BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Analýza přesnosti tunelového měření v UEF Josef ČESKÉ VYSOVÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ OBOR GEODÉZIE, KARTOGRAFIE

Transkript

1 ČESKÉ VYSOVÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ OBOR GEODÉZIE, KARTOGRAFIE A GEOINFORMATIKA KATEDRA SPECIÁLNÍ GEODÉZIE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Analýza přesnosti tunelového měření v UEF Josef Autor: Jan Velíšek Vedoucí práce: Ing. Rudolf Urban, Ph.D. Praha, 2015

2 2

3 Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracoval zcela samostatně pod odborným vedením vedoucího bakalářské práce. Veškerá použitá literatura a další informační zdroje jsou uvedeny v seznamu literatury. V Praze dne... Jan Velíšek 3

4 Poděkování Děkuji vedoucímu bakalářské práce Ing. Rudolfovi Urbanovi Ph.D. Také děkuji Ing. Tomáši Jiřikovskému Ph.D. poskytnuté téma bakalářské práce, za odborné vedení při provádění měření a za poskytnutí výsledných dat z měření. Dále bych chtěl poděkovat spolužákovi Miloslavu Srpovi a pomoc při měření, své rodině a kamarádům za podporu po celou dobu studia. 4

5 Analýza přesnosti tunelového měření v UEF Josef Accuracy analysis of tunneling measurements in UEF Josef 5

6 Abstrakt V bakalářské práci bylo provedeno zaměření prostorové tunelové sítě, jejímž cílem byla analýza dosahované přesnosti. Experiment byl realizován v podzemním vzdělávacím zařízení Josef v Mokrsku, České republice. Prostorová síť se skládala z několika profilů, kde každý obsahoval 5 bodů, které byly signalizovány odraznými terči pro podzemní měření. Měření bylo realizováno totální stanicí z volných stanovisek situovaných mezi profily a připojeno na stabilizované body místní sítě S-Josef. Byl proveden rozbor přesnosti v programu PrecisPlanner a pro komplexní zpracování naměřených dat a vyrovnání celé sítě byl zvolen program EasyNet Dále byla měřená data vyrovnána také v programu Gama Local. Výsledky vyrovnání z obou programů byly porovnány a bylo poukázáno na výhody i nevýhody při práci s těmito programy. Dílčím výsledkem práce bylo určení přesnosti prorážky tunelu při postupném určování profilů, což bylo experimentálně ověřeno dvojím výpočtem vyrovnání při rozdílném určení fixních bodů. Klíčová slova rozbor přesnosti, štola Josef, vyrovnání prostorové sítě, EasyNET, GNU Gama 6

7 Abstract The Bachelor thesis deals with the survey of a spatial tunnel network with the objective of analyzing the achieved accuracy. The experiment was conducted in the Josef Underground Educational Facility in Mokrsko, Czech Republic. The spatial network consisted of several profiles, each containing 5 points signalled by reflective targets for underground measurements. The measurement was carried out by the total station from free stations situated between the profiles and connected to the stabilized points of the local S-Josef network. The accuracy analysis was performed in the PrecisPlanner programme, while the Easynet programme was chosen for the complex processing of measured data and the adjustment of the whole network. Furthermore, the measured data were also adjusted in the Local Gama programme. The adjustment results from both programmes were compared and the advantages and disadvantages of working with these programmes were pointed out. A partial result of the thesis was to determine the accuracy of a tunnel breakthrough with gradual identification of profiles, which was experimentally verified by two calculations using different identifications of fixed points. Keywords GNU Gama accuracy analysis, Josef Underground, adjustment of a spatial network, EasyNET, 7

8 Obsah 1 ÚVOD ŠTOLA JOSEF ZÁKLADNÍ INFORMACE POPIS EXPERIMENTU PŘÍSTROJE A POMŮCKY LEICA TS TRNY A JEJICH STABILIZACE ODRAZNÉ TERČE OSTATNÍ POMŮCKY ROZBOR PŘESNOSTI PŘED MĚŘENÍM PROGRAM PRECISPLANNER POSTUP PRÁCE V PROGRAMU PRECISPLANNER Příprava přibližných souřadnic Příprava souboru měření Práce s programem SHRNUTÍ ROZBORU PŘESNOSTI PŘED MĚŘENÍM VLASTNÍ MĚŘENÍ EXPERIMENTU REALIZACE MĚŘENÍ Činnosti na stanovisku ROZBOR PŘESNOSTI PŘI MĚŘENÍ Teoretický výpočet rozboru přesnosti před měřením Zhodnocení výsledků rozboru přesnosti ZPRACOVÁNÍ A ANALÝZA MĚŘENÝCH DAT EXPORT DAT Z TOTÁLNÍ STANICE A ÚPRAVA ZÁPISNÍKU VYROVNÁNÍ PROSTOROVÉ SÍTĚ V PROGRAMU EASYNET Základní informace o softwaru Vstupní data a jejich formát Kontrola vstupních dat Analýza měřených dat Nastavení vyrovnání, uložení projektu Vyrovnání Síť Kresba Protokol VYROVNÁNÍ SÍTĚ V PROGRAMU GAMA LOCAL Vstupní soubor Výpočet vyrovnání Výsledky vyrovnání v Gama Local POROVNÁNÍ POUŽITÉHO SOFTWARU PŘÍPRAVA VSTUPNÍCH DAT PRÁCE S PROGRAMY VÝSTUPY A PROTOKOLY ZE SOFTWARŮ VYHODNOCENÍ A POROVNÁNÍ VÝSLEDKŮ

9 9 VÝSLEDKY PROSTOROVĚ JEDNOSTRANNĚ ORIENTOVANÁ TUNELOVÁ SÍŤ POPIS EXPERIMENTU PROVEDENÍ A VYHODNOCENÍ VYROVNÁNÍ POROVNÁNÍ OBOUSTRANNĚ A JEDNOSTRANNĚ PŘIPOJENÉ SÍTĚ ZÁVĚR SEZNAM TABULEK SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM PŘÍLOH PŘÍLOHA Č.1:UKÁZKA VÝSTUPNÍHO PROTOKOLU Z PRECISPLANNER PŘÍLOHA Č.2: SOUŘADNICE A JEJICH SMĚRODATNÉ PROSTOROVÉ ODCHYLKY Z EASYNET PŘÍLOHA Č.3: SOUŘADNICE A JEJICH SMĚRODATNÉ PROSTOROVÉ ODCHYLKY Z GAMA LOCAL PŘÍLOHA Č.4: UKÁZKA VSTUPNÍHO SOUBORU DO PROGRAMU EASYNET PŘÍLOHA Č.5: PROTOKOL VYROVNÁNÍ Z EASYNET PŘÍLOHA Č.6: UKÁZKA VSTUPNÍHO SOUBORU DO GAMA LOCAL PŘÍLOHA Č.7: UKÁZKA VÝSTUPNÍHO PROTOKOLU Z GAMA LOCAL PŘÍLOHA Č.8: PROTOKOL VYROVNÁNÍ JEDNOSTRANNĚ ORIENTOVANÉ TUNELOVÉ SÍTĚ Z EASYNET

10 1 Úvod Hlavním problémem při tunelovém měření je přesnost určení prorážky, neboť je tunel zpravidla připojen k referenčnímu souřadnému systému pouze jednostranně. Z tohoto důvodu se využívá pro určení směrů a délky tunelu prostorová síť. Body této specifické prostorové sítě jsou zpravidla stabilizovány na stranách tunelu v profilech. Přesnost určení směru a délky prorážky tunelu je dále problematická zejména z důvodu úzkého profilu, který neumožňuje optimální podmínky pro využití standartních metod pro určení polohy bodu (polygonový pořad, volné stanovisko, protínání z úhlů atd.) Vlastní měření se proto v praxi většinou realizuje prostřednictvím volných stanovisek, které se určují geodetickou metodou protínání zpět z bodů v profilech. Osnovu měření na volném stanovisku tvoří body stabilní sítě (body předchozích profilů) a body nových profilů. Tímto systémem se pokračuje stále dál ve směru ražby tunelu. Profily, které byly dostatečně proměřeny, jsou prohlášeny za pevné a jejich souřadnice se mohou brát jako neměnné. Měření jsou zpravidla realizovány totální stanicí na odrazné cíle (terče). Tunelové měření má mnoho odlišností oproti běžnému povrchovému měření. Celoročně konstantní teplota a vlhkost jsou výhodné pro měřické práce, ale všudypřítomná tma je problém, se kterým se musí geodet vypořádat. Tma a často i průvan má velký negativní vliv na celkovou přesnost geodetických prací. V rámci převedení výuky geodézie v podzemních prostorách byla vybudována síť profilů ve štole Josef a tato bakalářská práce má za cíl zjistit přesnost měřické metody, která využívá body na jednotlivých profilech pro určení směru a délky prorážky. Každý profil se skládá z pěti trvale stabilizovaných bodů, které byly při zaměřování osazeny odraznými terči obdobně jako v praxi. Měření bylo realizováno totální stanicí Leica TS 06 dne

11 2 Štola Josef Tato kapitola stručně přibližuje historii těžby zlata v oblasti štoly Josef od jejích počátků až do ukončení. A pojednává o dnešním využitím štoly pro studijní účely, pro výzkum a experimentální činnost. 2.1 Základní informace Štola Josef se nachází ve Středočeském kraji, přibližně 50 km jižním směrem od Prahy u obcí Čelina a Mokrsko (Obr. 1). Štola je vybudována ve skalním masívu pod kopci Veselý a Ostrý Vrh, které prudce stoupají z vodní nádrže Slapy, kterou protéká řeka Vltava. Důlní dílo Josef je součástí revíru Psích hor, kde je jedno z největších známých ložisek zlata Evropě. Vstupními portály začínají dva souběžné tunely dlouhé 80 metrů, které mají průřez 40 m 2. Západním portálem je proražena hlavní (páteřní) štola, ke které se po 80 metrech připojuje východní tunel. Páteřní štola je dlouhá asi 1800 metrů a je zakončena větracím komínem o výšce 136m, který zajišťuje propojení s povrchem. Z této štoly odbočují menší chodby o přibližné délce 6000m, ve kterých probíhá sledování struktury rudy. Průřez hlavní štoly je mezi m 2 a průřez menších chodeb se pohybuje okolo 9m 2. Zatím je přístupná pouze část chodeb podzemního díla a jedná se o páteřní štolu a štoly v západní části (Mokrsko západ a Čelina západ) a délce cca 3000 metrů. V součastné době probíhají práce na zpřístupnění zbylých častí štoly. Obr. 1: Poloha štoly Josef na topografické mapě, zdroj [1] 11

12 2.2 Historie a současnost O začátku těžby v Psích horách dříve nazývaných Lodické hory, podle tehdejšího dolu Lodice, není mnoho dochovaných písemných záznamů. Avšak pozůstatky dávných hornických prací jsou dobře viditelné v přilehlém terénu. Počátek těžby zlata v této oblasti se odhaduje do dob Keltu tedy 2. a 1. století př.n.l. Jedno z Keltských rýžovišť je na Čelinském potoce. Rozvoj těžby zlata ve větší míře nastal až ve středověku (13. a 14. stol.). Horníci pracovali s velmi primitivními pomůckami a tak bylo dolováni velmi náročné. Těžba byla zastavena na konci 14. Století z důvodu velkých nákladů na dobývání rudy z větších hloubek. Obnovení došlo v v 16. století ale nemělo dlouhého trvání. O oblast byl projeven zájem až koncem 20. století, kdy mezi roky byl proveden rozsáhlý geologický průzkum, který prokázal přítomnost zlaté rudy. V letech byla oblast podrobně prozkoumána. Průzkum zahrnoval geologické mapování, podrobný chemický průzkum půdního pokryvu, geofyzikální průzkum, průzkum pomocí vrtů z povrchu (až do hloubky 600 metrů) a báňský průzkum z nově ražené štoly Josef. Pro zajímavost bylo provedeno 103 povrchový vrtů o délce metrů, 127 podzemních vrtů o délce metrů. Vyražena byla hlavní štola o délce 1835 metrů vedená napříč všemi ložisky, postranní chodby, 3 větrací komíny. Bylo odebráno a analyzováno půdních vzorků a vzorků z vrtů a podzemí. Obr. 2:Schéma podzemí, zdroj [2] 12

13 Po provedení tohoto velmi náročného průzkumu bylo objevení nového ložiska v lokalitě Mokrsko západ (Obr. 2). Toto ložisko v současnosti patří mezi nejbohatší ložiska zlata v Evropě. Využitelné zásoby tohoto byly odhadnuty na 75 tun zlata a celkové zásoby ložisek v revíru Psích hor byly odhadem stanoveny na 130 tun Au, což je více, než bylo doposud vytěženo na celém území České republiky. V Letech probíhala experimentální podzemní těžba ložiska Čelina, ze kterého bylo vytěženo 21,5 kg čistého zlata. Průmyslové využití oblasti bylo zavrhnuto kvůli negativnímu dopadu na životní prostředí a na ráz krajiny, protože ložisko Mokrsko západ by se muselo zejména těžit povrchovým způsobem, což se nelíbilo místním obyvatelům a ekologickým organizacím. Po ukončení všech průzkumných prací začal celý objekt velmi rychle chátrat a v roce 2000 byly z důvodu bezpečnosti oba vstupní portály zabetonovány. V roce 2003 se na ČVUT bylo navrženo nové využití opuštěného důlního díla ke vzdělávacím a experimentálním účelům. Po dohodě mezi stavební společností Metrostav a.s a ČVUT začaly v roce 2004 přípravy na opětovné zprovoznění štoly. V květnu roku 2005 byla podepsána zápůjční smlouva mezi Ministerstvem životního prostředí a ČVUT o zapůjčení důlního díla. Téhož roku byla proražena zátka jednoho ze vstupních portálů, ale po odborném průzkumu Báňské záchranné služby byl z bezpečnostních důvodů opět uzavřen. O rok později byly už definitivně otevřeny oba vstupní portály (Obr. 3). V červnu roku 2007 bylo otevřeno nové pracoviště ČVUT v Praze pod názvem Podzemní výukové středisko Josef (UEF Josef), jehož provozovatelem je Centrum experimentální geotechniky (CEG) fakulty stavební ČVUT v Praze a byla zahájena výuka předmětů praktického charakteru. Výuku v Podzemní laboratoři Josef zajišťují Katedry geotechniky, Katedry speciální geodezie a CEG. V roce 2009 EUF Josef stalo jedním z deseti členů prestižní mezinárodní skupiny Podzemních laboratoří (URF-Underground Research Racility), která spolupracuje s agenturou pro atomovou energii IAEI. CEG spolupracuje na experimentech a výzkumu s mnoha evropskými univerzitami a institucemi. Jedná se o Instituty a Univerzity z Francie, Španělska, Finska, Belgie a Norska. Na výzkumu se však podílejí i české vysoké školy jako např. VŠCHT v Praze, Masarykova univerzita v Brně, Technická univerzita v Liberci. Hlavní náplní výzkumných projektů ve štole je ukládání radioaktivního odpadu do hlubinných úložišť. V této kapitole bylo čerpáno z [2], [3] 13

14 Obr. 3: Vstupní portály, zdroj: vlastní foto 14

15 3 Popis experimentu Hlavním cílem experimentu bylo zejména určení souřadnic jednotlivých bodů v profilech pro zajištění výuky předmětu geodézie v podzemních prostorách a dále zjištění dosahované přesnosti sítě ve směru a délce při postupné ražbě tunelu. Speciální síť, která byla pro tento účel vytvořena, se nachází v páteřní štole důlního díla Josef a skládá se z osmi hlavních profilů (P18 P32) po pěti podrobných bodech a jednom vedlejším profilu se třemi podrobnými body nacházejícím se v blízkosti stanoviska 503, jak je patrné z Obr. 4. Vzdálenost mezi hlavními profily je přibližně 20 metrů. Z důvodu tvaru a velikosti prostorové sítě bylo zvoleno postupné zaměření jednotlivých profilů z volných stanovisek, které jsou realizovány vždy v prostoru mezi měřenými profily. Každé stanovisko bylo připojeno na body místní sítě S-Josef, která vznikla v roce 2012 a v roce 2013 byla dále zpřesněna dle [4]. Pro experiment byly využity body hlavního polygonu 502, 503 a 504, které jsou stabilizovány jako bronzové hřeby zapuštěné pod povrch počvy a jsou chráněny kovovými krytkami, aby nedošlo k jejich poškození. Po konzultaci s vedoucím práce, bylo poslední stanovisko zvoleno jako centrické a to na bodě 503. Realizováno bylo tedy celkem 8 stanovisek z toho 7 volných (F1 F7) a jedno centrické (503) viz Obr. 4. Na každém stanovisku byly měřeny vodorovné a zenitové úhly a šikmé vzdálenosti. Průběh měření osnovy byl následující. Nejdříve bylo vždy měřeno na připojovací body sítě S-Josef, pak na body profilů, a na závěr znovu kontrolně na jeden z připojovacích bodů. 504 P P30 F7 P28 F6 P26 F5 P24 F4 P22 F3 P20 F2 P18 F1 502 y 400 m x 200 m Obr. 4: Schéma experimentu 15

16 4 Přístroje a pomůcky Pro zaměření experimentu byla vybrána totální stanice Leica TS06, která svou přesností dostačovala pro spolehlivé zaměření prostorové sítě. Další pomůcky byly zejména speciální odrazné terčíky, které se běžně v tunelovém stavitelství využívají a v neposlední řadě také přesný minihranol pro zaměření bodů v počvě. Detailní informace o pomůckách jsou uvedeny v následujících kapitolách. 4.1 Leica TS 06 Tato totální stanice je z modelové řady FlexLine od švýcarské firmy Leica (Obr. 5). Hlavní parametry přesnosti jsou uvedeny v Tab. 1. Měření a celkově práce s TS 06 byla po krátkém seznámení s ovládacím panelem rychlá a bez jakýkoliv potíží. Velkou výhodou byla skutečnost, že totální stanice disponuje laserovou olovnicí, která se velmi hodila při měření na bodě 503 (Obr. 6). Z vlastních zkušeností lze říci, že přístroj má poměrně citlivé nekonečné ustanovky a kvalitní dalekohled. Obr. 5: Leica TS 06, zdroj [5] 16

17 TS 06 Měření úhlů Přesnost - (směrodatná odchylka) Měření délek Dosah Přesnost Nejmenší měřitelná vzdálenost Dalekohled Zvětšení Zaostření 0,6 mgon 3500 m 1,5 mm + 2 ppm 1,5 m 30x od 1,7 m do nekonečna Tab. 1: Parametry Leica TS 06 [5] Obr. 6: Měření ve štole s Leica TS 06, zdroj: vlastní foto 17

18 4.2 Trny a jejich stabilizace V každém zaměřovaném profilu bylo 5 zabetonovaných trnů. Schéma umístění je možno vidět na Obr. 7, kde jsou na trnech umístěny odrazné terče. Dva nejnižší trny jsou zabudovány ve výšce přibližně 0,4 m nad povrchem počvy ve štole, dva prostřední jsou ve výšce okolo 2,5 metrů nad počvou a pátý nejvyšší trn je v nejvyšším bodě štoly cca 3,5 m až 4,5 m nad počvou. Umístění trnů je vždy na vrcholu výčnělků skály směrem do středu štoly, aby byla možná jejich dobrá viditelnost ze stanovisek a mohlo se zaměřovat více profilů zároveň. Kvůli pohybu automobilů ve štole jsou dva nejnižší trny vybavené dočasnou signalizací tak, že trn lze vyšroubovat a následně je zděř opatřena plastovou zátkou, aby se do závitu nedostaly nečistoty (Obr. 8). Pro signalizaci nejnižších bodů bylo tedy nutné odstranit tuto zátku a poté našroubovat trn (Obr. 9). Na Obr. 10 je vidět umístění trnu s terčíkem v masivu skály. Obr. 7: Rozmístění trnů na profilu Obr. 8: Odšroubovaný trn opatřený zátkou Obr. 9: Stabilizovaný trn Obr. 10: Umístění trnu (terčíku) ve skále zdroj: vlastní foto 18

19 4.3 Odrazné terče Zaměření podrobných bodů profilů bylo provedeno na oboustranné odrazné terče, které byly nasazeny na trnech (Obr. 11). Vzhledem k šířce terčů, která je 3 mm, byly výsledné šikmé délky opraveny o +1,5 mm (pro výpočty) jako součtová konstanta ke každé naměřené délce, aby byla určena přesná osa zaměřeného trnu (bodu). Při měření bylo použito přibližně 20 terčů. Osazen byl vždy profil vzad a profil vpřed a dále, aby bylo docíleno potřebného provázání jednotlivých měření na stanoviskách byly zbylé terče umístěny viditelně na body vzdálenějších profilů. Obr. 11: Stabilizace odrazného terče, zdroj: vlastní foto 19

20 4.4 Ostatní pomůcky Pro signalizaci bodů místní sítě (502, 503 a 504) byly použity dva minihranoly Leica, které byly upnuty do stojánků s klipsnou Obr. 12 a Obr. 13. Dva minihranoly byly použity pouze z důvodu, že nebylo možno z jednoho stanoviska měřit na všechny tři body místní sítě zároveň. Součtové konstanty obou hranolů byly ověřeny před měřením vedoucím práce. Totální stanice byla upevněna na originální stativ Leica. Další pomůcky byly hadr a kartáč pro čištění trnů a hliníkové štafle pro osazování trnů odraznými terči. Obr. 12: Minihranol Leica, zdroj: vlastní foto Obr. 13: Signalizace bodu 503, zdroj: vlastní foto 20

21 5 Rozbor přesnosti před měřením Kapitola popisuje přípravu měření a rozbor přesnosti před měřením. Pomocí softwaru PrecisPlanner byla určena dosažitelná přesnost měření a následně byl z tohotu rozboru stanoven počet měřických skupin. Vedoucím práce byla vybrána totální stanice, se kterou bylo následně měřeno, dle možností katedry speciální geodézie. Rozbor přesnosti před měřením byl tedy realizován z parametrů uvedených v Tab. 1. Vedoucím práce bylo rozhodnuto, že doba strávená ve štole bude maximálně 8 hodin, aby bylo možné zapojit tunelové měření do výuky předmětu geodézie v podzemních prostorách. Tento požadavek vedl k velmi ekonomickému způsobu měření tak, aby bylo dosaženo požadované přesnosti při minimálním počtu měřických skupin i celkovou provázaností prostorové sítě. 5.1 Program PrecisPlanner PrecisPlaner je program, který je určen na plánování přesnosti měření prostorové geodetické sítě, umožňující zásadní automatizaci tohoto procesu, zejména pro účely rozborů přesnosti v inženýrské geodézii. Autorem toho programu je Doc. Ing. Martin Štroner, Ph.D. z katedry speciální geodézie, Fakulty stavební ČVUT v Praze. Program vypočítá ze souřadnic (minimálně dvou) a dané přesnosti totální stanice směrodatné odchylky a parametry elips chyb pro jednotlivé zadané body. Pro výpočtu modelu vyrovnání, který je v programu implementován, je využit program na vyrovnání sítí GNU Gama [6]. Výsledkem výpočtu je kovarianční matice popisující přesnost výsledků vyrovnání. Model může být počítán jako volná síť nebo jako síť s fixními body. Program pracuje v operačním systému Microsoft Windows XP a vyšším. Ukázka úvodního okna je na Obr. 14. Program byl i s návodem a ukázkovými daty stažen z [7]. Obr. 14:Úvodní okno programu 21

22 5.2 Postup práce v programu PrecisPlanner Chronologický postup zpracování přesnosti před měřením v programu PrecisPlanner včetně stručného manuálu k práci s programem je přehledně uveden v následujících kapitolách Příprava přibližných souřadnic Pro výpočet modelu je zapotřebí znát přibližné souřadnice bodů, pro které se bude rozbor přesnosti provádět. Na Chyba! Nenalezen zdroj odkazů. je ukázka vstupního textového souboru se souřadnicemi. Po prozkoumání místní sítě S-Josef bylo zjištěno, že souřadnicová osa +Y je téměř rovnoběžná se spojnicí bodů 502 a 503 viz Tab. 2. Body sítě S-Josef byly pro experiment poskytnuty Ing. Tomášem Jiřikovským, Ph.D. Popis sloupců zleva pro Obr. 15: Obr. 15: Ukázka vstupu souřadnic - číslo bodu, X, Y, Z a poslední sloupec označuje, zda je bod volný a či fixní f. Číslo bodu Y X Z Tab. 2: Souřadnice bodů sítě S-Josef Po zjištění této konfigurace sítě byly odhadnuty přibližné souřadnice podrobných bodů profilů. Ve štole Josef je po stěnách číselně napsána vzdálenost od vstupního portálu a tak byla odhadnuta vzdálenost jednotlivých profilů. Číslování podrobných bodů všech osmi hlavních profilů je převzato ze vzdáleností od vstupu do štoly. První profil je na vzdálenosti 180 metrů a další následují po 20 22

23 metrech. V každém profilu je 5 bodů číslovaných od 1 do 5 a to zleva doprava při pohledu od bodu 502 směrem k bodu 503. Příklad číslování: na profilu ve vzdálenosti 280 metrů se nacházejí body 2801 až Rozbor je proveden také pro speciální profil o třech bodech, které byly očíslovány 101, 102 a 103 (Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.obr. 16). Obr. 16: Ukázka plánování bodů v programu PrecisPlanner Stanoviska F1-F7 (viz Obr. 4) byla označeny čísly od 9001 do Stanovisko na bodě 503 zůstalo očíslované stejně. Po nastudování [7] byl sestaven textový soubor s přibližnými souřadnicemi a ten byl načten do programu pomocí tlačítka Načíst souřadnice. Ukázka souboru je předvedena na Chyba! Nenalezen zdroj odkazů Příprava souboru měření Druhým nutným vstupem do programu byl soubor s typy měření. Do textového souboru se zadávají zkratky a jejich veličiny. Pro měřený vodorovný směr je zkratka di (direction), pro zenitový úhel je zkratka zu (zenitový úhel) a pro šikmou délku je zkratka sd (slope distance). Ukázka souboru s měřením je na Obr. 17. Obr. 17:Ukázka souboru měření Popis sloupců zleva pro Obr. 17: zkratka typu měření, číslo stanoviska, číslo podrobného bodu 23

24 5.2.3 Práce s programem Další kapitoly ukazují postup zpracování již připravených vstupních souborů v Programu PrecisPlanner Mapa souřadnic Po načtení textového souboru se souřadnicemi se lze po stisku tlačítka Mapa měření (Obr. 18) dostat do okna, kde lze přidávat a upravovat body. Zde se také nastavují fixní a volné body vstupující do vyrovnání dle zadání zpracovávané práce (experimentu). Obr. 18:Mapa souřadnic Mapa měření Podobný postup je i při načtení měření. Po zobrazení Mapa měření se zobrazí okno s mapou, kde se mezi body zobrazí spojnice, na kterých se dále zobrazí zkratky typů měření. V okně lze přidat typy měření a po stisknutí levého tlačítka myši na příslušném bodě je otevřeno okno, kde lze se nastavit přesnosti totální stanice (Obr. 19). 24

25 Obr. 19:Mapa měření Výpočet modelu, protokol a výsledky Po Výpočtu modelu se zobrazí možnost +Protokol+, kde si lze prohlédnout textový protokol, který obsahuje informace a konfiguraci sítě, vyrovnané souřadnice včetně jejich směrodatných odchylek s parametry elips chyb. Stiskem tlačítka +Výpočty+ se zobrazí přehledná tabulka s výsledky, která obsahuje informace o souřadnicích a směrodatné odchylky a parametry elipsoidů chyb jednotlivých bodů z vytvořeného modelu. Ukázka okna výsledků je na Obr. 20 Obr. 20:Výsledky 25

26 5.3 Shrnutí rozboru přesnosti PŘED měřením Po vypočtení modelu byly s vedoucím práce vyhodnoceny výsledky. Prostorová směrodatná odchylka na stanoviscích dosahovala maximální hodnoty 0,7 mm a prostorová směrodatná odchylka pro podrobný bod byla do 1,5 mm. Z těchto výsledků a s přihlédnutím na množství zaměřovaných bodů, tudíž i na čas strávený měřením ve štole (max. 8 hodin), bylo rozhodnuto, že měření bude provedeno v 1 skupině. Celý protokol s výsledky rozboru přesnosti je k nahlédnutí v Příloze č.1. V této kapitole bylo čerpáno z [7] 26

27 6 Vlastní měření experimentu V následujících podkapitolách jsou uvedeny všechny činnosti, které byly provedeny při měření dat pro bakalářskou práci. Rekognoskaci terénu provedl Ing. Tomáš Jiřikovský, Ph.D. dne Vlastní měření bylo provedeno dne od 9 do 14 hodin v hlavní štole Josef. 6.1 Realizace měření Zaměřovaná prostorová síť se skládá celkem ze sedmi volných a jednoho centrického stanoviska. Na bodech 502, 503 a 504 byly rozmístěny minihranoly, které byly umístěny do stojánku s klipsnou. Centrace minihranolů proběhla velmi jednoduše, neboť v každé hlavě bronzového hřebu stabilizace polygonových bodů páteřní štoly byla malá dírka, kam byl hrot minihranolu bezpečně usazen. Všechny minihranoly byly velice pečlivě horizontovány pomocí krabicové libely. První volné stanovisko (9001) bylo realizováno mezi profily 180 a 200 (Obr. 21). Po provedení měření, které je popsáno v následující kapitole, pokračovalo měření přenesením stroje na další stanovisko 9002 mezi profily 200 a 220. Tímto způsobem byly zaměřeny profily na stanoviskách 9001 až Následovalo stanovisko centrické nad bodem 503, ze kterého byl zaměřen malý profil s body a poslední velký profil číslo 320. Z důvodu špatné viditelnosti hranolu na bodě 504 kvůli velké vzdálenosti (přes 400 m) a tmě, nebylo realizováno volné stanovisko za posledním profilem, ačkoliv bylo původně plánováno. Po konzultaci s vedoucím práce a Ing. Jiřikovským bylo naopak dodatečně provedeno měření na stanovisku 9008 (F1), které se nachází před všemi stanovisky. Z tohoto stanoviska bylo měřeno na profil 180 a na profil

28 Bakalář Bakalářská práce Obr. 21: 21 Měření na stanovisku 9001, zdroj: vlastní foto Činnosti innosti na stanovisku sek bylo vybíráno uprostřed vozovky na počvě čvě štoly kvůli dobré Umístění stanovisek viditelnosti odrazných terčíků terčík na stěnách tunelu. Po důkladném kladném zašlápnutí noh stativu stativ do kamenitého povrchu byla na stativ přichycena p totální stanice. Byla provedena pečlivá horizontace ce a na stanovisku 503 také centrace. V totální stanici byla vytvořena vytvo nová zakázka a zadány atmosférické korekce. Teplota byla zadána 6 C a tlak 980 hpa. Po celou dobu měření ení byl veden náčrt, náč do kterého byly zaznamenávány měřené ěřené profily a chyby, které při měření vznikly. Z rozboru přesnosti řesnosti před p měřením bylo rozhodnuto, že měř ěření bude probíhat v jedné skupině. Pro přesné řesné cílení bylo nutné, aby figurant osvětloval osvětloval baterkou terče. ter Bylo by problematické měřit ěřit standartní osnovu s ohledem na nutnost osvitu terčů, ter a proto bylo měřeno na body v 1. a poté hned ve 2. 2 poloze dalekohledu. Měřená ěřená osnova začínala za vždy na stanoviskách měřením ěřením na minihranol min signalizující bod sítě S-Josef.. Poté byly zaměřeny zam body profilů a pro kontrolu znovu na bod sítě S-Josef. 28

29 6.2 Rozbor přesnosti při měření Rozbor přesnosti při měření je s příchodem registrace velkého množství dat obtížnější, neboť je nutné si důležité měřené hodnoty zaznamenávat pro jejich posouzení bezprostředně po naměření. Některé totální stanice v současné době tento rozbor provádějí automaticky prostřednictvím programového vybavení. V této kapitole bude popsán postup, který byl aplikován při vlastním měření experimentu Teoretický výpočet rozboru přesnosti před měřením Přesnost totální stanice Leica TS 06 je udávaná od výrobce pro vodorovné a zenitové úhly prostřednictvím směrodatné odchylky 0,0006 gon. V každé osnově bylo měřeno nejdříve na stabilní bod místní sítě S-Josef a jako poslední měření bylo provedeno kontrolní měření opět na stejný bod místní sítě. Na všech stanoviskách se jednalo o bod 502. Na stanovisku 9006 nebylo na tento bod vidět, a tak bylo měřeno na bod 503. Počáteční a kontrolní měření byly vypočteny aritmetickým průměrem dle (1). = [ ]. (1) Aritmetický průměr se získá při n opakováních z měřených hodnot x 1,x 2, x n. Z průměru se vypočítají opravy podle vzorce (2) =. (2) Dále byla vypočítána mezní oprava (3). =, (3) kde je směrodatná odchylka měřené veličiny. V našem případě směrodatná odchylka přesnosti měření úhlů totální stanicí, tedy 0,0006 gon. 29

30 Volba koeficientu spolehlivosti U p slouží jako přepočet směrodatné odchylky na mezní odchylku. Koeficientem spolehlivosti byla volena pravděpodobnost výskytu náhodné veličiny. Vzhledem ke skutečnosti, že toto měření bylo v obtížných podmínkách bylo rozhodnuto, že volba pravděpodobnosti výskytu bude 98,8 %, což odpovídá koeficientu spolehlivosti U p = 2,5. Výsledkem rozboru je splnění či nesplnění podmínky (4) porovnání mezní odchylky (opravy) s opravami jednotlivých měření [8]. (4) Zhodnocení výsledků rozboru přesnosti Vzhledem k tomu, že při měření byla veškerá data registrovaná do paměti totální stanice byly sledovány pouze odchylky mezi počátečním měřením na bod místní sítě a kontrolním zaměřením na bod místní sítě. Tato odchylka byla vzhledem k nedostatku času a světelným podmínkám ve štole porovnávána dle pokynů vedoucího práce pouze s hodnotou 0,01 gon, ze které by bylo teoreticky zřejmé, zda při měření došlo k hrubým chybám. Všechna měření na stanoviskách splnila podmínku danou vedoucím práce až na měření na posledním stanovisku, kde byla délka mezi stanoviskem a bodem příliš velká a cílení bylo prováděno téměř odhadem. Detailní rozbor přesnosti, dle předešlé kapitoly, při měření tedy nebyl ve štole proveden z objektivních důvodů uvedených výše, ale byl proveden až při zpracování. Výsledky rozboru při měření se nejeví dle teoretických mezních hodnot příznivě (Tab. 3: Rozbor přesnosti PŘI měření, avšak po následném vyrovnání bylo patrné, že při jednotlivých měřeních nebylo výrazně pochybeno. Důvodem tohoto výsledku testování při měření byly podmínky ve štole. Bylo cíleno na dosti dlouhou vzdálenost od 63 do 200 metrů a odrazný hranol byl nad bodem místní sítě špatně rozeznatelný. Dalším důvodem špatných výsledků je postupná unavenost oka měřiče. V těchto tmavých podmínkách se jeví hledání cíle kolimátorem a poté přesné cílení dalekohledem problematické. Tento výsledek vedl k myšlence, zda nebyla dosahovaná přesnost měření úhlů za takovýchto složitých podmínek větší než 0,0006 gon, což se později také potvrdilo. 30

31 Stanovisko Počáteční měření [gon] Kontrolní měření [gon] Průměr [gon] Opravy v i [mgon] Mezní odchylka [mgon] Splnění podmínky , , , ,93 ANO , , , ,59 NE , , , ,4 NE , , , ,8 NE 1, , , , ,96 ANO , , , ,07 NE , , , ,85 NE , , , ,44 NE Tab. 3: Rozbor přesnosti PŘI měření 31

32 7 Zpracování a analýza měřených dat V této kapitole je popsán výpočet souřadnic a jejich přesností po vyrovnání v programech EasyNet a GNU Gama. Každý z programů má vlastní podkapitolu, v níž je vysvětlen princip práce s programem a jsou v ní přehledně uspořádány výsledky vyrovnání. 7.1 Export dat z totální stanice a úprava zápisníku Data naměřená totální stanicí (dále jen TS) Leica TS 06 byla uložena pod zakázkou JOSEF a následně vyexportována ve formátech TXT, IDX, GSI, GSA a XML. Pro úpravu měřených dat byl zvolen formát IDX. Po načtení do programu Notepad++, což je program pro čtení textových souborů, byla jeho poslední a velmi přehledná část zkopírována do nového souboru (zápisníku). Protože při měření vzniklo několik chyb v číslování a v zadání špatné výšky cíle byl proto zápisník upraven a tyto chyby odstraněny. Z důvodu přehlednosti byla měřená data ze stanoviska 9008 přesunuta na začátek zápisníku, aby bylo docíleno posloupnosti měření profilů (od 180 až k 320). Po přesunutí byly také přečíslovány čísla stanovisek. Stanovisko 9008 bylo přečíslováno na 9001 a stanovisko 9001 na 9002 atd. Posledním stanoviskem bylo tedy jediné centrické a to 503. Posloupnost stanovisek v zápisníku byla 9001, 9002, 9003, 9004, 9005, 9006, 9007 a 503 (viz Příloha č. 1). 7.2 Vyrovnání prostorové sítě v programu EasyNet První vyrovnání sítě bylo provedeno v programu EasyNet ve verzi V této kapitole bylo čerpáno z [9] Základní informace o softwaru Program je vyvíjen Ing. Pavlem Třasákem, Ph.D. a slouží pro snadné a nenáročné zpracování a vyhodnocení přesných měření v inženýrské geodézii. Zpracovává pouze měření ve 3D což je velmi unikátní. Aplikace je podporována operačními systémy MS Windows XP a vyšší. 32

33 Program EasyNet funguje bez jakékoliv instalace po připojení hardwarového klíče k počítači. K hardwarovému klíči jsem dostal od Ing. Třasáka zapůjčeno CD s ukázkovými vstupními daty a dokumentaci k programu. Tímto mu děkuji za propůjčení a za vysvětlení práce s aplikací. Software má významnou přednost v detekci odlehlých měření, která je založena na robustní analýze geodetických měření a na statistickém testování odlehlých hodnot měřených dat Vstupní data a jejich formát Program EasyNet podporuje dva vstupní formáty dat. Jsou to formáty ASC (totožný s formátem MAPA2) a MTX (interní formát EasyNetu). Po zhodnocení náročnosti úprav vstupních dat do vyrovnání bylo rozhodnuto, že do vyrovnání bude vstupovat soubor formátu MTX. Soubor byl upraven v programu Notepad++ dle ukázkového souboru. K měřeným šikmým délkám bylo přičteno 1,5 mm (jako půlka tloušťky odrazného terče). Ukázku souboru lze nalézt jako přílohu této práce. Dalším vstupem byly body místní sítě. Tento textový soubor obsahoval tři body (502,503 a 504) a jejich souřadnice v místní síti, která jsou také v příloze práce Kontrola vstupních dat Načtení zápisníku bylo provedeno v nabídce Hlavní Přidat. Po načtení souboru měření byly automaticky provedeny kontroly hrubých chyb a omylů, které se přirozeně vyskytují v měřených datech. Kontrolovaly se úhlové veličiny (vodorovné a zenitové úhly) i délkové veličiny (šikmá délka, výška přístroje a cíle). Pokud software našel chybu, tak ji označil. Program EasyNet zcela unikátně pracuje s měřickými skupinami jako s celkem nikoliv jen jako s jednotlivými naměřenými veličinami. Tato vlastnost umožňuje kontrolu mezi polohami dalekohledu i mezi skupinami (ta v našem měření nebyla použita, neboť bylo měřeno pouze v jedné skupině). Kontroly slouží jako ověření, zda hodnoty měřené v I. a II. poloze dalekohledu (skupinách) sobě odpovídají. Měřené hodnoty mezi sebou v programu nejsou nijak průměrovány. Do vyrovnání vstupují veškerá naměřená data, tím pádem není uměle snižován počet nadbytečných měření a proces robustní analýzy je mnohem úspěšnější v detekci odlehlých měření 33

34 Kontrola a odstranění chyb naměřených dat V měřených datech, kde se nenacházely hrubé chyby a omyly byly nejprve nastaveny mezní rozdíly hodnot měřených veličin (Obr. 22) v Hlavní Nastavení Kontrola. Mezní rozdíly poloh dalekohledu byly nastaveny mírné, aby program zpracoval všechny měřené veličiny (vodorovný směr a zenitový úhel 0,01 gon a pro šikmé délky 0,003 m). Odlehlé hodnoty, které se nacházely v měření, program vyloučil pomocí robustní metody. I po nastavení těchto docela mírných kritériích mezních rozdílů bylo nutné některá měření vyloučit. Na přesnost sítě a vyrovnání to mělo pouze malý vliv, protože měření bylo vhodně provázané s velkým počtem nadbytečných měření. V Tab. 4 jsou tyto body vypsány. Ve sloupci Veličina jsou napsány typy měřené veličiny, které překročili stanovený mezní rozdíl. 34

35 Obr. 22:Nastavení mezních rozdílů Stanovisko Bod Veličina Vodorovný směr 1804 Vodorovný směr Vodorovný směr 2403 Vodorovný směr Zenitový úhel Zenitový úhel 2805 Vodorovný směr Vodorovný směr 504 Zenitový úhel Tab. 4: Odstraněná měření 35

36 7.2.4 Analýza měřených dat Před spuštěním výpočtu vyrovnání bylo potřeba spustit analýzu měření (Vyrovnání Analýza měření). Pomocí této operace lze zjistit, zda nejsou v měření nějaké hrubé chyby, které by znemožnily průběh vyrovnání. Cílem apriorní analýzy bylo určení apriorních směrodatných odchylek měřených veličin (vodorovných směrů, zenitových úhlů a šikmých délek), které jsou nezbytné pro správné stanovení vah měření vstupujících do vyrovnání. K výpočtu apriorní analýzy je možné použít tři typy přesnosti sítě vnitřní, vnější a zadanou uživatelem (Vyrovnání Analýza sítě). Pro vlastní zpracování vyrovnání byla zvolena možnost uživatelská dle Obr. 23. Zadaných (vlastních) hodnot přesnosti sítě bylo dosaženo systematickým zpřesňováním sítě (postupně byla zvyšována přesnost měřených veličin s ohledem na poměr apriorní a aposteriorní směrodatné odchylky jednotkové). Obr. 23:Apriorní analýza sítě 36

37 7.2.5 Nastavení vyrovnání, uložení projektu Před samotným vyrovnáním byly nastaveny základní vstupní hodnoty pro vyrovnání sítě (Hlavní Nastavení Vyrovnání), což je vidět na Obr. 24. Zde byla nastavena hladina významnosti na hodnotu 0,01 (1 procento), aby byly vyloučeny jen opravdu chybné měření, a metoda robustního odhadu Huber, která se jeví jako mimořádně stabilní i při relativně vysokém počtu odlehlých měření. Při hledání hodnot, které by odpovídaly skutečné přesnosti měřených veličin, byla používána možnost výpočtu vyrovnání bez analýzy veličin. Pokud není veličina zaškrtnuta (v Analyzované veličiny označeno na Obr. 24) nedochází k jejímu vyloučení z vyrovnání. Obr. 24:Nastavení vyrovnání Po nastavení výchozích hodnot pro vyrovnání bylo nutné celý projekt uložit. Bez uložení se při vypnutí programu celé nastavení obnoví na původní. Uložení se provádí (Hlavní Uložit jako projekt). Vytvoří se soubor s příponou PEN a program se může zavřít a nastavení zůstane uložené. 37

38 7.2.6 Vyrovnání Po načtení vstupních souborů (zápisník a souřadnice), nastavení přesností a úspěšné analýze měření bylo spuštěno vyrovnání (Vyrovnání Vyrovnání sítě). Po vyrovnání se zobrazí čísla bodů a prostorové souřadnice (Obr. 25) vypočtené z vyrovnání včetně souřadnic fixních bodů (označeny červeným F), které se nacházejí na konci tabulky. Obr. 25:Okno s vyrovnanými souřadnicemi Výsledek vyrovnání obsahoval celkem 53 bodů prostorové sítě. Z toho bylo 50 bodů vypočtených z vyrovnání a 3 body byly předem zadány jako fixní. Souřadnice jsou k nahlédnutí v Příloze č Síť V záložce Síť se nacházejí informace, kresba a protokol o vyrovnání. V nabídce Informace jsou data o průběhu vyrovnání. Podstatným údajem je počet vyloučených odlehlých hodnot. Jsou to hodnoty, které program vyloučil jak o odlehlé a nevstoupily do finálního vyrovnání. Ideální hodnota je dle autora programu pod 10% měření, což bylo splněno. Ukázka výstupních parametrů při vlastním vyrovnání je na Obr

39 Obr. 26:Informace o vyrovnání Vyrovnání proběhlo úspěšně. Výsledkem bylo, že poměr apriorní a aposteriorní jednotkové směrodatné odchylky byl 1:0,901, což poukazuje na fakt, že zadané směrodatné odchylky měřených veličin jsou nepatrně vyšší než skutečná přesnost měřeních veličin (zadané směrodatné odchylky veličin bylo možné dále snižovat, ale aposteriorní směrodatná odchylka se při této manipulaci začala neúměrně zvyšovat a proto bylo finální nastavení již ponecháno). Program vyloučil 20 (6,4 %) odlehlých hodnot z celkového počtu 314 hodnot jak je uvedeno na Obr. 26. V Tab. 4: Odstraněná měření jsou vyloučená měření vodorovných směrů a zenitových úhlů, kde je vidět, že vodorovných směrů bylo vyloučeno nejvíce pravděpodobně z důvodu špatného cílení způsobeného špatnými podmínkami pro měření (tma a špatné osvícení terčů). Vyloučená odlehlá měření vodorovný směr Stanovisko Číslo bodu Mezní oprava [mgon] Reálná oprava [mgon] 503 2,17 2, ,28 1, ,22 2, ,17 4, ,21 3, ,23 2, ,23 12, ,10 1, ,22 11, ,95 4, ,25 4, ,01 2, ,80 11,00 39

40 504 2,22 11, ,23 9, ,24 7, ,31 13, ,31 12,63 Vyloučená odlehlá měření zenitový úhel ,37 4, ,50 2,97 Tab. 5: Vyloučená odlehlá měření Kresba Záložka kresba je grafické okno, kde je zobrazená mapa měření (Obr. 27). Lze zde nastavit barva a velikost bodů, čar a elips chyb. Další praktickou častí je zapínání a vypínání zobrazovaných prvků. Na mapě jsou zobrazeny souřadnicové osy, měřítko elips chyb a měřítko mapy. Celá mapa lze uložit jako obrázek ve formátu JPEG nebo ve formátu DXF pro načtení a úpravu v CAD programech. Obr. 27: Celé grafické okno v programu EasyNET Na Chyba! Nenalezen zdroj odkazů. je detailní mapa měření včetně elips chyb (modré), které udávají přesnost sítě. 40

41 Obr. 28: Kresba Protokol Protokol o vyrovnání je součástí přílohy č. 5. V protokolu jsou vypsány všechny informace o vyrovnání, kde nejzajímavější z nich již byly okomentovány v předešlých kapitolách. 41

42 7.3 Vyrovnání sítě v programu Gama Local Program GNU Gama [6] je volně distribuovaný a otevřený program, který slouží k vyrovnání rovinných i prostorových geodetických sítí. Autorem tohoto akademického projektu je Prof. Ing. Aleš Čepek, CSc Vstupní soubor Soubor se vstupními daty je v podobě textového souboru, který obsahuje měřené veličiny. Po načtení upravených dat program tento skript nechtěl spustit z důvodu velkých chyb (vyrovnání nekonvergovalo). Proto byl vytvořen upravený vstupní soubor, který obsahoval stejné měřené hodnoty, jako vstupní soubor do programu EasyNet. V souboru se již nevyskytovala vyloučená chybná měření, která detekoval program EasyNet v analýze měření (pomocí mezních rozdílů poloh). Ve vstupním souboru se nacházejí souřadnice daných fixních bodů a měřená data Výpočet vyrovnání Vstupní textový soubor s měřenými daty byl uložen do stejné složky v PC jako program Gama Local. Program se spouští přes příkazový řádek nebo přes program Total Commander, kde se u obou vyplní přístupová cesta ke vstupnímu souboru a textový soubor kam se má uložit protokol s výsledky vyrovnání. Ukázka příkazu pro spuštění vyrovnání v Total Commander -gama.exe --language cz --encoding cp-1250 vstup1.gkf vystup1. Po prvním spuštění obsahoval výstup programu mnoho nevypočítaných bodů a tak po konzultaci s vedoucím práce byly do vstupního souboru doplněny přibližné souřadnice podrobných bodů. Přibližné souřadnice byly převzaty z vyrovnání v EasyNetu. Po přidání přibližných souřadnic bodů už vyrovnání proběhlo a dále bylo pracováno se směrodatnými odchylkami měřených veličin, tak aby poměr aposteriorní a apriorní jednotkové směrodatné odchylky byl co nejblíže k poměru 1: Výsledky vyrovnání v Gama Local Počáteční hodnoty směrodatných odchylek byly po konzultaci s vedoucím práce zvoleny následující. Pro vodorovný směr a zenitový úhel to bylo 1,5 mgon a pro šikmé délky to bylo 1,5 mm. Postupnou úpravou směrodatných odchylek během vyrovnání bylo 42

43 docíleno, že odpovídající apriorní směrodatná odchylka vodorovných směrů byla 2,1 mgon, pro zenitový úhel 1,7 mgon a pro šikmou délku 1,3 mm. Z této úpravy směrodatných odchylek byl výsledný poměr aposteriorní a apriorní jednotkové směrodatné odchylky 1:1.08, ze kterého vyplívá hodnocení, že některé směrodatné odchylky měřených veličin, se kterými bylo vyrovnání provedeno, jsou nepatrně menší než apriorní přesnost, se kterou byly tyto veličiny změřeny. Z důvodů hrubé chyby v zenitovém úhlu způsobené dlouhou vzdáleností ze stanoviska 503 na bod 504 byl tento úhel vyloučen. K velkým chybám v cílení došlo na stanoviskách 9006, 9007 a 503, kde některé vodorovné směry obsahují hrubé chyby. Aby tyto vodorovné směry nemusely být zcela vyloučeny, byla jim individuálně zvýšena směrodatná odchylka. Podrobný bod číslo 101, měřený ze stanoviska 503 nebyl programem Gama Local spočítán z důvodu singulárních souřadnic. Po konzultaci s vedoucím práce a snahách tento bod vyrovnat bylo rozhodnuto, že tento bod a jeho výsledná přesnost bude spočítán pouze v programu EasyNet. Výsledné souřadnice jsou k nahlédnutí v Příloze č.2. Výsledná přesnost většiny měřených vodorovných směrů a zenitových délek je skoro dvojnásobná než přesnost totální stanice. Tento rozdíl je v důsledku podmínek ve štole při měření, které byly pro měřiče velmi náročné. Na dlouhé vzdálenosti byly odrazné terče opravdu špatně viditelné a na blízké to nebylo o moc lepší z důvodu buď slabého, nebo silného osvětlení terčů figurantem. V této kapitole bylo čerpáno z [9] 43

44 8 Porovnání použitého softwaru V této kapitole jsou popsány subjektivní výhody a nevýhody zpracování v použitých programech. Byl zde porovnán rozdíl obtížností přípravy dat ke zpracování dále také průběh vyrovnání a v poslední části přehlednost výstupů z obou programů. 8.1 Příprava vstupních dat K programu EasyNet mi byla propůjčena dokumentace k přípravě vstupních dat, ve které bylo přehledně a jednoduše vysvětleno co má vstupní soubor obsahovat. Velkou výhodou bylo také, že na CD k programu byly ukázky projektů včetně vstupních dat. S těmito podklady bylo snadné sestavit vstupní soubor. Data z měření byla z totální stanice vyexportována ve formátu IDX a otevření Notepad++, ve kterém jdou kopírovat jednotlivé sloupce, což bylo velmi praktické. Druhým vstupem do vyrovnání je seznam souřadnic v textovém dokumentu, ve kterém jsou prostorové souřadnice a čísla bodů. Vstupní textový soubor do programu Gama Local byl vytvořen v programu Notepad++. Tvorba souboru byla konzultována s vedoucím práce, protože z důvodu velkého množství dat a jejich potřebné úpravy se vyskytly problémy. Ve vstupním souboru se nacházejí souřadnice fixních bodů a celá naměřená data. Příprava vstupního programu do EasyNetu byla v porovnání s programem s Gama Local jednoduší a rychlejší z důvodu jednoduší struktury souboru. 8.2 Práce s programy Program Gama Local nemá grafické okno, tudíž veškerá nastavení jsou v součásti vstupního souboru, kde se definují parametry vyrovnání. V programu EasyNet se pracuje v grafickém oknu, kde se volí vstupní soubory nastavují parametry vyrovnání viz kapitola Při práci v Gama Local bylo výhodou, že všechna data vstupující do vyrovnání byla v jednom textovém souboru, kde byly nadefinovány i parametry vyrovnání a nevýhodou bylo, že program negeneruje hlášení o chybách ve vstupním souboru. Vyrovnání v programu EasyNet bylo uživatelsky více intuitivní a z toho důvodu jednoduší. 44

45 8.3 Výstupy a protokoly ze softwarů Výstupem z programu GamaLocal je protokol textovém souboru, ve které jsou všechny výstupy, které program generuje. Po spuštění vyrovnání v programu EasyNet se v novém okně zobrazí vyrovnané souřadnice a v horní liště okna je nabídka výstupů, které program vygeneroval. Výhodou výstupu (protokolu) z programu Gama Local je, že výsledky jsou programem uloženy v jednom textovém souboru to v programu EasyNet nelze. Program EasyNet na rozdíl od Gama Local má výstup ve formě kresby vyrovnání, která se skládá z bodů sítě, měřených veličin a elips chyb. 8.4 Vyhodnocení a porovnání výsledků V (Tab. 6) jsou vyrovnané orientační posuny z programů EasyNet a Gama Local na volných stanoviskách a jejich rozdíl. Výsledky jsou velmi podobné až na stanovisko 9007, kde je rozdíl 0,0015 gonu. Důvodem většího rozdílu je, že program EasyNet vyloučil vodorovné měření na bod 503 a program Gama Local s ním počítá a neuvedl ho jako odlehlé. Vyrovnané orientační posuny [gon] Stanovisko Hodnota z Gama Local Hodnota z EasyNet rozdíl[mgon] [gon] [gon] , , , , , , ,46 Tab. 6:Vyrovnané orientační posuny Pro popis přesnosti sítě byly vypočítány směrodatné odchylky prostorové polohy volných stanovisek (Obr. 29). Přesnost volných stanovisek se zlepšuje v blízkosti bodů 503 a 504 z důvodu, že bylo měřeno na více fixních bodů a vyrovnávaná síť byla lépe provázaná (Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.). 45

46 Bod Výsledek EasyNet [mm] Výsledek Gama Local [mm] Rozdíl [mm] ,79 0,9 0, ,68 0,9 0, ,67 0,9 0, ,63 0,8 0, ,63 0,8 0, ,59 0,7 0, ,50 0,6 0,10 Tab. 7:Porovnání prostorových směrodatných odchylek volných stanovisek V programu EasyNet bylo dosaženo menších směrodatných prostorových odchylek než v programu Gama Local. Bylo to možné díky tomu, že robustním odhadem byly automaticky vyloučeny chybná měření bez zásahu uživatele a to v konečném důsledku dovolilo směrodatné odchylky veličin zmenšit více než u programu Gama Local, kde je vylučování odlehlých necháno na uživateli. Po úpravě směrodatných odchylek v programu Gama Local již výrazně neklesala aposteriorní odchylka, což vedlo k tomu, že ve vyrovnání zbylo víc měření a směrodatné odchylky veličin byly trochu vyšší než v případě programu EasyNet. Prostorová směrodatná odchylka [mm] 1,1 1,05 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 0, Volná stanoviska Obr. 29: Graf přesnosti volných stanovisek Gama Local EasyNet Výsledkem vyrovnání prostorové sítě za daných směrodatných odchylek měřených veličin jsou prostorové směrodatné odchylky podrobných bodů sítě viz kapitola 9. Prostorové směrodatné odchylky vypočítané v programu EasyNet byly menší než v Gama 46

47 Local(Obr. 30) z důvodu rozdílné velikosti apriorních směrodatných odchylek veličin, ze kterých se prostorové směrodatné odchylky počítají. Průměrná hodnota prostorová odchylky [mm] 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, EasyNet Gama Local Profil Obr. 30:Porovnání průměrné prostorové odchylky na profilech 47

48 9 Výsledky Výsledky této Bakalářské práce budou použity jako podklady pro úlohu předmětu geodézie v podzemních prostorách. Výsledkem vyrovnání jsou prostorové směrodatné odchylky volných stanovisek a podrobných bodů na profilech. Směrodatné odchylky volných stanovisek jsou o řád menší než u podrobných bodů z důvodu, že každé volné stanovisko je protínané na více bodů z profilů a také na body místní sítě S-Josef. V Tab. 7:Porovnání prostorových směrodatných odchylek volných stanovisek bylo zpracováno porovnání prostorových směrodatných odchylek volných stanovisek po výpočtech v obou požitých programech. V Tab. 8 nalezneme porovnání mezi prostorovými směrodatnými odchylkami podrobných bodů vypočtenými programy EasyNet a Gama Local. Velikost směrodatných prostorových odchylek závisí na velikosti vstupní směrodatné odchylky, tudíž porovnání směrodatných odchylek je nejednoznačné a do výsledků bakalářské práce bylo zařazeno pro zajímavost. Největší směrodatná prostorová odchylka, vzniklá vyrovnáním z EasyNetu je na bodě 1804, kde dosahuje 1,4 mm. Program Gama Local vyhodnotil největší směrodatnou prostorovou odchylku na bodech 1804, 1805 a 2205, která byla 1,6 mm. 48

49 Bod Výsledek EasyNet [mm] Výsledek Gama Local [mm] Rozdíl [mm] Bod Výsledek EasyNet [mm] Výsledek Gama Local [mm] Rozdíl [mm] 101 1, ,70 1,0 0, ,19 1,3 0, ,71 0,9 0, ,19 1,3 0, ,75 1,0 0, ,84 1,2 0, ,75 1,0 0, ,90 1,2 0, ,77 1,0 0, ,90 1,2 0, ,77 1,0 0, ,37 1,6 0, ,75 0,9 0, ,37 1,6 0, ,91 0,9 0, ,90 1,1 0, ,75 1,5 0, ,81 1,0 0, ,32 1,5 0, ,91 1,2 0, ,32 1,5 0, ,90 1,2 0, ,32 0,8 0, ,87 1,2 0, ,58 0,7 0, ,72 1,0 0, ,66 0,7 0, ,76 1,1 0, ,52 0,8 0, ,34 1,6 0, ,29 0,9 0, ,88 1,2 0, ,72 1,4 0, ,37 1,6 0, ,21 1,4 0, ,68 1,0 0, ,21 1,3 0, ,69 1,0 0, ,21 0,9 0, ,33 1,5 0, ,74 1,4 0, ,72 1,0 0,28 Tab. 8:Porovnání prostorových směrodatných odchylek podrobných bodů 49

50 10 Prostorově jednostranně orientovaná tunelová síť Tato kapitola porovnává výsledné přesnosti dvou odlišně připojených sítí vstupujících do vyrovnání. Po konzultaci s vedoucím práce bylo rozhodnuto, že vyrovnání proběhne pouze v programu EasyNet z důvodu zrychleni a ulehčení práce Popis experimentu V dílčím výpočetním experimentu byly porovnány výsledky vyrovnání oboustranně připojené sítě s jednostranně připojenou sítí, která měla simulovat postupné určování prorážky tunelu prostřednictvím profilů. Síť vyrovnávaná v kapitole 7.2 byla oboustranně připojená na body místní sítě 502, 503 a 504, kde do vyrovnání tyto body vstupovaly jako fixní. V rámci výpočetního experimentu byly do druhého vyrovnání zvoleny za fixní podrobné body z prvních dvou profilů sítě (180 a 200) a bod místní sítě číslo 502 pro simulaci jednostranně připojené prostorové sítě. Zápisník byl tedy upraven tak, aby v něm nebyly měření na body 503 a 504. Z vyrovnání bylo dále vyloučeno měření na profil 100 ze stanoviska 503. Stanovisko 503 bylo centrické a byla na něm měřena výška stroje, která však do vyrovnání nevstupovala a byla odečtena až v po výpočtu vyrovnání od souřadnice Z Provedení a vyhodnocení vyrovnání Vyrovnání v programu EasyNet bylo provedeno stejným postupem jako v kapitole Směrodatné odchylky měřených veličin byly zvoleny stejné jako při prvním vyrovnání tedy 1,0 mgon pro vodorovný směr a zenitový úhel a 1,3 mm pro šikmé délky. Výsledná hodnota aposteriorní směrodatné odchylky byla 0,855 (Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.) př zvolené apriorní směrodatné odchylce 1. Do vyrovnání vstupovalo 231 měřených veličin a vyloučeno bylo 6 % (11 vodorovných směrů a 3 zenitové úhly). Graf na Obr. 31 ukazuje na postupné zhoršování přesnosti směrodatné prostorové odchylky volných stanovisek a centrického stanoviska na bodě 503 z výsledků vyrovnání. 50

51 Prostorová směrodatná odchylka [mm] 1,5 1 0, Stanoviska Obr. 31:Graf vývoje přesnosti prostorové směrodatné odchylky z vyrovnání Na Obr. 32 je kresba jednostranně orientované sítě vzniklé po vyrovnání v programu EasyNet, kde jsou modře vykresleny elipsy chyb, které názorně dokazují zhoršování přesnosti výpočtu podrobných bodů. Obr. 32:Kresba sítě 51