1. Podstawowe pojęcia i definicje dotyczące geodezji i kartografii
Geodezja jest jedną z najstarszych dziedzin nauki i techniki. Pojęcie geodezja zarówno w starożytności jak i obecnie określa naukę i technikę zajmującą się pomiarami i badaniami wymiarów i kształtu powierzchni kuli ziemskiej lub jej części oraz zastosowaniem pomiarów i ich wyników do rozwiązania zagadnień projektowych i badawczych w poszczególnych dziedzinach techniki i inwestycji inżynieryjno-budowlanych.
Kartografia – dział, którego zadania obejmują zagadnienia sporządzania map oraz ich wykorzystania.
Geodezję jako naukę i technikę dzielimy na geodezję wyższą i geodezję ogólną zwaną również geodezją, gospodarczą, niższą, lub miernictwem.
Zadaniem geodezji wyższej jest badanie i wyznaczanie wymiarów i kształtu bryły ziemskiej lub jej znacznych części z uwzględnieniem krzywizny powierzchni odniesienia.
Geodezja ogólna zajmuje się szczegółowymi pomiarami sytuacyjnymi (poziomymi) i wysokościowymi (pionowymi) lub sytuacyjno-wysokościowymi na mniejszych obszarach w odniesieniu do płaszczyzny.
Geodezję ogólną (gospodarczą) można podzielić na :
- geodezję inżynieryjno-przemysłową,
- geodezję miejską ,
- geodezję górniczą,
- geodezja morska,
- geodezja budowy okrętów,
- geodezja kolejowa,
- geodezję rolną i leśną (geodezyjne urządzenia terenów rolnych i leśnych)
Do zakresu geodezji ogólnej należą więc przede wszystkim czynności pomiarowe związane z:
- opracowywaniem map sytuacyjno-wysokościowych dla celów projektowych,
- lokalizacją i utrwaleniem w terenie głównych osi budowli oraz poziomu ich „zera”.
Geodezja miejska obejmuje geodezyjne opracowanie i wyznaczenie w terenie:
- szczegółowego planu zagospodarowania przestrzennego,
- planów realizacyjnych budownictwa ogólnego,
- planów realizacyjnych budownictwa komunalnego: zakładów wytwórczych, zakładów wodociągowych i oczyszczalni ścieków,
- planów realizacyjnych ulic i placów,
- planów realizacyjnych urządzeń podziemnych: wodociągowych, kanalizacyjnych, gazowych i przewodów kablowych,
- planów realizacyjnych miejskich obiektów inżynierskich: mostów , wiaduktów, krótkich tuneli, przejść podziemnych i przepustów,
- planów realizacyjnych urządzenia terenów przeznaczonych pod rekreację.
Podstawę prawną funkcjonowania geodezji i kartografii w Polsce stanowi Ustawa z dnia 17 maja 1989 r. „Prawo geodezyjne i kartograficzne”. Ustawa ta reguluje sprawy dotyczące:
- geodezji i kartografii,
- krajowego systemu informacji o terenie,
- ewidencji gruntów i budynków,
- inwentaryzacji i ewidencji sieci uzbrojenia terenu,
- rozgraniczania nieruchomości,
- państwowego zasobu geodezyjnego i kartograficznego,
- uprawnień do wykonywania prac geodezyjnych i kartograficznych,
- numeracji porządkowej nieruchomości w miejscowościach.
Inne przepisy prawne o charakterze branżowym określające zakres funkcjonowania geodezji to:
Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. o zagospodarowaniu przestrzennym
Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. prawo budowlane
Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa w sprawie zakresu czynności geodezyjno-kartograficznych w budownictwie z dnia 21 lutego 1995 r.
Rozporządzenie Ministra Rozwoju Regionalnego i Budownictwa z 2001 r. w sprawie geodezyjnej ewidencji sieci uzbrojenia terenu oraz zespołów uzgodnień dokumentacji projektowej.
Ustawa z dnia 21 sierpnia 1997 r. o gospodarce nieruchomościami i inne.
Inne przepisy lub normy techniczne zawarte są w obowiązujących instrukcjach technicznych:
O-1 Ogólne zasady opracowania map dla celów gospodarczych
O-3 Zasady kompletowania dokumentacji geodezyjnej
O-4 Zasady prowadzenia państwowego zasobu geodezyjnego i kartograficznego
G-1 Pozioma osnowa geodezyjna
G-2 Wysokościowa osnowa geodezyjna
G-3 Geodezyjna obsługa inwestycji
G-4 Pomiary sytuacyjne i wysokościowe
K-1 Mapa zasadnicza
K-2 Mapy topograficzne do celów gospodarczych
K-3 Mapy tematyczne
G-7 Geodezyjna ewidencja sieci uzbrojenia terenu
Ważną grupę przepisów technicznych o charakterze prawnym stanowią specyfikacje techniczne dotyczące prac geodezyjnych wydane przez Generalną Dyrekcję Dróg Publicznych.
Pozostałe przepisy zawarte są w różnego rodzaju Wytycznych technicznych i norm.
Służbę geodezyjną i kartograficzną stanowią:
1. organy nadzoru geodezyjnego i kartograficznego:
a. Główny Geodeta Kraju - wykonuje swoje zadania przy pomocy Głównego Urzędu Geodezji i Kartografii.
b. wojewoda wykonujący zadania przy pomocy wojewódzkiego inspektora nadzoru geodezyjnego i kartograficznego
2. organy administracji geodezyjnej i kartograficznej:
a. marszałek województwa wykonujący zadania przy pomocy geodety województwa wchodzącego w skład urzędu marszałkowskiego
b. starosta wykonujący zadania przy pomocy geodety powiatowego wchodzącego w skład starostwa powiatowego.
POWIERZCHNIE ODNIESIENIA
WPŁYW KULISTOŚCI ZIEMI NA WYNIKI POMIARÓW GEODEZYJNYCH
Rzeczywisty kształt nieregularnej powierzchni Ziemi nie da się wyrazić w postaci równania matematycznego. W celu więc ścisłego wyrażenia wyniku pomiarów wykonanych na fizycznej powierzchni Ziemi należy przyjąć pewną powierzchnię odniesienia.
W zależności od wielkości mierzonego obszaru taką matematyczną powierzchnią odniesienia może być płaszczyzna , elipsa obrotowa lub kula.
Elipsoida ziemska jest nieznacznie spłaszczona na biegunach . Wielkość jej określa podanie wymiarów dużej półosi a i małej półosi b, a spłaszczenie u wyraża formuła u = ( a - b ) : a.
Wymiary i spłaszczenie elipsoidy w miarę rozwoju badań i pomiarów astronomiczno-geodezyjnych były wyznaczane m.in. przez następujących uczonych: Bessela (1841),
Clarke’a (1880), Helmerta (1907), Hayforda (1909), Krasowskiego (1940).
Obecnie w Polsce obowiązuje elipsoida Krasowskiego, której elementy wynoszą:
a = 6 378 245 m
b = 6 356 863 m
u = 1 : 298,3 .
Na podstawie kompleksowego opracowania obserwacji ruchów geodezyjnych sztucznych satelitów Ziemi otrzymano obecnie następujące wielkości parametrów:
a = 6 378 153 m +/- 8m
u = 1: 298,25 +/- 0,01.
Na mniejszych obszarach , jako powierzchnię odniesienia przyjmujemy kulę styczną do elipsoidy w środku danego obszaru. Promień takiej kuli wynosi
RK = 6 371 110 m
Małe części powierzchni odniesienia możemy przyjąć za pokrywające się z płaszczyzną styczną do kuli lub elipsoidy w środku danego obszaru. Różnice jakie otrzymamy pomiędzy wielkościami pomierzonymi na kuli i zrzutowanymi następnie na płaszczyznę, można wyrazić następującymi wzorami:
dL = L3/3R2
dH =L2/2R
gdzie : dL = AC – AB oznacza błąd poziomy (długości) łuku AB,
dH = OC – OB błąd wysokości puktu B,
L = AC długość stycznej w punkcie A zastępującej łuk AB kuli ziemskiej,
R - promień kuli ziemskiej
Na podstawie tych wzorów można obliczyć błędy pomiarów poziomych dL i wysokościowych dH, spowodowanych nieuwzględnieniem krzywizny powierzchni ziemi w odległości L od punktu styczności płaszczyzny odniesienia pomiarów z powierzchnią kuli ziemskiej.
Wartości poprawek odwzorowania poziomego i pionowego
Jeżeli przy pomiarach poziomych za błąd graniczny przyjmiemy dL = 1 cm, to jako płaski możemy rozpatrywać obszar o średnicy 10 km tzn. o pow. p r2 = 3,14 * 52 = 78,5 km2
W praktyce przy wykonywaniu pomiarów poziomych przyjmujemy następujące powierzchnie odniesienia:
- płaszczyznę dla obszarów małych do 80 km2 ( miasto) oraz przy zdjęciach długich lecz wąskich pasów terenu dla celów inżynierskich (koleje, drogi, rzeki, .....);
- kulę dla obszarów od 50 km2 do 15 000 km2 (powiat);
- elipsoidę dla obszaru ponad 15 000 km2 (województwo, kraj)
Dla pomiarów wysokościowych przyjmuje się inne zasady, ponieważ wpływ krzywizny ziemi na różnice wysokości jej punktów zaznacza się wyraźnie nawet na krótkich odległościach.
W promieniu 1 km odległość płaszczyzny stycznej od powierzchni ziemi wyniesie ok. 8 cm.
Zasadniczym kierunkiem przy wykonywaniu pomiarów wysokościowych na fizycznej powierzchni Ziemi jest kierunek pionu, czyli kierunek siły ciężkości w miejscu obserwacji.
W dokładnych pomiarach posługujemy się kierunkiem prostopadłym do pionu. Wyznacza się go z dużą dokładnością za pomocą libelli, w którą zaopatrzone są precyzyjne instrumenty geodezyjne. Pomiary wykonujemy więc zawsze na takiej powierzchni, która pod kątem prostym przecina kierunek siły ciężkości. Powierzchnię spełniającą ten warunek nazwano geoidą. Kierunek siły ciężkości (k. pionu) możemy jednak przecinać prostopadle w różnych odległościach nad ziemią i otrzymamy wtedy różne geoidy. Na każdej z nich potencjał siły ciężkości będzie stały.
Jako powierzchnię podstawową , do której odnosimy wszystkie pomiary wykonywane na punktach o różnej wysokości, przyjęto tzw. geoidę zerową przechodzącą na przeciętnej wysokości poziomu wód w oceanach (poziom morza). W stosunku do takiej geoidy zerowej oblicza się wysokości punktów na powierzchni Ziemi.
Układem wysokości stosowanym w geodezji jest państwowy układ wysokości , w którym wysokości H wyrażono w systemie wysokości normalnych odniesionych do zera mareografu w Kronsztadzie.
Z powierzchni odniesienia (kula, elipsoida) przechodzimy na powierzchnię praktyczną np. przy sporządzaniu mapy najczęściej na płaszczyznę. Przeniesienie wyników obliczeń współrzędnych punktów na pow. sferoidalnych dokonuje się poprzez odwzorowanie tych powierzchni na powierzchnie rozwijalne na płaszczyznę – pobocznica walca, pobocznica stożka, płaszczyzna.
Rodzaje odwzorowań na płaszczyznę.
Odwzorowania kartograficzne możemy również podzielić ze względu na występujące zniekształcenia. Mogą one być równopolowe – figury na mapach zmieniają kontury ale zachowują powierzchnie, równodługościowe – odcinki nie ulegają zniekształceniu ale tylko wzdłuż określonych kierunków, równokątne – kąty na mapie są takie same jak kąty zmierzone w terenie.
W Polsce obecnie stosowany jest nadal układ prostokątny płaski - „1965” (zgodnie z rozporządzeniem rady Ministrów z dnia 8.08.2000 może on być stosowany do 31.12.2009, po tej dacie obowiązującymi układami będą: układ współrzędnych prostokątnych płaskich oznaczony symbolem „2000” stosowany w pracach geodezyjnych i kartograficznych związanych z wykonaniem mapy zasadniczej i układ współrzędnych prostokątnych płaskich oznaczony symbolem „1992” stosowany w mapach urzędowych o skali 1:10 000 i w skalach mniejszych ). Układ „1965” w odwzorowaniu konforemnym (wiernokątnym) został podzielony na pięć stref odwzorowawczych.
W strefach I-IV zastosowano odwzorowanie na płaszczyznę sieczną (stereograficzne), natomiast w strefie V obejmującej obszar dawnego woj. katowickiego przyjęto odwzorowanie Gaussa- Krűgera (walcowe poprzeczne). Polega ono na odwzorowaniu pasów południkowych o określonej szerokości na walec styczny do południka środkowego każdego pasa).
Poniższy rysunek przedstawia rozmieszczenie poszczególnych stref wraz z rozkładem liniowych zniekształceń odwzorowawczych wyrażonych w mm/km..
Każda strefa ma własny początek układu współrzędnych. który przyjęto jako początek podziału strefy na pasy i słupy wyznaczające podstawową sekcję podziałową o wymiarach 40x64 km. Każdą sekcję oznacza się trzycyfrową liczbą którą tworzą: nr danej strefy, nr pasa, nr słupa. Sekcje map w skalach 1:50 000, 1:25 000, 1:10 000, 1:5 000 powstają w wyniku czterostopniowego kolejnego podział sekcji podziałowej na cztery części. Godła arkuszy map
składają się z godła sekcji podziałowej za którym po kropce umieszcza się grupy trzycyfrowych liczb oznaczających nr arkuszy map w odpowiednich skalach.
Podział sekcji podziałowej na mapy topograficzne w skalach 1:50 000 do 1:500
Podział arkusza mapy topograficznej w skali 1:10 000 na arkusze mapy zasadniczej w skali 1:5000, 1:2000; 1:1000; 1:500
Wykonanie pomiarów geodezyjnych wymaga ustalenia na przyjętej powierzchni odniesienia odpowiedniego układu współrzędnych. W tym celu obieramy na powierzchni ziemi pewną ilość punktów fizycznych, dla których wyznaczamy współrzędne względem przyjętego układu na podstawie pomierzonych w naturze i przeniesionych matematycznie na powierzchnię odniesienia odpowiednich kątów lub kierunków , długości i różnic wysokości pomiędzy tymi punktami. Zbiór takich punktów nosi nazwę osnowy geodezyjnej.
Zgodnie z Instrukcją Techniczną (GUG i K) O – 1 osnowy geodezyjne stanowią usystematyzowany zbiór punktów geodezyjnych, dla których określono matematycznie ich wzajemne położenie.
Ze względu na sposób przedstawienia wzajemnego położenia punktów osnowy geodezyjne dzielą się na:
- osnowę poziomą, w której wzajemne położenie punktów na powierzchni odniesienia zostało określone w przyjętym układzie współrzędnych geodezyjnych,
- osnowę wysokościową, w której wysokości punktów zostały określone względem przyjętego poziomu odniesienia.
Ze względu na rolę i znaczenie dla prac geodezyjnych osnowy geodezyjne dzielą się na:
- osnowy podstawowe
- osnowy szczegółowe
- osnowy pomiarowe.
Osnowy podstawowe są zbiorami punktów geodezyjnych wyznaczanych w poszczególnych sieciach w celu:
- badania kształtu i wymiarów Ziemi
- nawiązania i wyrównania osnów szczegółowych w państwowym układzie współrzędnych i państwowym układzie wysokości
Osnowy szczegółowe są zbiorami punktów geodezyjnych wyznaczanych w poszczególnych sieciach w celu:
- nawiązania i wyrównania osnów pomiarowych w państwowym układzie
współrzędnych i państwowym układzie wysokości
- nawiązania do państwowego układu wysokości zdjęć fotogrametrycznych i numerycznych modeli terenu
Osnowy pomiarowe są zbiorami punktów geodezyjnych wyznaczanych w poszczególnych sieciach w celu:
- oparcia pomiarów sytuacyjnych i rzeźby terenu,
- wyznaczania projektów na gruncie,
- wykonywania pomiarów realizacyjnych przy obsłudze inwestycji (osnowa realizacyjna)
- badania i określania przemieszczeń obiektów budowlanych i podłoża gruntowego.
Przykłady kształtu osnów geodezyjnych
Przykłady stabilizacji punktów geodezyjnych - osnowy poziome –znaki betonowe z podcentrem, rurki stalowe, znaki ścienne; osnowy wysokościowe – repery ścienne.
Znak osn. poziomej – beton z rurką Znak osnowy wysokościowej - reper
W geodezji mają zastosowanie różne układy współrzędnych. W geodezji wyższej
stosujemy układ współrzędnych geograficznych na kuli. Współrzędne geograficzne:
szerokość j i długość l określają położenie punktu P na powierzchni kuli jako powierzchni odniesienia.
Szerokość geograficzna j punktu P jest to kąt jaki tworzy kierunek pionu w danym punkcie P z płaszczyzną równika. Szerokość zmienia się w granicach od 0° do + 90° na północ od równika oraz od 0° do - 90° na południe od równika.
...
kkris2