2.1 Pojem a úloha vědního oboru geodézie Geodézie je nauka, která se zabývá určováním tvaru a velikosti Země i jednotlivých částí jejího skutečného (fyzického) povrchu, a znázorňováním těchto částí. Základními úkony při tom jsou měření, výpočty a zobrazování. Výraz geodézie je řeckého původu a doslova znamená „dělení země, dělení půdy“. Dělením půdy a jejím měřením se zabývali již dávno ve starověku měřiči tehdejších nejkulturnějších národů (Egypťané, Řekové aj.). Základní úlohou geodézie, pro splnění výše uvedených úkolů, je především určování vzájemné polohy bodů na skutečném (fyzickém) povrchu zemském. Body na zemském povrchu zpravidla neleží v téže vodorovné rovině a jde tedy o řešení úlohy prostorové. Úloha se řeší jednak promítnutím všech bodů na jednu, vhodně zvolenou, tak zvanou zobrazovací neboli referenční plochu a stanovením vzájemné polohy průmětů bodů na této ploše, jednak určením kolmých vzdáleností bodů od zobrazovací plochy. Souhrn prací, jimiž se určuje vzájemná poloha průmětů na referenční ploše, se jmenuje měření polohopisné. Určování kolmých vzdáleností bodů od téže plochy se nazývá měření výškové. (Mašín, 1978) Mašín (1978) doplňuje, že určením tvaru a velikosti Země se zabývá geodézie vyšší. Geodézie nižší se pak zabývá vlastním podrobným měřením polohopisným a výškopisným, jednotlivými měřickými metodami, měřickými přístroji a pomůckami, výpočetními pracemi a zobrazováním naměřených hodnot. Geodézie se dnes uplatňuje v širokém spektru lidské činnosti. Nachází využití např. v průmyslu, dopravě, stavebnictví nebo lesnictví. Je to vědní obor, který plní úlohy nejen hospodářské, ale i celospolečenské a všekulturní. (Novák, 1982)
2.2 Geodetické základy polohopisného měření Při geodetickém měření se vždy vychází z daných bodů určených souřadnicemi a v přírodě trvale stabilizovaných. Výsledky pozdějšího měření musí bezvadně zapadat délkově i úhlově do výsledků dřívějších měření. Tuto stálou souvislost v síti bodů a
9
kontrolu správnosti měření zajišťuje jen připojení měření na dané body geodetických sítí. (Mašín, 1978) Bodová pole se na území ČR dělí podle účelu na bodové pole polohové, výškové a pole tíhové. Mezi těmito bodovými poli není ostrá hranice, a mohou se tak vzájemně prolínat. Bodové polohové pole se na území našeho státu dělí na základní a podrobné polohové bodové pole. Body základního a podrobného polohového pole se od sebe liší územní jednotkou v rámci které jsou evidovány, dále pak způsobem jejich vlastního zaměřování, svou stabilizací a v neposlední řadě také vlastním označením bodu.
2.2.1 Základní bodové polohové pole
Základní polohové bodové pole (ZBPP) je tvořeno 4 sítěmi, z nichž pro geodetické účely nejdůležitější je síť Trigonometrická. Body České státní trigonometrické sítě (ČSTS) zřizuje, udržuje a obnovuje Český úřad zeměměřičský a katastrální odbor triangulace. Tato síť Ι. – ΙV. řádu je geodetickým polohovým základem sloužícím pro veškerá polohová měření. Využívá se k určování polohy bodů podrobného polohového bodového pole, tedy bodů zhušťovacích nebo ostatních bodů. Zároveň slouží k vlastnímu podrobnému měření.
2.2.2 Podrobné bodové polohové pole Základní geodetická síť je pro praktická měření řídká, proto je nezbytné ji pomocí přesné metodiky zahustit. Podrobné polohové bodové pole (PBPP) je tvořeno body zhušťovacími a ostatními body podrobného polohového bodového pole.
2.2.2.1 Zhušťovací body
Zhušťovací body se zřizují v místech s dobrým rozhledem. Jejich hustota by měla být v intravilánu 2 body na 1km² za předpokladu, že přímá vzdálenost mezi nimi nesmí přesáhnout 700m. V extravilánu je hustota bodů dána 1 bodem na 1km² s dodržením mezní vzdálenosti 1200m. 10
Zhušťovací body se v terénu stabilizují 1 nadzemní a 1 podzemní značkou, obr. 1. Zhušťovací body je též možno stabilizovat jako body trigonometrické (střešní stabilizace, konzolová stabilizace ). K zaměřování zhušťovacích bodů se přednostně používají metody GPS, možno též použít klasické geodetické metody jako polygonový pořad oboustranně připojený a oboustranně orientovaný, rajon, či protínání z úhlů nebo protínání z délek. Základní evidenční jednotkou zhušťovacích bodů je triangulační list v jehož rámci jsou body číslovány.
Obr. 1 Stabilizace zhušťovacího bodu
2.2.2.2 Ostatní body podrobného polohového bodového pole
Ostatní body podrobného bodového polohového pole slouží k dalšímu zhuštění bodového pole. Pro trvalou stabilizaci ostatních bodů lze využít vytesání křížku na opracované ploše skály, ocelovou trubku zabetonovanou v blocích, kamenné hranoly s vytesaným křížkem na horní straně, nebo lze využít nivelační značky (čepové, hřebové). Stabilizaci lze též provést jednoduše zapuštěním měřického hřebu do zpevněného povrchu či přechodně také dřevěnými kolíky čtvercového či kruhového průřezu. Jejich tloušt’ka se
11
pohybuje od 3 do 10 cm, délka bývá nejčastěji od 30 do 60 cm. Po ukončení stabilizace je vhodné pro každý bod vyhotovit tzv. místopisy bodu. (Novák, 1982) Místopisy se vyhotovují pro snazší vyhledání stabilizovaných bodů, zejména v případě jejich zakrytí smetím, zeminou, kamením, natí apod. V nich se jednoduchým náčrtem vyznačuje nejbližší okolí a zapisují se do něho vzdálenosti od nejbližších trvalejších předmětů. Kromě toho se venku značky lemují červenou trvanlivou značkou a na okolních předmětech se červeně kreslí upozorňovací šipky. (Mašín, 1978) Podle návodu pro obnovu katastrálního operátu mapováním lze pro zaměření ostatních bodů podrobného bodového polohového pole použít: 1. Klasické geodetické metody 2. Metody GPS 3. Metody fotogrammetrické Mezi klasické geodetické metody řadíme metodu zaměření nových měřických stanovisek plošnými sítěmi měřením vodorovných délek a úhlů. Lze též užít polygonové pořady, protínání z úhlů a protínání z délek nebo rajon. Při použití Globálního polohového systému GPS použijeme metody GPS rajon, GPS protínání nebo metodu GPS triangulace. Fotogrammetrické metody zde reprezentuje metoda aerotriangulace. Evidenční jednotkou ostatních bodů podrobného bodového polohového pole je katastrální území.
2.3 Určování souřadnic měřických stanovisek – polygonové pořady Podle Mašína (1978) je polygonový pořad lomená čára spojující dva měřické body. Vrcholy lomené čáry jsou polygonové body. Spojnice polygonových bodů tvoří polygonové strany. Dále Mašín (1978) podotýká, že v polygonovém pořadu se měří levostranné úhly a délky polygonových stran. Levá strana se posuzuje podle směru výpočtu. Soubor polygonových pořadů tvoří polygonovou síť a polygonizací se rozumí měřické a výpočetní práce v polygonové síti. Tvar polygonu se přizpůsobuje potřebám detailního měření a vede se pak v blízkosti majetkových hranic, komunikací, vodních toků apod. Volba bodů polygonové sítě ovšem závisí nejen na tvaru, ale také na rozloze a přehlednosti a
12
přístupnosti zaměřovaného území. Tak například pro zaměření dlouhého, úzkého přehledného území postačí jeden otevřený polygon. Pro zaměření širšího pruhu lze založit dva polygony, které se mohou v určitých vzdálenostech pro kontrolu zauzlit. Podobně volíme síť v nepřehledném terénu. Polygonový pořad se dá zobrazit do polohopisných plánů přímo z naměřených úhlů a délek, nebo se nejdříve vypočtou souřadnice jednotlivých polygonových bodů, pomocí kterých se pak polygonový pořad zobrazí v dané souřadnicové soustavě. Polygonový pořad je tedy určen měřením všech délek polygonových stran a všech vrcholových úhlů. Vrcholy polygonového pořadu se volí tak, aby se jeho strany co nejvíce přiblížili zaměřovanému polohopisu, aby počet vrcholů byl co nejmenší a aby viditelnost z bodu na bod vyhovovala metodě zvolené pro měření vzdáleností. Vrcholové úhly polygonového pořadu měříme v obou polohách dalekohledu. Délky stran se volí podle konfigurace terénu a přehlednosti v rozmezí od 50 do 300 m. Délky sousedních stran nemají překročit vzájemný poměr 1 : 3. Délky polygonových stran měříme přímo nebo nepřímo. Přímo měříme pásmem nebo latěmi, a to vždy dvakrát. V rovině měříme podruhé v opačném směru, ve svažitém terénu vždy po svahu. Nepřímo měříme délky digitálními dálkoměry. ( Doušek, 1992) Podle toho, připojují-li se pořady na obou koncích na body dané souřadnicemi, nebo jen na jednom, či nejsou-li připojeny vůbec, vznikají pořady připojené, anebo nepřipojené. Pořady mohou být připojeny v počátečním nebo koncovém bodě ještě směrově, čili mohou být orientovány. Orientací (usměrněním) se rozumí zaměření orientačního vodorovného směru, neboli připojovacího úhlu, z počátečního, případně koncového bodu pořadu na bod v sousedství, jehož rovinné souřadnice jsou známé. Podle toho, jak je pořad připojen, Doušek (1992) rozeznává: a) pořady oboustranně připojené a oboustranně orientované, které jsou připojeny a orientovány na obou koncích b) pořady oboustranně připojené a jednostranně orientované, které jsou připojeny na obou koncích pořadu, orientační úhel je však změřen pouze na počátečním, nebo koncovém bodě c) pořady volné, které se připojují a orientují na počátečním bodě. Orientace však může být i oboustranná d) pořady oboustranně připojené, které se jen připojují na obou koncích pořadu
13
Rozdělení polygonových pořadů podle použitých úhloměrných přístrojů jak uvádí Doušek (1992): a) pořady theodolitové b) pořady buzolové Další dělení polygonových pořadů podle Douška (1992): a) hlavní polygonové pořady – navazují na začátku i na konci na body základního nebo podrobného bodového pole b) zauzlené polygonové pořady – vycházejí ze dvou, tří nebo více bodů základního nebo podrobného bodového pole a jsou spojeny ve společném, tzv. uzlovém bodě. Zauzlené pořady se volí výjimečně, není-li
možné
dodržet
stanovenou
délku
a
směr
hlavního
polygonového pořadu c) vedlejší polygonové pořady – spojují body hlavních a zauzlených polygonových pořadů Polygonové pořady se dále dělí podle tvaru na pořady uzavřené a pořady otevřené. (Doušek, 1992)
2.3.1 Polygonový pořad oboustranně připojený a oboustranně orientovaný
Poloha výchozího a koncového bodu oboustranně připojeného a oboustranně orientovaného polygonového pořadu je dána pravoúhlými souřadnicemi. Na počátečním i koncovém bodě se měří orientační (připojovací) úhly na měřické body v okolí, dané rovněž v souřadnicích, obr. 2. Polygon
je tak určen souřadnicemi počátečního a koncového
bodu
polygonového pořadu, všemi vrcholovými úhly a všemi délkami polygonových stran. (Mašín, 1978)
14
Obr. 2
Schéma polygonového pořadu oboustranně připojeného a oboustranně
orientovaného
2.4 Podrobné polohopisné měření Po vybudování podrobného polohového bodového pole na zaměřovaném území se přikročí k podrobnému čili detailnímu měření. Cílem těchto prací je zaměřit všechny předměty měření tak, aby bylo možno zobrazit jejich vzájemnou polohu v určitém měřítku. Poloha jednotlivých bodů se určuje vzhledem k měřickým přímkám, musí být dána jednoznačně a ještě nezávisle kontrolována. (Mašín, 1978) Úkolem polohopisného měření je určení vzájemné polohy bodů na povrchu zemském ve směru horizontálním. Polohopisné měření může mít dvojí cíl. Buď slouží k určení plošné výměry, nebo ke konstrukci polohopisného plánu. Obvykle se však polohopisné měření provede tak, aby se měřené hodnoty daly použít pro oba cíle. Měřené veličiny můžeme vyjádřit dvěma naprosto rozdílnými způsoby: a) všechny měřené veličiny vyjadřujeme čísly b) měřené veličiny zobrazujeme graficky a přímo v terénu kreslíme polohopisný plán Číselný způsob dovoluje z naměřených a zapsaných hodnot kdykoliv znovu vykreslit polohopis nebo znovu vypočíst plochu. Polohopisný plán získaný grafickým způsobem představuje však pouze jediný exemplář, jehož poškození znehodnocuje celou měřickou práci. Plošnou výměru v tomto případě je také možno určit pouze graficky nebo mechanicky. Předměty polohopisného měření jsou pevné body základního a podrobného bodového pole, hranice majetkové a správní, hranice druhů pozemků a kultur, dopravní sítě, vodní toky a různé druhy nadzemních i podzemních inženýrských sítí. Tvar předmětu je obrazec, vytvořený měřením na přirozeném povrchu zemském nebo obrazec vytvořený svislým průmětem na tomto povrchu. Poloha předmětu měření
15
je dána geometrickým vztahem jeho tvaru ke tvaru okolních předmětů měření a k osám zvoleného souřadnicového systému. (Doušek, 1992) Podle Mašína (1978) se v praxi pro zaměřování podrobných bodů používá několika metod, které se vzájemně liší jednak přesností, jednak rychlostí a hospodárností prací. Volba metody závisí na druhu terénu, množství, hustotě, viditelnosti a přístupnosti podrobných bodů, na pomůckách a přístrojích, které jsou měřiči k dispozici a také na době, za kterou má být měření vykonáno. Nejčastěji
používané
měřické
metody
podle
Mašína
(1978)
jsou:
a) metoda pravoúhlých souřadnic (ortogonální metoda) b) metoda polární c) metoda protínaní vpřed d) jiné zaměřovací metody (zaměření pozemků trojúhelníkovým, způsobem metoda dvojitých měr a měřický způsob prodlužování směrů) Ze všech uvedených zaměřovacích způsobů jsou nejpoužívanější metoda polární a metoda ortogonální. Jsou to geodetické metody číselné, používané u nás ve velkých měřítkách 1 : 1000 a 1 : 2000. Celkem jen v ojedinělých případech používá se metody protínání vpřed, při které se vodorovné úhly měří teodolitem. (Mašín, 1978) Metody ortogonální se používá v hustě zastavěných, poměrně nepřehledných částech, protože vhodnou volbou měřických přímek možno zaměřované území libovolně rozdělit, a tím zpřístupnit k měření. Je to metoda velmi přesná, avšak poměrně pomalá a značně nákladná. Číselná metoda polární se použije v přehledném, třeba i kopcovitém a těžko přístupném terénu, poněvadž jednotlivé podrobné body většinou stačí jen signalizovat, neboť délky paprsků se měří dálkoměry. Její výhodou je rychlost a jednoduchost měření, nevýhodou je potřeba úhloměrného přístroje s možností měření úhlů a délek. Výhodou metody protínání je, že prakticky odpadá měření vzdáleností, přičemž vzdálenosti podrobných bodů od stanovisek mohou být dlouhé i několik set metrů a vypočítaná vzdálenost je již vzdáleností vodorovnou. Způsob trojúhelníkový není vhodný, protože zaměřené body nelze zobrazit přesnými zobrazovacími pomůckami, nýbrž pouze odpichovátkem s příčným měřítkem. Tento způsob je výhodný při zaměřování polohy bodů pro místopisy. Podle naměřených hodnot lze pásmem velmi lehce a rychle body v přírodě vytyčovat.
16
Směrového způsobu se použije při zaměřování méně rozsáhlých změn při doplňování map velkých měřítek. ( Mašín, 1978)
2.4.1 Metoda polárních souřadnic
Polární metoda je jedna z nejpoužívanějších metod polohopisného měření. Poloha jednotlivých podrobných bodů je určena polárními souřadnicemi, obr. 3, tj. - vodorovným úhlem ω sevřeným nulovým směrem a směrem zacíleného bodu - vzdáleností s zaměřeného bodu od stanoviska přístroje Jestliže zaměřovaný pozemek nebudeme zakreslovat do stávající mapy, pak lze hranice pozemku menší rozlohy zaměřit z jediného, vhodně zvoleného stanoviska. Je vhodné toto stanovisko zvolit zhruba uprostřed zaměřovaného pozemku, aby vzdálenosti podrobných bodů polohopisu byly přibližně stejně dlouhé. Jestliže chceme zaměřovaný pozemek zakreslit do stávající mapy, potom je potřeba zvolit za stanovisko bod, který je v daném mapovém podkladu zakreslen a základní směr určit zacílením na jiný bod, který je na dané mapě také zakreslen a v terénu stabilizován. Polární metodou je možno zaměřovat území různé velikosti. Pokud se jedná o území větší rozlohy, je třeba předem zvolit, stabilizovat a zaměřit měřickou síť, jejíž vrcholy slouží při měření jako stanoviska přístroje při vlastním podrobném měření. (Doušek,1992).
Obr. 3 Polární souřadnice 17
2.4.2 Měření úhlů - teodolity
Teodolit, obr. 4, je nejdokonalejší měřický přístroj, jímž lze měřit vodorovné a svislé úhly. Je složen ze dvou základních konstrukčních částí. Spodní část pevně spojenou se stojanem nazýváme limbus, horní otočnou část alhidáda. (Doušek, 1992) Doušek (1992) dále dodává, že limbem nazýváme celou spodní část teodolitu, s trojnožkou a třemi stavěcími šrouby. Alhidáda je horní otočná část teodolitu, uložená svislým válcovým čepem v ložisku osového válce. Na alhidádě jsou upevněna nosná ramena dalekohledu s ložisky pro čepy vodorovné točné osy dalekohledu a dalekohled. Dále jsou zde umístěny pomůcky pro čtení stupnice vodorovného i svislého kruhu a libely k urovnání přístroje. Pro zacílení a upevnění dalekohledu je zde umístěna alhidádová a dalekohledová ustanovka.
2.4.2.1. Optické a mechanické části teodolitů Ustanovky jsou součástky spojující pevnou část teodolitu s pohyblivou. Zastavují tedy pohyb alhidády nebo dalekohledu. Otáčení alhidády ovládá alhidádová ustanovka a otáčení dalekohledu kolem vodorovné osy dalekohledová ustanovka. Podle provedení rozlišujeme ustanovky obvodové a osové. V poslední době se v konstrukci teodolitu používá jen ustanovek osových. Tlak, kterým se pevná část spojí s pohyblivou, působí v tomto případě kolmo na osu otáčení. Dále rozlišujeme ustanovky svorné a tlačné. (Doušek, 1992) Libely jsou na přístroji umístěny k jeho urovnání. Rozeznáváme libelu alhidádovou, libelu nivelační a libelu indexovou. (Doušek, 1992) Podle Douška (1992) dalekohledy slouží úhloměrnému přístroji jako dokonalá záměrná pomůcka. Dalekohled je soustavou dvou optických systémů – objektivu a okuláru – na společné optické ose. Dalekohledy geodetických přístrojů jsou, až na několik výjimek, konstruovány jako astronomický dalekohled (Keplerův dalekohled), který zobrazuje předměty v obrácené poloze. Dalekohledy rozlišujeme na dalekohledy s proměnlivou délkou a dalekohledy s pevnou délkou. U první skupiny se jedná o starší typy dalekohledů, kdy obraz pozorovaného předmětu zaostřujeme změnou vzdálenosti okuláru a objektivu. Druhou skupinu dalekohledů tvoří ty, jež mají objektiv tvořen dvěma oddělenými soustavami čoček – vlastní objektiv a kolektiv. Přibližováním kolektivu k vlastnímu objektivu zaostřujeme pozorovaný předmět. 18
Na dalekohledu se nachází nitkový kříž, který je upevněn v kruhové cloně. Je tvořen dvěma ryskami vyrytými do skleněných planparalelních destiček. Střed nitkového kříže a střed objektivu dává záměrnou přímku dalekohledu, která musí být totožná s optickou osou dalekohledu. Kolimátor je jednoduchá pomůcka sloužící pro přibližné zacílení. (Doušek, 1992) Dále Doušek (1992) dodává, že na dalekohledu je umístěna úhloměrná stupnice, která je provedená buď ve stupňové nebo gradové míře, a různé odečítací pomůcky (vernier, stupnicový mikroskop, jednoduchý optický mikrometr nebo koincidenční mikroskop s optickým mikrometrem). Dalekohledy bývají dále doplněny slunečními filtry. Optický dostřeďovač je zařízení dalekohledu sloužící k dostředění teodolitu nad měřický bod.
Obr. 4 Schematický popis teodolitu
2.4.2.2 Dělení teodolitů
Rozdělení teodolitů podle Douška (1992): a) jednoosé teodolity b) dvouosé teodolity c) teodolity se skleněnými kruhy U starších typů teodolitů jednoosých je spodní část limbu připevněna ke stojanu centrálním šroubem. Na háček centrálního šroubu zavěšujeme olovnici, podle které dostřeďujeme (centrujeme) teodolit nad měřický bod. Centrální šroub je zašroubován přímo do spodní části osového válce. Spirálové pero pak přitahuje přístroj k desce stojanu. U moderních teodolitů je spojení přístroje se stojanem provedeno centračním šroubem přitahujícím pružnou trojúhelníkovou desku spojenou se stavěcími šrouby. 19
U dvouosých teodolitů je otočná nejen alhidáda, ale i limbus. Rozlišujeme dvouosé teodolity repetiční a teodolity s limbem na postrk. Teodolity se skleněnými kruhy mají vodorovný i svislý úhloměřný kruh ze skleněných plochých prstenců nasazených do kovové objímky, spojené s kovovým válcem nebo s vodorovnou osou dalekohledu. U těchto teodolitů převádíme obrazy dvou diametrálních míst stupnice pomocí čoček a hranolů do jediného zorného pole mikroskopu, jehož okulár je umístěn vedle okuláru dalekohledu. Předností těchto přístrojů je, že měřič může z jednoho místa zacílit dalekohled, přečíst stupnici úhloměrného kruhu a pozorovat indexovou a alhidádovou libelu. Další předností jsou malé rozměry a malá váha. Moderní, vesměs dvojosé teodolity se skleněnými kruhy, jsou konstruovány s oddělitelnou trojnožkou. Teodolit v tomto případě spojujeme s trojnožkou vsunutím limbového válce do ložiska trojnožky, ve kterém ho upevníme buď tlačným šroubem nebo bajonetovým závěrem. (Doušek, 1992)
2.4.3 Nepřímé měření délek
Při tomto způsobu měření určujeme délku nepřímo, pomocí zprostředkujících veličin (známých nebo měřených), které jsou ve známém geometrickém nebo fyzikálním vztahu k určované délce. Rozlišujeme geometrické měření délek, trigonometrické měření délek a měření délek pomocí dálkoměrů. (Doušek, 1992) Doušek (1992) charakterizuje dálkoměry jako přístroje sloužící k nepřímému měření vzdáleností (délek). Rozdělujeme je na dálkoměry optické, dálkoměry mechanické a dálkoměry elektronické.
2.4.3.1 Elektronické dálkoměry
Elektronické dálkoměry využívají pro měření vzdáleností radiových vln nebo různě modulovaných světelných vln. Lze je tedy rozdělit na dálkoměry rádiové a světelné, obr. 4. (Doušek, 1992) Rádiové dálkoměry používají modulovaných radiových vln délky asi 1m. Využívají se především při radiolokačním měření a při měření v podmínkách nepříznivého počasí, kdy nelze využít dálkoměrů světelných. Vyšší dosah měřených délek (60 km) je využíván pro měření v trigonometrické síti. Nejznámějším typem 20
radiových dálkoměrů je tellurometr. Dálkoměrná souprava tellurometru se skládá z vysílacího a přijímacího systému, které jsou umístěny na koncových bodech měřené délky. Vzdálenost určíme ze zpoždění odražených radiových vln (fázového posunu). Pro určení vodorovné vzdálenosti je nutno provést fyzikální a matematickou redukci. (Doušek, 1992) Podle Douška (1992) světelné dálkoměry pracují na principu vysílaných modulovaných světelných vln. Na počátku měřené délky je čočko-zrcadlová soustava (vysílač a přijímač). Vysílaný rovnoběžný svazek světelných paprsků dopadá na odrazové zrcadlo umístěné na koncovém bodě měřené délky, zde se odráží zpět k vysílači – do přijímače. Vzdálenost určíme z rychlosti a času, který potřebuje elektromagnetická vlna k proběhnutí vzdálenosti od vysílacího přístroje k cíli a zpět. Délka je vyhodnocena ze vztahu d = v * t v…rychlost šíření paprsku t…čas průchodu paprsku mezi dvěma koncovými body
2.5 Výšková měření Při výškových měřeních se pro účely nižší geodézie nahrazuje nepravidelné zemské těleso koulí. Každým bodem na povrchu zemském lze proložit myšlenou plochu kulovou, jejíž střed leží na kolmici v tomto bodě k sféroidu ve vzdálenosti rovné místnímu poloměru R ( u nás R = 6380 km). Kulová plocha procházející nulovým výškovým bodem, se nazývá nulová hladinová plocha, nebo také nulový skutečný (pravý) horizont. Ostatní kulové plochy se nazývají skutečné horizonty bodů. Nulový bod je pomyslný bod, kterému byla v určitém systému přisouzena výšková kota nula. Výškové měření je definováno jako práce, jejímž výsledkem je zjištění kolmé vzdálenosti bodů od základní (nulové) hladinové plochy. Kolmá vzdálenost bodu na povrchu Země od nulového (skutečného) horizontu se nazývá absolutní výškou. Ztotožňuje-li se nulový skutečný horizont se střední hladinou moře, nazývá se absolutní výška bodu výškou nadmořskou. Relativní výškou, také převýšením, jednoho bodu vzhledem k jinému se nazývá kolmá vzdálenost skutečných horizontů, proložených těmito body. Je to vlastně též rozdíl absolutních výšek těchto bodů. Kromě skutečného horizontu se v geodézii zavádí ještě horizont zdánlivý, který je tečnou rovinou vedenou v uvažovaném bodě ke skutečnému horizontu. (Mašín, 1978)
21
K určování nadmořských výšek bodů se v geodézii podle Mašína (1978) užívá těchto metod: 1) geometrická nivelace (přímý způsob) 2) trigonometrického měření výšek 3) geometrického měření výšek 4) barometrického měření výšek
2.5.1 Geometrická nivelace
Geometrická nivelace je přímý způsob výškového měření, při kterém používáme přístrojového horizontu, vytvořeného vodorovnou záměrnou osou nivelačního přístroje, k měření výškového rozdílu dvou bodů. (Novák, 1982) Rozlišujeme geometrickou nivelaci kupředu a geometrickou nivelaci ze středu. (Mašín, 1978 ). Nivelační metody se vzájemně liší jednak způsobem práce, jednak přesností. Volba metody se řídí tvarem terénu a požadovanou přesností. Porovnáním geometrické nivelace vpřed a ze středu vyniknou tyto rozdíly: při geometrické nivelaci vpřed se musí body v přírodě vyznačit kolíky, měřit výšky přístroje, musí se volit větší počet stanovisek než při způsobu ze středu a měření je dále znehodnoceno dalšími nevyhnutelnými chybami. Tohoto způsobu se proto využívá výjimečně.
2.5.1.1 Geometrická nivelace ze středu
Mašín (1978) charakterizuje geometrickou nivelaci ze středu jako nejrychlejší, nejpřesnější a často i nejhospodárnější za všech nivelačních metod. Vodorovné záměry se těsně přimykají ke skutečným horizontům, protože vzdálenosti latě od přístroje jsou poměrně krátké a stanoviska přístroje jsou volena uprostřed a na spojnici mezi dvěma laťovými přestavami, obr. 5. Nejvýznačnější výhody geometrické nivelace ze středu podle Mašína (1978) jsou: 1. stanoviska ani přestavy se nestabilizují 2. odpadá měření výšky přístroje 3. výpočetní práce jsou velmi jednoduché 22
4. snadná kontrola prováděných prací již během měření
Obr. 5 Schéma geometrické nivelace ze středu
2.5.1.2 Nivelační přístroje a pomůcky Nivelační přístroje slouží k vytvoření zdánlivého nebo přesněji řečeno přístrojového horizontu, kterého užíváme pro určení výškových rozdílů dvou bodů. (Doušek, 1992) Podle způsobu zajištění vodorovné záměrné osy (roviny) dalekohledu Doušek (1992) rozlišuje: a) nivelační přístroje libelové b) nivelační přístroje s automatickou horizontací Nivelační přístroj s nivelační libelou tvoří trojnožka s osovým válcem, která spočívá na třech stavěcích šroubech a dále otočná podložka, nesoucí dalekohled, jejíž čep zapadá do osového válce trojnožky. Cílení dalekohledu zprostředkuje hrubá a jemná ustanovka. K urovnání přístroje slouží obvykle krabicová libela. K přesnému urovnání dalekohledu do vodorovné polohy slouží nivelační libela. (Doušek, 1992) Nivelační přístroje se samočinným urovnáním přímky pomocí kompenzátoru jsou opatřeny různými typy kompenzátorů k přesnému samočinnému urovnání záměrné osy do vodorovné polohy. K předběžnému urovnání slouží krabicová libela, jejíž obraz je někdy převeden do zorného pole dalekohledu. (Doušek, 1992) Kompenzátory rozdělujeme podle Douška (1992) na kyvadlové a kapalinové. Kyvadlové kompenzátory mají buď vyrovnávací hranolový systém nebo pohyblivý nitkový kříž. Prvé z nich sestávají ze dvou hranolových systémů, z nichž jeden je pevně spojen s nivelačním přístrojem a druhý je upevněn na kyvadlo. Pohyblivý hranol je
23
zavěšen na vhodném mezičlenu a je ovládán zemskou tíží. Mezičlen je obvykle kyvadlo nebo kloubový závěs. Kompenzátory s opačným kyvadlem mají pohyblivý hranolový systém upevněn na statickém kyvadle. Toto kyvadlo je zavěšeno na torsních vláknech, které působí opačným momentem proti snaze kyvadla otočit se působením gravitace do stabilní polohy. Napínáním torsních vláken lze uvést oba momenty do takového vztahu, že pohyb kyvadla a hranoly kompenzuje naklonění záměrné osy. Kapalinovými kompenzátory je opatřen nivelační přístroj, kde krabicová libela sloužící k urovnání přístroje je vřazena do periskopicky uspořádaného dalekohledu. Bublina spolu s kapalinou vytváří kapalinovou čočku. Při naklánění přístroje pohyb této čočky vyrovnává záměru do vodorovné polohy. (Doušek, 1992) Pro technickou nivelaci používáme obvykle nivelační latě dřevěné. Latě jsou dlouhé 3 nebo 4 metry a jsou opatřeny centimetrovou stupnicí. Latě jsou provedeny jako latě sklopné, zasouvací nebo skládací. Číslování latí je provedeno po decimetrech, centimetry jsou střídavě bílé a barevné obdélníky uspořádané tak, aby nedocházelo při čtení k chybám. (Doušek, 1992) Podložky pod nivelační lať používáme pro přechodnou stabilizaci výškového bodu při traťové nivelaci. Podložky mají buď jeden nebo dva různě vysoké čepy. Dole má podložka tři hroty, které zajišťují po zatlačení do země její nehybnost. (Doušek, 1992)
2.5.2 Česká státní nivelační síť
Základ pro výšková měření na území našeho státu je soustava pevných výškových bodů vytvořená výškovými body nivelačních sítí Ι. – ΙV řádu a podrobných nivelačních sítí. Rozdělení výškového bodového pole podle vyhlášky Českého úřadu zeměměřického a katastrálního č. 31/1995 Sb., kterou se provádí zákon č. 200/1994 Sb.: a) základní výškové bodové pole -
základní nivelační body
-
body České státní nivelační sítě Ι. – ΙΙΙ. řádu (závazná zkratka ČSNS)
b) podrobné výškové bodové pole -
nivelační sítě ΙV. řádu
-
podrobné nivelační sítě (PNS) 24
-
stabilizované body technických nivelací
Stabilizace nivelačních bodů podle vyhlášky Českého úřadu zeměměřického a katastrálního č. 31/1995 Sb., kterou se provádí zákon č. 200/1994 Sb.: Bod výškového bodového pole (dále jen "nivelační bod") je stabilizován jedním z následujících způsobů: a) skalní značkou, kterou je vyhlazená ploška nebo vodorovná ploška s polokulovým vrchlíkem uprostřed b) hřebovou značkou, která se osazuje shora do vodorovné plochy skal, balvanů, vybraných staveb nebo do horní plochy nivelačního kamene c) hřebovou značkou, která je osazena shora do vodorovné plochy nebo ze strany do svislé plochy skal a vybraných staveb d) hřebovou značkou pro hloubkové stabilizace a pro tyčové stabilizace e) čepovou značkou s označením "Státní nivelace" pro nivelační body základního výškového bodového pole nebo bez označení pro nivelační body podrobného výškového pole, která se osazuje do stěn vybraných staveb, ze strany do líce nivelačního kamene nebo do svislých ploch skal, obr. 6a), 6b), 6c).
Obr. 6a), 6b), 6c) Vyobrazení čepové značky s technickými parametry
25
Ochrana nivelačních bodů se provádí podle vyhlášky Českého úřadu zeměměřického a katastrálního č. 31/1995 Sb., kterou se provádí zákon č. 200/1994 Sb. zpravidla výstražnou tabulkou nebo ochrannou tyčí a ochrannou skruží.
2.6 Mapování Mapování je souhrn činností vykonávaných pro účely grafického znázornění polohy a výšky podrobných bodů (vyhotovení mapy). Mapa je zmenšený geometrický obraz povrchu zemského nebo její části zpracovaný kartograficky. Ve zvoleném měřítku znázorňuje přehledně a spolehlivě důležité podrobnosti mající význam pro uživatele mapy. (Doušek, 1992) Obsahem map je polohopis, výškopis a popis. Obsah je ovlivněn účelem mapy, jejím měřítkem a stupněm generalizace, to je zjednodušení kresby polohopisu a výškopisu na podkladě zobecnění mapy. Generalizace map velkých měřítek je velmi malá, a proto zobrazují předměty polohopisu a výškopisu velmi věrně. Podle měřítka dělíme mapy na mapy velkého měřítka, mapy středního měřítka a mapy malého měřítka. Podle obsahu dělíme mapy na mapy základní, tematické a účelové a podle vzniku pak na mapy původní a odvozené. (Doušek, 1992) Účelové mapy jsou tematické mapy velkého měřítka, zhotovené za daným účelem. Obsahují kromě prvků základní mapy zákres dalších předmětů mapování pro daný účel. Mapa digitální je mapa s číselným záznamem svého obsahu, který je možno pomocí výpočetní a zobrazovací techniky znázornit a jinak účelově využít. Záznam se pořizuje buď početním zpracováním měřických údajů, nebo digitalizací mapy a je trvale uložen na vhodných paměťových médiích počítače. (Doušek, 1992) Doušek (1992) dodává, že mapový výškový originál obsahuje podrobné bodové pole, jehož body sloužily jako stanoviska výškopisného měření. Dále obsahuje všechny podrobně zaměřené výškové body a z nich zkonstruované vrstevnice. Výškopis je zde vyjádřen nejen vrstevnicemi, ale i pomocí šraf a výškových kot.
26
2.7 Geodetický software GROMA GROMA je geodetický systém pracující v prostředí MS Windows. Systém je určen ke komplexnímu zpracování geodetických dat od surových údajů přenesených z totální stanice až po výsledné seznamy souřadnic, výpočetní protokoly a kontrolní kresbu. Je určen ke geodetickým výpočtům. Lze v něm řešit všechny základní geodetické úlohy. Navíc obsahuje jednoduchou grafiku a možnost digitalizace rastrových dat. Umí zpracovávat data ve formátech všech běžných záznamníků, dávkově i jednotlivými výpočty. Program pracuje v prostředí 32 bitových Microsoft Windows. Pomocí programu GROMA můžete vést rozsáhlé seznamy souřadnic o kapacitě řádově stovky tisíc bodů, v závislosti na kapacitě operační paměti. Kromě seznamu souřadnic lze otevřít i okno se seznamem měření. Měření lze přímo importovat z formátů všech běžných záznamníků. Program obsahuje výpočetní úlohy jako polární metoda, ortogonální metoda, volné stanovisko (i protínání zpět), protínání ze směrů, hromadné protínání ze směrů, protínání z délek, všechny typy polygonových pořadů a další úlohy. Veškeré výpočetní úlohy probíhají v dialogových oknech, v nichž jsou přehledně uspořádány všechny vstupní i výstupní údaje. Program GROMA umožňuje dávkově spočítat celý seznam naměřených hodnot, nebo jeho část. Při dávkovém výpočtu zadáte pouze vstupní a výstupní soubor, a program bez dalšího zásahu spočítá souřadnice všech zaměřených bodů. Při dávkovém výpočtu umí program GROMA určit souřadnice polární metodou, volným stanoviskem (případně protínáním zpět) a protínáním ze směrů. Při všech výpočtech vznikají automaticky textové protokoly o výpočtu. Tyto protokoly lze přímo v programu GROMA editovat, tisknout, nebo dále zpracovávat libovolným textovým editorem. Lze také zapnout testování odchylek a geometrických parametrů dle předpisů platných pro práci v katastru nemovitostí. Výsledky těchto testů (negativní i pozitivní) jsou zapisovány do protokolu. Program GROMA umožňuje kompletní zpracování zápisníku (zpracování měření v obou polohách, opakovaných měření, obousměrně měřených délek, redukci směrů). Navíc lze měření opravit o vliv refrakce a zakřivení, o vliv indexové chyby, a lze dávkově spočítat převýšení ze zenitových úhlů.
27
2.8 Grafický systém KOKEŠ Grafický systém KOKEŠ je systém pro zpracování měření, tvorbu a údržbu map velkých měřítek. Systém KOKEŠ v sobě zahrnuje výkonný editor rozsáhlých geografických dat uložených v tzv. výkresech a různých rastrových podkladech a geodetických údajů o bodech uložených v tzv. seznamech souřadnic. Dále obsahuje moduly pro zpracování měření z terénu, geodetické a konstrukční výpočty, nástroje na kontroly a topologické úpravy dat. Je použitelný pro všechny běžné geodetické práce i pro tvorbu a údržbu mapových děl. Pro některé speciální úlohy jsou pak určeny jeho další nadstavby. Je vybaven vlastním programovacím jazykem, což umožňuje doplnění jeho široké nabídky funkcí podle vlastních potřeb. Všechny operace a výpočty jsou protokolovány a odpovídají požadavkům katastrálních úřadů. Údaje z měření v terénu (zápisník) lze importovat z totálních stanic. Obsahuje veškeré geodetické úlohy měřické i konstrukční. Vyrovnání sítí MNČ včetně výšek je vybaveno grafickým znázorněním výsledků a chyb a intuitivní podporou práce s vícenásobným měřením na stejném stanovisku. Nastavení korekcí a práce s kódem kvality je samozřejmostí. Systém umožňuje automatické zjištění třídy přesnosti mapování porovnáním skupiny identických bodů. K systému lze připojit nejen běžné tablety, digitizéry a planimetry, ale i GPS stanici. Veškerý obsah seznamů souřadnic může být uložen přímo ve výkresu. Vyjmenované prvky výkresu jsou slučovány do objektů, které jsou řazeny do vrstev. Speciální prvky, jako jsou kóty, šrafy, proměnné symboly (chránička, strom, atd.), jsou automatizovaně vytvářeny ze základních prvků a jsou proto snadno stále doplňovány. Bohatý rejstřík způsobů prezentace prvků výkresu (obarvení, síla, typy čar, bodové a liniové symboly, výplně ploch barvou, šrafou, vzorkem atp.) umožňuje tvořit výkresy podle norem nebo okamžité potřeby. Použitá prezentace je zpravidla dána obsahem tabulek, které nemusí být součástí výkresu a jejich úpravou či výměnou lze snadno a rychle změnit vzhled podle účelu výkresu. Kromě základních funkcí pro vytváření a opravy prvků výkresu obsahuje modul pro podporu práce podle předem definovaných technologií. Uživatel se tak nezabývá např. žlutou linií či kreslicím klíčem, ale středotlakým plynovodem. Vazba na
28
technologii může být uložena do výkresu. Moduly pro kontrolu dat umožňují zkontrolovat grafickou, technologickou a topologickou čistotu dat, případně i vazbu na katastr nemovitostí a nalezené chyby lze postupně procházet a opravovat. Systém KOKEŠ je schopen zobrazovat veškeré typy obecně známých binárních (černobílých) i barevných rastrů. Rastry je možno několika způsoby souřadnicově připojovat, transformovat, měnit jim barvy, zprůhledňovat a maskovat (zneviditelnit jejich části). V plné verzi systému lze rastry navíc slučovat, ořezávat a přerastrovat (změna hustoty a barevné hloubky při zachování formátu) nebo změnit jejich formát (uložit jako). Vyjmenované operace nezasahují do originálních souborů a ty tedy zůstávají v původním stavu. Výjimku tvoří pouze přerastrování s volbou "do původního souboru". Binární rastry se zobrazují jako průhledné a tuto vlastnost lze potlačit. Systém je datově zcela otevřený, datový formát je podrobně popsán a běžně je používán i textový formát dat. Systém pracuje s daty českého a slovenského katastru (VKM, VGI, VFK) a technické mapy (VTM). Navíc lze používat moduly pro export a import formátu DGN (MicroStation), DXF (AutoCAD) a shapefile (ArcView). Data ve formátech DGN, DWG a SHP lze také přímo zobrazit (bez konverze), ale není možné je editovat.
3 PRAKTICKÁ ČÁST 3.1 Zhuštění stávajícího polohového bodového pole
Prvním úkolem bylo vytvořit si vlastní síť měřických stanovisek v rámci daného území. Bylo nutno získat informace týkající se samotného území a bodových polí. Nová stanoviska jsem nejprve stabilizoval a signalizoval, poté jsem přistoupil k samotnému zaměření jednotlivých bodů. Stanoviska byla zaměřena polygonovým pořadem oboustranně připojeným a oboustranně orientovaným.
3.1.1 Získání podkladů a rekognoskace terénu Geodetické údaje o trigonometrickém bodu číslo 1, zhušťovacích bodech číslo 264 a 227 jsem převzal od vedoucího bakalářské práce pana inženýra Miloše Cibulky. Souřadnice všech bodů jsou určeny v souřadnicovém systému S – JTSK.
29
Trigonometrický bod číslo 1 je bod s trvalou stabilizací. Jako stabilizace slouží makovice věže hradu Špilberk. Oba zhušťovací body jsou stabilizovány jednou povrchovou a jednou podzemní značkou. Bod číslo 264 je navíc opatřen červeno – bíle natřenou ochrannou tyčí. Rekognoskace terénu spočívá v důkladném prozkoumání zaměřovaného území. Na základě geodetických údajů jsem vyhledal všechny body bodových polí v daném území. Jejich polohu jsem překontroloval pomocí oměrných měr uvedených v náčrtku zakresleném v místopisu každého bodu. Dále jsem rekognoskoval celé zaměřované území se zřetelem na určení hranic zaměřovaného území, volbu přibližné polohy jednotlivých polygonových bodů a celkovou strukturu reliéfu.
3.1.2 Stabilizace a signalizace nových bodů
Polohy jednotlivých bodů polygonového pořadu oboustranně připojeného a oboustranně orientovaného jsem volil na základě struktury reliéfu a přehlednosti terénu, s ohledem na geometrická kritéria pro zaměřování ostatních bodů PBPP polygonovými pořady daná Návodem pro obnovu katastrálního operátu mapováním. Nově určované body jsem stabilizoval dřevěnými kolíky v případě jejich stabilizace v nezpevněném terénu, jednalo-li se o stabilizaci bodu na asfaltové komunikaci, použil jsem měřický hřeb, (viz. příloha č. 6). Body polygonového pořadu číslo 4003, 4004, 4006, 4013 a 4021 jsem stabilizoval dřevěnými kolíky čtvercového průřezu. Jejich tloušťka je 3 cm a délka 30 cm. Stejným způsobem jsem stabilizoval též stanoviska 4023 a 4024 určená rajonem. Polygonové body číslo 4001, 4002, 4005, 4007, 4008, 4009, 4010, 4011, 4012, 4014, 4015, 4016, 4017, 4018, 4019 a 4020 jsem stabilizoval měřickým hřebem. Měřický hřeb jsem zarazil kladivem do zpevněné asfaltové komunikace. Po ukončení stabilizace všech polygonových bodů jsem přistoupil k vytvoření tzv. místopisů bodů, (viz. příloha č. 2.). Poloha jednotlivých bodů byla zajištěna měřením vzdáleností nejméně ke dvěma pevným bodům ( stromy, rohy zídek, apod.) v okolí polygonového bodu. Vzdálenosti jsem měřil měřickým pásmem s přesností na centimetry.
30
3.1.3 Příprava přístroje k měření
Před měřením na stanovisku jsem musel přístroj nejprve zcentrovat a horizontovat. Nejdříve jsem postavil na stanovisko stativ tak, aby horní plocha hlavy stativu byla přibližně ve vodorovné poloze. Nohy stativu jsem pak dobře přišlápnul, a to i v případě, že stroj byl stavěn na bod zbudovaný v asfaltové komunikaci. Potom jsem teodolit umístil na stativ a připnul jsem jej volně upínacím šroubem. Všechny tři stavěcí šrouby jsem měl v té době stejně zašroubovány nad horní hranou stativu, aby se nezařezávali a nestrhávali na nich závity. Třínožku teodolitu jsem pak volně posouval po hlavě, až v byl zorném poli optického dostřeďovače střed kroužku totožný s se středem stabilizační značky. Poté jsem přitáhl upínací šroub a došlo tak k pevnému spojení přístroje a stativu. Tímto úkonem jsem teodolit dostředil – zcentroval. Následovala horizontace přístroje, která vlastně spočívá v urovnání limbového a tím i alhidádového kruhu do vodorovné polohy. Horizontovat bylo nutno pomocí trubicové libely též libelu krabicovou. Nejprve jsem natočil přístroj tak, aby trubicová libela zaujala polohu rovnoběžnou se spojnicí dvou stavěcích šroubů. Po jejím urovnání jsem přístrojem otočil o 90° a třetím stavěcím šroubem jsem opět trubicovou libelu urovnal. Tímto došlo k urovnání též libely krabicové. Tento postup jsem opakoval tak dlouho, až byly obě libely řádně urovnané. Pokud v průběhu horizontace došlo k porušení dostředění přístroje, přístroj jsem dostředil a celý postup horizontace opakoval.
3.1.4 Zaměření sítě polygonových bodů a rajonů
Po pečlivém urovnání přístroje již bylo možno přístroj zapnout a přistoupit k samotnému měření úhlů a délek v polygonovém pořadu. Vrcholové úhly polygonového pořadu, jakož i úhly připojovací a zenitové vzdálenosti, jsem měřil v obou polohách dalekohledu. Měřením v obou polohách dalekohledu jsem docílil částečného vyloučení osových chyb přístroje a také jsem zvýšil přesnost v zaměření úhlu. Na každém stanovisku jsem měřil vodorovné úhly levotočivé. Délky jsem měřil vždy dvakrát a to s přesností na centimetry. Druhé měření délky jsem provedl vždy v opačném směru oproti měření prvnímu. Všechny naměřené úhlové i délkové hodnoty byli přímo v terénu registrovány v přístroji. 31
Během přesunu na další stanovisko měření jsem přístroj z hlavy stativu nesejmul, nýbrž na stativu ponechal a pevně upevněn jsem jej takto přenesl na další stanovisko. Pro zaměření sítě polygonových bodů jsem použil přístroj firmy Topcon GTS 229, obr. 7, a optický hranol.
Obr. 7 Světelný dálkoměr Topcon GTS 229
3.2 Podrobné polohopisné měření metodou polárních souřadnic Podrobné měření jsem prováděl metodou polárních souřadnic. Jednotlivé podrobné body jsou tedy určeny polárními souřadnicemi, tzn. vodorovným úhlem sevřeným základním směrem orientovaného bodu a směrem zacíleného bodu, dále pak vzdáleností zaměřovaného bodu od stanoviska. Pro zaměření dané části arboreta jsem využil stanoviska číslo 4009, 4010, 4011, 4018, 4019 a 4020, jejichž souřadnice byli určeny polygonovými pořady. Dále jsem při podrobném měření využil stanovisek číslo 4023 a 4024. Souřadnice těchto stanovisek jsou určeny rajonem. Souřadnice bodu 4023 jsou určeny rajonem z bodu 4017 a souřadnice bodu 4024 rajonem z bodu 4009. Vlastní podrobné měření tedy probíhalo na těchto stanoviskách. Na stanovisku jsem nejprve provedl centraci a horizontaci přístroje. Po jeho zapnutí jsem nastavil nulu horizontálního kruhu přístroje na jiný (buď předchozí či následující) nejbližší polygonový (orientační) bod. Poté bylo nutno v přístroji nastavit soubor, do kterého budou měřená data ukládána, výšku stroje, výšku cíle, číslo stanoviska a číslo orientace (nula děleného kruhu). Po zajištění nulového směru a
32
naměření délky na orientaci jsem již mohl přistoupit k zaměření jednotlivých podrobných bodů. Délky od stanoviska k podrobným bodům jsem měřil pouze jedenkrát s přesností na centimetry. Úhly jsem měřil pouze v jedné poloze dalekohledu. Při měření každého bodu jsem tedy nejprve zacílil na hranol postavený na podrobném bodě, změřil délku přístroj – podrobný bod, a zadáním příkazu „reg“ v menu zobrazeném na displeji dálkoměru, jsem každý zaměřený bod uložil do paměti přístroje. Takto jsem na stanovisku postupně zaměřil všechny prvky polohopisu, všechny body význačné z hlediska výškopisu a jednotlivé stromy a keře, které byli viditelné a nacházeli se poblíž stanoviska přístroje. Měření na každém stanovisku jsem vždy ukončil kontrolou orientace. Pokud orientační směr souhlasil, bylo možno měření na stanovisku ukončit, přístroj vypnout a přejít na další stanovisko podrobného měření. Podrobné měření jsem prováděl přístrojem firmy Topcon GTS 229, (viz. obr. č. 7). K měření jsem také použil optický hranol.
3.3 Výškové měření Pro určení nadmořské výšky polygonových bodů a bodů určených rajonem jsem použil metodu technické nivelace, konkrétně pak metodu geometrické nivelace ze středu. Před samotným měřením jsem si na Ústavu geoinformačních technologiíí Mendelovi zemědělské a Lesnické univerzity obstaral nivelační údaje bodu podrobné nivelační sítě č. 571, (viz příloha č. 2).
3.3.1 Geometrická nivelace ze středu
Nivelační pořad měřený touto metodou se nazývá nivelační pořad uzavřený, neboť počáteční a koncový bod nivelačního pořadu se shodují ( bod č.501). Měření bylo provedeno ve výškovém systému Baltském po vyrovnání (Bpv). Před měřením jsem si obstaral formulář nivelačního zápisníku, do kterého jsem zapsal v kolonce „poznámka“ údaje jako jméno měřiče, datum měření, označení přístroje, počasí a jiné důležité poznámky, (viz. příloha č. 1). Měření tedy započalo na bodě č. 571. Ve vhodné vzdálenosti od tohoto bodu jsem postavil a urovnal nivelační přístroj. Urovnání spočívalo v urovnání krabicové
33
libely stavěcími šrouby. Dále postavil pomocník na známý výškový bod nivelační lať do svislé polohy pomocí krabicové libely. Poté jsem zacílil na nivelační lať, zaostřil jsem její stupnici a přečetl laťový úsek. Naměřenou hodnotu jsem zapsal do nivelačního zápisníku do sloupce čtení vzad. Poté přešel pomocník na první přestavový bod, který zvolil zhruba ve stejné vzdálenosti ode mne, jako byl výškový bod. Vzdálenost pomocník odkrokoval a její přibližnou hodnotu v metrech mi následně sdělil pro její zaznamenání do nivelačního zápisníku. Krokováním byla určena přibližná délka celého nivelačního pořadu. Na místě bodu pomocník umístil nivelační podložku a na ni opět svisle nivelační lať. Na lať jsem opět zacílil a přečetl a zapsal hodnotu laťového úseku do nivelačního zápisníku. Pomocník potom zůstal na prvním přestavovém bodě a já se s přístrojem přesunul na nové stanovisko. Měření poté probíhalo stejným způsobem jako na stanovisku prvním. Výška polygonového bodu číslo 4005 byla určena boční záměrou. Boční záměra doplňuje nivelační sestavu (záměra vzad a záměra vpřed) a v posloupnosti měření následuje po záměře vzad. Výška bodu 4005 byla měřena nivelací pro kontrolu určení nadmořské výšky bodu polygonovým pořadem. Měřením byl zjištěn rozdíl v určení výšky bodu polygonovým pořadem a nivelací 1cm. V průběhu měření pomocník volil přestavové body tak, aby záměry neprocházeli těsně nad terénem a chyby z refrakce neznehodnotili měření. Délky záměr jsem volil s ohledem na sklonitost terénu, požadovanou přesnost a počasí. Nebyla překročena mezní hodnota záměry 120 metrů ani maximální délka jednostranně připojeného nivelačního pořadu, která činí 3 km. Přesnost měření výšek bodů určených geometrickou nivelací ze středu pro technickou nivelaci se posuzuje podle odchylky v uzávěru oboustranné nivelace nebo jednosměrné nivelace po okruhu, která nesmí u nestabilizovaných bodů překročit 40√r v milimetrech, kde r je délka obousměrné nivelace nebo poloviční délka jednosměrné nivelace v kilometrech. Délka jednosměrné nivelace po okruhu
0,7
km
Poloviční délka jednosměrné nivelace (r)
0,35
km
∆ = 40√r = 40√ 0,35 = ± 0,024 m ∆ = - 0,006 m (odchylka měření – odchylka nebyla překročena) Nivelaci jsem provedl přístrojem Topcon AT – G4, obr. 8. Při měření jsem použil zasouvací čtyřmetrovou lať. Lať je šachovnicového typu a jednotlivé 34
centimetrové dílky jsou zbarveny střídavě červeně a bíle. Lať je číslována po decimetrech a je opatřena krabicovou libelou. Při měření jsem též použil nivelační podložku kruhového tvaru opatřenou na horní straně dvěma zakulacenými výstupky.
Obr. 8 Nivelační přístroj Topcon AT – G4
3.4 Stažení dat z přístroje do PC Pro přenos dat z paměti přístroje do PC jsem použil program GEOMANW. GEOMANW je geodetický manažer pro přenos a zpracování měřených dat ze všech typů totálních stanic s vnitřní pamětí firmy Topcon. Program pracuje v prostředí Windows a využívá některých standardních Windows programů jako například WordPad. Při samotném přenosu dat jsem nejprve v okně hlavního menu programu GEOMANW vybral volbu „Přijmout data“. Po této volbě se zobrazilo dialogové okno pro nastavení cílového adresáře, do kterého mají být data uložena. Po potvrzení volby a nastavení totální stanice do režimu odeslání dat byl přenos zahájen, a přenášená data zobrazována na monitoru počítače. Po zavedení korekcí, (tzn. redukce délek do S – JTSK), byl v cílovém adresáři vytvořen jednak soubor *.SDT obsahující neupravená data ve formátu totální stanice a dále soubor *.ZAP, u kterého byla provedena konverze do formátu MAPA.
35
3.5 Zpracování dat v systému GROMA Po otevření programu GROMA jsem na hlavní liště programu tlačítkem „Soubor – Nový“ založil nový seznam souřadnic. Stiskem tlačítka OK se mi otevřelo okno seznamu souřadnic. Volbou „Souřadnice – Přidej položku“ jsem postupně vložil do okna nového seznamu souřadnic všechny body bodového pole, které byli využity pro měření. Následoval výpočet polygonového pořadu. Dialogové okno polygonového pořadu jsem otevřel pomocí volby „Výpočty – Polygonový pořad“, obr. 9. Okno je tvořeno pěti kartami. K výpočtu polygonového pořadu jsem vyplnil karty „Počáteční bod“, „Koncový bod“ a kartu „Měřená data“. Body jsem na všech kartách ukládal pomocí tlačítka „Přidat“. Po vyplnění těchto karet jsem polygonový pořad vypočítal stiskem tlačítka „Výpočet“. Vypočítaný polygon jsem následně uložil tlačítkem „Uložit pořad do souboru“ na kartě „Vstupy/Výstupy“. V dialogovém okně pro výpočet polygonového pořadu jsem potom stiskem tlačítka „Protokol“ zobrazil protokol o výpočtu polygonového pořadu a uložil jsem jej do PC. Seznam souřadnic bodů bodového pole, rajonů, bodů polygonových a protokol o výpočtu polygonových pořadů je součástí přílohy č. 3.
Obr. 9 Dialogové okno pro výpočet polygonového pořadu
36
Výpočet souřadnic podrobných bodů jsem započal zvolením tlačítka „Výpočty“ v hlavním menu základního okna programu GROMA. Dále jsem zvolil možnost „Polární metoda dávkou“. Tím se mi na monitoru zobrazilo dialogové okno pro výpočet polární metody dávkou, obr. 10, ve kterém probíhal výpočet souřadnic podrobných bodů. Při výpočtu bylo zároveň nutné, aby byl aktivní seznam souřadnic bodů bodového pole. Tuto skutečnost jsem zajistil volbou „Soubor – Aktivní seznam souřadnic“. Poté jsem nejprve jsem v dialogovém okně zadal vstupní soubor. Jednalo se o soubor s příponou *.mes. Tento soubor obsahoval naměřené hodnoty získané v terénu při podrobném měření. Poté jsem zadal soubor výstupní. Jednalo se o soubor nový, který jsem v této fázi ještě nepojmenoval. Do tohoto souboru se po stisku tlačítka „Výpočet“ v dialogovém okně polární metody dávkou načetli souřadnice všech podrobných bodů. Po načtení souřadnic jsem si výstupní soubor pojmenoval a uložil. Následně jsem stiskem tlačítka „Protokol“, v tomtéž dialogovém okně, otevřel protokol o výpočtu souřadnic polární metody dávkou a tento protokol jsem si též uložil. Seznamy souřadnic podrobných bodů a protokoly o výpočtu souřadnic polární metody dávkou jsou součástí přílohy č. 3.
Obr. 10 Dialogové okno výpočtu polární metody dávkou
37
3.6 Zpracování dat v grafickém systému KOKEŠ Po otevření programu KOKEŠ jsem zadal volbu „Nový soubor“. Soubor jsem pojmenoval a uložil od cílové složky. Následně se otevřelo dialogové okno s nastavením souřadnicového systému, měřítka výkresu, přesnosti souřadnic a dalšími nastaveními. Dialogové okno jsem potvrdil tlačítkem OK. Volbou „Soubor – Otevřít“ v hlavním menu programu Kokeš jsem otevřel soubor se seznamem souřadnic. Soubor má příponu STX. Potom jsem již mohl přistoupit k vlastní tvorbě kresby. Kresbu jsem tvořil zadáním volby „Výkres – Linie – Tvorba linie“. Tím se mi na monitoru otevřelo dialogové okno, obr. č. 11. Po zadání čísla vrstvy k ukládání kresby tlačítkem „ Nový objekt“ jsem mohl začít spojovat jednotlivé podrobné body a vykreslovat tak polohopis. Při kreslení jsem si vybíral v závislosti na charakteru objektu polohopisu různé typy linií. Typy linií jsem si vybíral stiskem horní ze dvou černých šipek v okně tvorby linie. Stiskem spodní šipky v okně jsem si vybíral různé mapové značky. Zatržením tlačítek P, L, R a C jsem si vybíral mezi kresbou vztahujíce k bodu (P), kresbou linie (L), kresbou oblouku (R) a kresbou křivky (C). V případě chybného umístění linie nebo mapové značky jsem tyto prvky smazal zadáním volby „Výkres – Rušení prvků“.
Obr. 11 Dialogové okno pro tvorbu linií
38
Po vykreslení polohopisu jsem přistoupil ke kreslení výškopisu. Nejprve jsem si přes volbu „Pohled – Obsah oken“ zapnul současné zobrazení čísel bodů a jejich výšek. Potvrzením tlačítkem OK se fialově zobrazila výšková kóta každého podrobného bodu. Následovalo interpolování vrstevnic, k němuž jsem se dostal přes volbu „Výpočty – Další konstrukční – Interpolace vrstevnic“. Vrstevnice jsem interpoloval výběrem kroku vrstevnic 1. Krok vrstevnic jsem zvolil v jednoduchém okně zobrazeném po potvrzení předchozí volby. Interpolací jsem do výkresu přidal velké množství kót bodů o nadmořské výšce v celých metrech. Tyto body slouží pouze ke konstrukci vrstevnic, a proto neměli svoje vlastní číslo. Vrstevnice jsem po jejich interpolaci vykreslil obdobně jako linie při tvorbě polohopisu s tím rozdílem, že tyto jsem kreslil hnědou barvou. Volbou „Aplikace – Výškopis – Popis vrstevnic“ jsem následně všechny vrstevnice popsal. Do výkresu jsem ještě doplnil popisné informace. Popis jsem do výkresu umisťoval po volbě „ Výkres – Práce s textem“.
39
4 ZÁVĚR Hlavními cíli bakalářské práce bylo vyhotovení polohopisného a výškopisného plánu části arboreta MZLU v Brně a vyhotovení databáze prvků stromové a keřové vegetace v měřítku 1 : 500. Arboretum se nachází v katastrálním území Ponava. Pro měření polohopisu byl použit světelný dálkoměr Topcon GTS 229 a pro měření nivelace přístroj Topcon AT – G4. Zaměřený polohopis a výškopis svou přesností vyhovuje kritériu 4. třídy přesnosti dané Návodem pro obnovu katastrálního operátu mapováním. Pro zpracování výsledků měření byl použit systém GROMA, v němž se uskutečnily veškeré výpočetní práce. Pomocí grafického systému KOKEŠ pak byla vytvořena grafická část práce. Konečným výsledkem geodetické práce bylo vyhotovení účelové mapy zobrazující polohopis, výškopis a polohové určení jednotlivých prvků zaměřovaného porostu daného území. K mapovému podkladu byla též vytvořena databáze stromové a keřové vegetace. Mapový podklad i databáze byli vytištěny, uloženy na paměťové médium a jsou součástí příloh této práce.
40
5 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] Mašín, Z. Geodézie 1. 2. vyd. Praha : Kartografie, n. p., 1978. 380 s. [2] Doušek, F. Geodézie. 1. vyd. Brno : VŠZ, 1992. 283 s. ISBN 80-7157-042-7 [3] Doušek, F. Geodézie – praktická cvičení. 1. vyd. Brno : Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 1998. 146 s. ISBN 80-7157-076-1 [4] Novák, O; Doušek, F. Zemědělská geodézie. 1. vyd. Brno : VŠZ, 1982. 238 s. [5] Návod pro obnovu katastrálního operátu mapováním, ČÚZK Praha 1997, č.j. 21/1997 – 23 ve znění dodatku č. 1, Praha 1998, č.j. 5239/1998 – 23. [6] Www.groma.cz [online]., 2007 [cit. 2007-04-07]. Dostupný na World Wide Web: <www.groma.cz.> [7]
Www.gepro.cz [online]. 2006 [cit. 2007-04-07]. Dostupný na World Wide Web: <www.gepro.cz>
[8] Vyhláška Českého úřadu zeměměřického a katastrálního č. 31/1995 Sb., kterou se provádí zákon č. 200/1994 Sb., o zeměměřičství a o změně a doplnění některých zákonů souvisejících s jeho zavedením
41
6 SEZNAM OBRÁZKŮ č. 1
Způsob stabilizace zhušťovacího bodu
č. 2
Schéma polygonového pořadu oboustranně připojeného a oboustranně orientovaného
č. 3
Polární souřadnice
č. 4
Schématický popis teodolitu
č. 5
Schéma geometrické nivelace ze středu
č. 6
Vyobrazení čepové značky s technickými parametry
č. 7
Světelný dálkoměr Topcon GTS 229
č. 8
Nivelační přístroj Topcon AT – G4
č. 9
Dialogové okno pro výpočet polygonového pořadu
č. 10 Dialogové okno výpočtu polární metody dávkou č. 11 Dialogové okno pro tvorbu linií
42
7 PŘÍLOHY č. 1 Nivelační zápisník č. 2 Místopisy bodů č. 3 Textové výstupy programu Groma-protokoly o výpočtu a seznamy souřadnic bodů č. 4 Polohopisný a výškopisný plán části arboreta MZLU Brno č. 5 Databáze stromové a keřové vegetace č. 6 Fotografie stabilizace polygonového bodu a rajonu č. 7 Fotografie zaměřovaného území č. 8 Fotografie přístroje Topcon GTS 229
43
