Geodetické sítě Jan Kostelecký
O jaké sítě půjde • lokální (nejvyšší dosažitelné přesnosti, používá je inženýrská geodézie) (těch si nebudeme všímat) • regionální (národní) – určeny pro praktické geodetické práce (mapování, katastr, …) • globální (kontinentální, celosvětové)
O jaké typy sítí půjde • • • •
polohové (trigonometrické sítě) výškovou (nivelační síť) tíhovou (gravimetrická síť) geodynamickou síť – všechny tyto typy sítí souvisí s geodetickými základy
1
Jaké metody měření zmíníme • „klasické“ – měření úhlů (teodolity) a délek (dálkoměry) (ale i tzv. geodetické základny) • astronomické – určování astronomických zeměpisných souřadnic • techniky kosmické geodézie (nejvýznamnější je technologie GNSS) • měření tíhového zrychlení (gravimetrie)
Nejdříve něco o souřadnicích
Geodetický referenční systém a souřadnicová soustava Z
Y X
2
Rovinné souřadnice na mapách N
E
Přechod z pravoúhlého prostorového souřadnicového systému do rovinných souřadnic • Výběr referenčního elipsoidu • XYZ → geodetické souřadnice na referenčním elipsoidu (zem. šířka a délka) • Převod geodetických souřadnic na rovinné souřadnice na mapách → je to zobrazení, ne projekce – dochází ke zkreslení buď úhlů, nebo délek, ploch!
Z elipsoidu do roviny
N h
ϕ
E
λ
3
Výběr referenčního elipsoidu – • lokální, nejlépe vyhovuje danému území • geocentrický (celosvětový)
A teď již o sítích
Realizace souřadnicových systémů • Trigonometrická síť, zaměřená klasickými metodami – měření úhlů, resp. délek
4
Astronomicko – geodetická síť Měření astronomických souřadnic zem. šířky a délky pro „umístění sítě“ na elipsoidu
5
Souřadnicové systémy vzniklé na základě trigonometrické sítě • Systém jednotné trigonometrické sítě katastrální – S-JTSK, S-JTSK/95, vázány na Křovákovo zobrazení – civilní mapy • Systémy S52, S42, S42/83, UTM – vázány na Gauss-(Kruegerovo zobrazení) – vojenské mapy
Základní kartografická zobrazení v ČR • Křovákovo konformní kuželové zobrazení v obecné poloze – používá se pro civilní mapy velkých a středních měřítek • Gauss-Kruegerovo válcové konformní zobrazení v poledníkových pásech – používá se pro vojenské topografické mapy • UTM (Universal Transverse Mercator) prakticky shodné s GK zobrazením – používá NATO • Pro účelové mapy se používá obojí (Křovákovo i Gauss-Kruegerovo)
Křovákovo zobrazení
6
Křovákovo zobrazení
Křovákovo zobrazení osa Y -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100
0 0 -100 -200
použití pro civilní mapy velkých (katastrální mapy) a středních měřítek (topografické mapy)
-300 -400 -500
-700
1. oktant --> Y < X -800
osa X
-600
-900 -1000 -1100 -1200 -1300 -1400 -1500
Mapa v Křovákově zobrazení – topografická mapa 1:10000 Y = 682000 m, X = 956000 m
7
Gauss-Kruegerovo zobrazení V ČR na Krasovského elipsoidu
Gauss-Kruegerovo zobrazení Československa Souřadnice: každý pás má vlastní souřadnicovou soustavu +X
+Y (reduk) Souřadnice: X = 5 xxx xxx, Y = 3 500 000 + Y (reduk)
Mapa v Gauss-Kruegerově zobrazení – Top. mapa 1:25000 Souřadnice: X = 5497000 m, Y = 4312000 m číslo pásu
8
Výšky zemský povrch geoid h H
Lokální elipsoid
N
elipsoid
Nivelační síť
Tíže - gravimetrická síť měření relativními nebo absolutními gravimetry
9
Geodynamika – geodynamická síť měření: poloha: GPS nadmořská výška: VPN tíže: gravimetrie
Globální (celosvětové) souřadnicové systémy • Mohou vznikat až v éře kosmické geodézie, od 60. let se budují na základě družicových pozorování: fotografická, laserová, dopplerovská interferometrická • Přesnost souřadnic: 60. léta 20. stol. ~ 30 m 70. léta ~ 1 – 2 m 90. léta ~ 1 dm
Současné globální souřadnicové systémy • Mezinárodní nebeský souřadnicový systém (ICRS) – realizován souřadnicemi kvazarů • Mezinárodní terestrický souřadnicový systém (ITRS) – realizován souřadnicemi stabilizovaných bodů na zemském povrchu přesnost 2 až 5 cm v jedné souřadnici
10
Realizace Realizaci ICRS a ITRS koordinuje Mezinárodní služba rotace Země a souřadnicových systémů (Int. Earth Rotation Service and Coordinate Systems IERS) Jednotlivé pozorovací techniky koordinují:
• • • •
International GPS Service (IGS) International Laser Ranging Service (SLR) International VLBI Service (IVS) International DORIS Service (IDS)
Vztah mezi ICRS a ITRS (1) • ICRS je vázáno na hvězdy (kvazary) • ITRS je vázáno na Zemi • Vzájemný vztah zprostředkovávají tzv. parametry orientace Země (Earth Orientation Parameters - EOP) – precese a nutace, variace v rotaci Země, pohyb pólu
11
Vztah mezi ICRS a ITRS (2) • Vzhledem k tomu, že se pro realizaci používají kosmické techniky, jsou pozorování vázána na pohyb družic nebo souřadnice kvazarů • Pohyb družic umíme popsat v ICRS • Souřadnice kvazarů máme v ICRS >> ITRS nelze realizovat bez znalosti (nebo současného určování) EOP
Čtyři základní pozorovací techniky kosmické geodézie • • • •
GNSS – Global Navigation Satellite System SLR – Satellite Ranging Systém VLBI – Very Long Baseline systém DORIS – Doppler Orbitography
Global positioning system - GPS Určování relativních hodnot souřadnic stanic, drah družic a EOP z kódových a fázových měření na permanentních stanicích
12
Satellite Laser Ranging - SLR určování absolutních souřadnic stanic, drah družic a EOP pomocí měření vzdáleností stanice – družice pomocí pulsního laseru
Very Long Baseline Interferometry – VLBI Určování relativních souřadnic stanic, souřadnic radiozdrojů a EOP pomocí pozorování kosmických radiových zdrojů (kvazarů)
Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite - DORIS Určování drah družic, souřadnic stanic, EOP z Dopplerovských pozorování
13
International Celestial Reference System (ICRS) • Realizace ideálního inerciálního systému pomocí přesných (chyba 0.0003“) rovníkových souřadnic mimogalaktických zdrojů pozorovaných pomocí Very Long Baseline Interferometry (VLBI)
International Terrestrial Reference System (ITRS) Je množina bodů s určenými souřadnicemi XYZ a časovými změnami (rychlostmi rychlostmi)) který realizuje ideální terestrický referenční systém • Realizován technikami kosmické geodézie: VLBI, SLR, LLR, GPS, DORIS, PRARE
Genese ITRF (frame, rámec ITRS) Name ITRF0 ITRF88 ITRF89 ITRF90 ITRF91 ITRF92 ITRF93 ITRF94 ITRF96 ITRF97 ITRF2000 ITRF2005
origin scale orientation BTS87 BTS87 BTS87 ITRF0 ITRF0 ITRF0 SLR(SSC(CSR)) SLR(SSC(CSR)) NNR wr ITRF88 SLR(SSC(CSR)) SLR(SSC(CSR)) NNR wr ITRF89 SLR(SSC(CSR)) SLR(SSC(CSR)) NNR wr ITRF90 SLR(SSC(CSR)) SLR(SSC(CSR)) NNR wr ITRF91 special construction, critized later SLR + GPS SLR + GPS + VLBI NNR wr ITRF92 SLR + GPS SLR + GPS + VLBI NNR wr ITRF94 SLR + GPS SLR + GPS + VLBI NNR wr ITRF96 SLR VLBI + SLR NNR wr NNRNUVEL1A SLR VLBI NNR wr ITRF2000
14
Realizace Realiza ce ITRF2005 ITRF2005
výsledek: souřadnice X a rychlosti stanic V + + EOP
15
ITRF2000 - European stations (VLBI, SLR, GPS) 90o
80o
60o
50o
40o
30o -30o
-20o
-10o
0o
10o
20o
30o
40o
50o
60o
longitude VLBI
SLR
GPS
Velocities of GPS permanent stations with respect to "ITRF2000 reference frame" determined from ITRF2000 combined solution 70o
65o
60o
latitude
55o
50o
45o
40o
35o
30o -10o
-5o
0o
5o
10o
15o
20o
25o
30o
35o
40o
45o
50o
longitude
2 cm/year
(ITRF2000) - (NUVEL1 after correction) horizontal shift 70o
65o
60o
55o latitude
latitude
70o
50o
45o
40o
35o
30o -10o
-5o
0o
5o
10o
15o
20o
25o
30o
35o
40o
45o
50o
longitude
2 cm/year
16
Tektonické desky Plate motions according to NUVEL1-NNR
NOAM
EURA
50 o
latitude
PHIL 0o
PCFC
CARB
AFRC NAZC
AUST
SOAM -50 o
ANTA 0o
50o
100o
150o
200 o
250o
longitude
5 cm/year
Pohyb euroasijské desky zhruba 2.7 cm SV za rok
Tektonická deska
300 o
350o
vektor posunutí bodu B B
XB
ω = vektor úhlové rotace desky
Plate motions according to NUVEL1-NNR
EURA
50o
atitude
PHIL 0o
AFRC
Realizace Realiza ce ITRF2008 Datové centrum
časový rozsah dat
Typ dat
IVS (VLBI)
1980.0 - 2009.0
Normální rovnice
ILRS (laser)
1983.0 – 2009.0
Kovarianční matice
IGS (GNSS)
1997.0 – 2009.5
Kovarianční matice
IDS (Doris)
1993.0 - 2009.0
Kovarianční matice
Kombinované řešení normálních rovnic
výsledek: souřadnice a rychlosti stanic + + EOP
17
ITRF 2008 – stanice, sloužící pro stanovení parametrů k ITRF 2000
18
Systém ETRS • Zavedení v důsledku pohybu euroasijské tektonické desky >> změna souřadnic vůči ITRS o 3 cm za rok • Vznikl zakonzervováním souřadnic evropských stanic systému ITRS89 v epoše 1989.0 • Podobně jako ITRS je neustále zpřesňován
EUREF campaigns 1988 - 1999 80o
70o
latitude
60o
50o
40o
30o -30o
-20o
-10o
0o
EUREF 1988 - 1993 EUREF 1994 EUREF 1995 EUREF 1996
10o longitude
20o
30o
40o
50o
EUREF 1998 EUREF 1999
19
Zapojení ČR do Evropských základů (1) • polohové: – 1990 – systém ED87 – zapojení pomocí „klasických“ měření (trig. síť) – 1991 – GPS kampaň EUREF-EAST-91 (přejmenovaná na EUREF-CS/H-91) – poté národní kampaně ….. současnost: síť permanentních GNSS stanic (CZEPOS, …)
• navazují systémy S-JTSK/95 a S-JTSK/05
Realizace ETRS89 v České republice • Kampaň EUREF-CS/H-91 (1991) • Kampaň NULRAD (1992) • Kampaň CS-BRD-93 (1993) • Kampaň DOPNUL (1993 – 1994) Získáno 176 bodů, identických s body trigonometrické sítě
Distribution of the stations realized ETRS-89 on the territory of the Czech Republic Medvědí skála
Smrk
Velká Deštná GOPE Strahovice
Skapce
Přední příčka Kleť
Rapotice V. Rača V. Lopeník
EUREF-CS/H-91 stations NULRAD stations CS-BRD-93 stations DOPNUL stations
Kvetoslavov
20
Zapojení ČR do Evropských základů (2) • výškové: – zapojení ČSNS do celoevropské UELN (United European Levelling Network) – Spojení s Rakouskem, Saskem (1992) – účast na GPS kampani EVRS (1994) – souběžně model kvazigeoidu EGG97 pro sjednocení výškových základů
Problém s výškami – rozdílné výškové systémy v Evropě Rozdílné výškové systémy v ČR – hlavní jsou dva: Jadranský – Terst, název „Jadran“ Baltský – Kronstadt, název „Balt po vyrovnání“ Definice: H(Bpv) = H(Jadran) – 0.40 m (zhruba) Ve vojenských mapách další výškové systémy
21
Detailní kvazigeoid pro střední Evropu 53 53o
PL02
BOGI
13.6 -3.5
POTS
DE01
64.9 41.6
BOR1
-19.1 -1.5
-16.3 -2.0
1.9
-4.6
JOZE
-13.4 -26.7
52 52o
51 51o
DE07
CZ01
-14.5 4.7
-18.3
2.6
PL01
latitude latitude
-26.8
2.9
GOPE
50o 50
-5.2
CZ04 11.4 -6.6 11.1 CZ03
CZ02
3.1
-5.5
14.4
16.8
SK03
WTZR WTZA WTZT
-3.0 61.3
27.5 22.9
DE08
49 49o
37.5 14.9
SK02
-13.1 39.9
AT01
-12.2 14.6
HU01
-7.5 48 48o
11.3
SK01
PENC 2.0 6.7 16.2 16.1 AT04
-2.2 34.3
HU03
-0.3 10.9
GRAA GRAZ
47 47o 10o
7.0 11o
12o
13o
14o
15o
15.0 16o
17o
18o
19o
20o
21o
22o
longitude longitude
Astro-geodetic quasigeoid [heights in meters] related to ellipsoid GRS80 (solution RIGTC)
Rozdíl nadmořských a elipsoidických výšek v ČR je 42 – 48 m
kvazigeoid
elipsoid
Zapojení ČR do Evropských základů (3) • tíhové: – absolutní tíhová měření gravimetrem FG5-215 v ČR, SR a Maďarsku
22
Absolutní tíhová měření v ČR a SR
A nyní již detailněji …
23
