Diplomová práce. Zaměření historických sklepů objektu Želví doupě v Mělníku. Bc. Dana Vašková roz. Dušková

Transkript

1 České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební Katedra speciální geodézie Diplomová práce Zaměření historických sklepů objektu Želví doupě v Mělníku Bc. Dana Vašková roz. Dušková Vedoucí práce: doc. Ing. Pavel Hánek, CSc. Studijní program: Geodézie a kartografie, Magisterský Obor: Geodézie a kartografie 15. prosince 2013

2 iv Prohlášení Prohlašuji, že jsem předloženou práci vypracovala samostatně a že jsem uvedla veškeré použité informační zdroje v souladu s Metodickým pokynem o dodržování etických principů při přípravě vysokoškolských závěrečných prací. V Chrudimi dne

3 v Poděkování Chtěla bych touto cestou poděkovat především vedoucímu práce za trpělivost a podporu při psaní tohoto textu. Dále bych chtěla poděkovat všem, kteří se mnou práci konzultovali a jakkoliv mě při její realizaci podporovali. Poděkování patří i kolegyni Bc. Markétě Nové za měřickou spolupráci. Další poděkování náleží pracovníkům Městského úřadu v Mělníku a majitelovi objektu v ulice Ostruhová čp. 85 Františku Soukupovi za umožnění měření. Poděkování patří i firmě Arcadis, hlavně Ing. Ivo Kohouškovi za zapůjčení skeneru pro skenování a spolupráci při zpracování dat.

4 Abstract This diploma thesis concerns in the real measurement of cellar areas in Želví doupě in the town Mělník at Ostruhová street No. 85. The surveying structure for detailed area geodetic measurement have been built up in given part of town. The surveying structure have been connected to the reference systems the S-JTSK coordinate system and Bpv altitude system. A detailed survey have been carried out in this cellar areas and recorded data are processed in a suitable programme. A three-dimensional model and drawing documentation a ground plan and sections in required areas have been drawn up according to this data. The ground plan ofcellar areas in its drawing documentation is in 1:50 scale and the sections in 1:30 scale. Single image photogrammetry have performed on the two suitable walls and have been created photoplan in 1:20 scale. The main cellar space have been surveyed laser scanning and have been created detailed 3D model. Keywords: laser scanning, detailed survey, single image photogrammetry, three-dimensional model, large-scale mapping vi

5 vii Abstrakt Diplomová práce se zabývá zaměřením sklepních prostor historického měšťanského objektu Želví doupě v Mělníku v ulici Ostruhová čp. 85. V dané lokalitě byla vybudována povrchová měřická síť pro podrobné geodetické zaměření. Měřická síť byla připojena do závazných referenčních systémů souřadnicový systém S-JTSK a výškový systém Bpv. Ve sklepních prostorách byla realizována tachymetrie pomocí totální stanice a naměřená data byla zpracována v geodetickém výpočetním programu Groma. Na jejich základě byl vyhotoven prostorový model a výkresová dokumentace půdorys a řezy v požadovaných místech. Půdorys sklepních prostor je ve výkresové dokumentaci zobrazen v měřítku 1:50 a řezy jsou v měřítku 1:30. Na dvou stěnách byla provedena jednosnímková fotogrammetrie a vytvořeny fotoplány v měřítku 1:20. Hlavní sklepní prostor byl zaměřen laserovým skenerem a vytvořen tak podrobný 3D model. Metody byly vzájemně porovnány s ohledem na jejich pracnost, časovou náročnost a využití. Klíčová slova: laserové skenování, podrobné měření, jednosnímková fotogrammetrie, prostorový model, velkoměřítkové mapování

6 Obsah 1 Úvod 1 2 Mělník Historie města Mělnické podzemí Pověst o mělnickém podzemí Historie domu Želví doupě Sklepní prostory středověkých a novověkých měst Architektonické prvky sklepů Používané stavební materiály Projekt měřických prací 12 5 Bodové pole Povrchové bodové pole Připojení podzemního bodového pole Rozbor přesnosti polygonového pořadu Rozbor přesnosti polohy Rozbor přesnosti směrníku poslední strany Rozbor celkové přesnosti Zhodnocení přesnosti polygonových pořadů viii

7 OBSAH ix Vrcholové úhly polygonového pořadu Porovnání souřadnic Porovnání směru poslední strany Podzemní bodové pole Podrobné zaměření Metody podrobného zaměření Použité přístrojové vybavení Topcon GPT Canon EOS 450D Skener Leica P Tachymetrie pomocí totální stanice Tvorba fotoplánu Laserové skenování Srovnání jednotlivých metod podrobného zaměření Srovnání přesnosti a využitelnosti Srovnání časové náročnosti Výkresová dokumentace 40 8 Závěr 43 A Zápisník polygonových pořadů 48 B Fotoplány 53 C Výkresová dokumentace 56

8 Seznam obrázků 2.1 Pohled na město Mělník Vstup do druhého patra Pohled na zasypanou chodbu Nově stabilizované body [12] Ukázka stabilizace Náčrt polygonového pořadu pro rozbor přesnosti Porovnání souřadnic 2 měřeného polygonového pořadu Náčrt měřeného polygonového pořadu Topcon GPT 7500 [25] Skener Leica P20 [14] Testovací pole Vlícovací body Signalizační terč Schéma postavení skeneru Složené mračno bodů z dílčích mračen Srovnání laserového skenování a drátěného modelu na JV stěně Srovnání metod na JV stěně Detail porovnání řezů I Detail porovnání řezů II x

9 SEZNAM OBRÁZKŮ xi 8.1 Znečištěné druhé patro sklepa objektu Želví doupě

10 Kapitola 1 Úvod Místa pod povrchem planety Země už odpradávna přitahují lidskou mysl. Tajemství skrývající se v jeskyních, podzemních chodbách i sklepích se stávala cílem objevitelů, jejichž snahy zachycují především pověsti a pověry. V podzemí lidé nacházeli bohatství nejen nerostné, ale i duchovní. Předkové uměli podzemí využít nejen k získání surovin, ale také k ukládání svého majetku. A tím majetkem byly nejen peněžní poklady, ale také suroviny a potraviny, které byly pro přežití nejen v dobách válek a dlouhých zim nejdůležitější. Právě v důsledku, že lidé v podzemní nacházeli úkryt pro sebe nebo pro své poklady, byly podzemní prostory často utajené. S postupnými změnami životního stylu se měnila i funkce sklepů, mnoho prostor tak bylo opuštěno a zasypáno. Dnešní doba však přináší znovuobjevování sklepních prostor jako zdroje poznání o historii předků. Zasypané sklepy či jiné podzemní prostory se na některých místech objevily zcela náhodou v důsledku propadů půdy, či při stavební činnosti. Mapování prostor pod povrchem země je pro většinu lidí výzva, protože v době moderních družicových technologií, díky kterým je zmapován celý povrch planety Země, mohou vytvořit mapu prostor, které jsou už vybudovány spoustu let, přesto jejich mapa bude prvním originálem. Pro lidi je Mělník známé královským městem ležícím na vyvýšenině v polabské nížině nad soutokem dvou největších českých řek Vltavy a Labe. Je známý nejen soutokem, ale i zámkem, vinicemi a každoročně pořádaným vinobraním. Pod městem se však nachází nejen 1

11 KAPITOLA 1. ÚVOD 2 nejširší studna v České republice, ale také systém vzájemně propletených podzemních chodeb a sklepů. Bohužel mnoho z nich je zasypáno a někdy i zničeno. Město se snaží s pomocí vlastníků sklepní prostory a chodby vyčistit a následně zmapovat. Zajímavé je, že o podzemí více nepojednávají ani fundované publikace jako jsou Umělecké památky Čech [20]. Měřická výkresová dokumentace bude dokumentací skutečného stavu sklepních prostor. Lze ji také využít k návrhům úprav okolí objektu nebo jako historickou dokumentaci vývoje objektu. Nejčastěji se provádí z důvodu nedostatečné nebo žádné původní dokumentace, jako tomu je v případě domu s novodobým a ve městě užívaným názvem Želví doupě. Vytvořená výkresová dokumentace se tak stane součástí mapy mapující podzemní prostory nacházející se pod celým historickým centrem města Mělník. Mapa podzemních prostor bude sloužit městu Mělník jako historická dokumentace současného stavu, bude moci sloužit při plánování rekonstrukcí ulic a umožní předvídat možné propady v místech, kde by se mohly další podzemní prostory nacházet. Pro zmapování současného stavu lze využít několika geodetických metod. Pro účely této práce byly využity tři z nich, a to tachymetrie pomocí totální stanice, jednosnímková fotogrammetrie a laserové skenování. Cílem práce je vytvoření 3D modelu sklepních prostor a náležité výkresové dokumentace v podobě půdorysu a příčných řezů. Díky využití různých metod bude provedeno jejich porovnání z hlediska pracnosti a časové náročnosti. Tato práce vznikla v návaznosti na bakalářskou práci Lenky Kloučkové [12] a ve spolupráci s diplomovou prací Markéty Nové mapující sklepní prostor objektu v ulici Legionářů čp. 85. Při měření i vyhotovení dokumentace byla snaha o dodržení vyhlášky Českého báňského úřadu (ČBÚ) č. 435/1992 Sb. o důlně měřické dokumentaci při hornické činnosti a některých činnostech prováděných hornickým způsobem [5]. V případě mapování sklepních prostor nebylo možné vyhlášku [5] v některých případech dodržet především z důvodu jiného charakteru sklepních prostor a důlních objektů. Při zpracování a vytváření dokumentace byl brán ohled na další využití výstupů firmou Geodet s.r.o. a Městským úřadem Mělník, proto byla snaha vytvořit výkresy maximálně přehledně, tak aby byly použitelné i pro lidi bez geodetického nebo stavebního vzdělání. Výsledný 3D model byl převeden do formátu 3D PDF, aby byl použitelný pro co největší počet uživatelů.

12 Kapitola 2 Mělník Mělník je okresní město ležící ve Středočeském kraji na soutoku dvou řek, Labe a Vltavy. Je vzdálen asi 30 km severně od Prahy a žije v něm asi obyvatel. V současné době je město známé nejen díky historickému centru se zámkem a dominantní věží kostela sv. Petra a Pavla, ale také pěstováním vinné révy a každoročně pořádaným vinobraním. Pohled na Mělník ze od soutoku Labe a Vltavy je na obrázku 2.1. Obrázek 2.1: Pohled na město Mělník 3

13 KAPITOLA 2. MĚLNÍK Historie města Přírodní podmínky pro vznik města Mělníka začaly již před milióny let ve třetím období druhohor (křídě), kdy se na dně moře pokrývající území Čech vytvořily vrstvy usazenin. Dalším vývojem se tyto usazeniny proměnily ve slepence pevných hornin, pískovců, opuk a hlinitých slínů. Takto došlo ke vzniku terénního hřebenu z vodorovných vrstev opuky podél pravého břehu řeky Labe při ústí řeky Vltavy [3]. Příznivé klimatické podmínky, výhodný terén umožňují daleký rozhled, okolní úrodná krajina a blízkost velkých vodních toků s dostatkem vody byly příčinou, že na území dnešního Mělníka žijí lidé už od nejranějšího období pravěkých dějin. Nejstarší stopy o lidské činnosti byly v oblasti nalezeny již ve starším paleolitu v letech tisíc let př.n.l. Od neolitu, tedy přibližně od 5. tisíciletí př.n.l., je území dnešního Mělníka a jeho okolí osídleno lidmi nepřetržitě a je to dosvědčeno četnými archeologickými nálezy. Již v 10. století byl v oblasti dnešního Mělníka v písemných pramenech zmiňován knížecí hrad Pšov [22]. Jeho přesné umístění však nebylo dosud ani archeologicky zjištěno, hrad byl pouze dřevěný. O hradu se vypráví i velké množství pověstí, jedna z nich je uvedena například v [19]. Okolí města Mělníka zmiňuje ve svých románech i Eduard Štorch, příkladem je román Minehava [27]. Pšov byl údajným sídlem knížete Vratislava otce knížete Václava. V 10. století právě od rodu Přemyslovců dostal hrad i nové jméno, a to Mělník. V tomto období se začala na Mělnicku pěstovat také vinná réva. Za vlády Boleslava II. (vládl v letech ) byl v Mělníku vybudován románský hrad, který je archeologicky doložen na místě současného zámku. Na místě současného kostela sv. Petra a Pavla v té době stávala románská bazilika. Na začátku 13. století vládli městu Děpoltici (vedlejší větev přemyslovského rodu) a ti vybudovali opevněné hradby. V roce 1248 se po smrti manželky Václava I. stal Mělník věnným hradem kněžny a následně pak královny. Statut města byl Mělníku přidělen Přemyslem Otakarem II v roce Město mělo díky své poloze na soutoku dvou řek velký obchodní význam a s udělením statutu města povolil král skladovat v Mělníku sůl a přivážet po řekách další suroviny a nechávat si podíl z výnosu obchodu. Velký rozvoj města (jako i celého království) byl za vlády Karla IV. Městské panství bylo rozšířeno a samotné město dostalo nové výsady. Sám císař se tu občas zdržoval a pro-

14 KAPITOLA 2. MĚLNÍK 5 tože tu shledal vhodné podmínky pro rozvoj vinařství nechal přivést z Francie burgundskou révu. Rozkvětem město procházelo až do vlády Jiřího z Poděbrad a Jagelonců. V 80. letech 15. století byl přestavěn chrám sv. Petra a Pavla, především jeho mohutná věž, a ta se stala dominantou kraje [22]. V 16. století začal význam města upadat a třicetiletá válka ( ) ho ještě více poznamenala. Mělník jako bohaté město byl okupován švédskými vojsky a drancován. Po válce se město v důsledku nuceného odchodu nekatolických řemeslníků a vinařů téměř vylidnilo [3]. Město v 18. století téměř nezasáhla průmyslová revoluce a z toho důvodu se z něj stalo pouze malé městečko s typickými trhy, jarmarky a vinařskou tradicí. Město se však díky výhodné poloze nedaleko Prahy rozvíjelo jako centrum obchodu a komunikace. Výrazně tomu přispělo vybudování železnice, přístavního překladiště a Vltavského kanálu. Jako důkaz obchodního centra lze na ostění vrat staré radnice najít dva etalony pro určování měr. Kratší a starší etalon představuje český loket s délkou m a delší etalon vídeňský loket s délkou m [8]. Po první světové válce začalo docházet k urbanistické proměně města. Bylo postaveno velké množství nových budov, byl rozšířen přístav a celé město bylo elektrifikováno. Stále se rozvíjelo vinařství a byla vytvořena tradice vinobraní i když v trochu jiné podobě než ji známe dnes. Po druhé světové válce došlo k nárůstu obyvatel města a pro jejich potřeby vybudováno panelové sídliště. Z důvodu rozvoje průmyslu a výroby ve městě došlo ke zhoršení životních podmínek. V současné době má město přibližně obyvatel. Okolí města je velmi zemědělské. Pěstuje se tu nejen vinná réva, ale hlavně obilniny. Mělník byl odpradávna důležitou dopravní křižovatkou a svůj význam si určitým způsobem uchoval dodnes. Ve městě se potkávají všechny hlavní druhy dopravy zároveň silnice, železnice, přístav, letiště. 2.2 Mělnické podzemí Mělnické podzemí se začalo rodit již ve 13. století s velkou výstavbou kamenného města za vlády Přemysla Otakara II. ( ). Chodbový systém byl tak rozsáhlý, že tvořil několikapatrové město pod městem. Dvou až tří patrové sklepy byly a dodnes jsou součástí téměř

15 KAPITOLA 2. MĚLNÍK 6 každého objektu v centru města. Sklepy byly vzájemně propojeny řadou chodeb. Z nichž některé sloužily pravděpodobně jako únikové cesty a vedly až 2-3 km za původní hradby města. Sklepy jsou vytesány do opukovo-pískovcového hřebenu, na kterém leží centrum města a na kterém leželo gotické kamenné město, a dosahují hloubky 8-10 m pod povrchem. Horní patra jsou vyztužena opukovými obezdívkami, dolní patra jsou pouze tesaná. Na obrázku 2.2 je vidět vstup do dalšího tesaného patra objektu Želví doupě. Obrázek 2.2: Vstup do druhého patra Obrázek 2.3: Pohled na zasypanou chodbu Do dnešní doby se samozřejmě nezachovalo celé podzemí ve své původní podobě. V žádné dostupné práci ani knize zatím není přesné určení, kolik podzemích chodeb se pod Mělníkem nachází. Poche [20] udává asi 45 km chodeb, bohužel zjišťování pomocí podzemního radaru má velkou pravděpodobnost chybného určení. V současnosti je velké množství chodeb a sklepů zasypáno, zazděno, znečištěno či z nějakého dalšího důvodu nepřístupno, jak je možné vidět na obrázku 2.2. Pro veřejnost je přístupná pouze studna ze 14. století, ke které vede 150 m dlouhá podzemní chodba. Mělnická studna je jedinečnou technickou památkou v celé republice. Je hluboká 54 m, sloupec vody je 7 m vysoký a v nejširším místě má 4,543 m a je tak nejširší studnou v ČR [18]. Ve středověku byla studna jediným zdrojem vody pro celé město. Její umístění uprostřed a zároveň pod povrchem náměstí je z historických bezpečnostních důvodů, aby nemohla být otrávena nepřítelem, ale také z důvodu regulace odběru, protože to byl jediný zdroj vody v Mělníku. V současnosti dělané rozbory vody dokazují, že voda ve studni je dosud pitná. Domy na náměstí a v okolí měly přístup ke studni přes podzemní

16 KAPITOLA 2. MĚLNÍK 7 chodby vedoucí z jejich sklepů. Od roku 1749 stávala nad studní kaplička se sochou Bohorodičky na vrcholu a s dalšími 6 sochami svatých na okrajích. Ke konci 19. století bylo rozhodnuto o její demolici a studna byla uzavřena cihelnou kopulí [22]. V současnosti je místo studny na náměstí označeno skleněným poklopem s pískovcovým okrajem v úrovni dlažby náměstí Pověst o mělnickém podzemí O mělnickém podzemí se vypráví řada pověstí [2]. Jedna z nich se jmenuje Poklady mělnické (str. 207 [2]) a vypráví: ve vrchu, na kterém stojí zámek mělnický, spí sv. Václav a s ním mnoho tisíc rytířů. a vstane teprv, až bude v Čechách, největší válka a bída; potom osvobodí zemi Českou. Ve vrchu zakopány jsou také nesmírné poklady, které nebude možno dříve vyzdvihnouti, až celé město popelem lehne. To neštěstí potká prý Mělník na den Nejsv. Trojice, a proto také chodí průvod každoročně do kostela Nejsv. Trojice u Chloumku, by Pán Bůh toto neštěstí od města odvrátiti ráčil. Až celé město vyhoří, že nezůstane ani jedno stavení, teprv tenkráte nalezeny budou poklady, které vynaloženy budou na novou stavbu města. Za dávných časů vstoupilo několik lidí v čas, kdy se četly pašije do podzemní chodby, aby poklady tyto vyhledali. Nešli daleko, a vítr jim shasil světla. Nedali se tím odstrašiti, nýbrž vrátili se se a vzavše více pochodní, chtěli hlouběji vniknout; ale všecky pokusy byly marny. Přišli sice ke dveřím; ale sotva je začali otvíráti, povstal zase velký vítr, shasil jim pochodně, že stíží zpáteční cestu nalezli. Od té doby neodvážil se nikdo již do vrchu. 2.3 Historie domu Želví doupě Dům se nalézá v ulici Ostruhová čp. 58 v těsné blízkosti náměstí. Přízemí domu je v současné době upraveno jako kavárna a antikvariát. K historii domu toho bohužel ani sám současný majitel mnoho neví. Dům zakoupil dědeček současného majitele ve 30. letech 20. století. V padesátých letech byli majitelé nuceni dům předat státu a v devadesátých letech ho dostali zpět dědici v rámci restituce.

17 Kapitola 3 Sklepní prostory středověkých a novověkých měst Česká města byla postupně zakládána ve větší míře až od 13. století Přemyslem Otakarem II. Do té doby byly v krajině pouze dvorce a osady, a to na klimaticky příhodných místech, na místních vyvýšeninách, v blízkosti řek a obchodních stezek. Dvorce a osady byly většinou dřevěné. Nejstarší typ uměle vybudovaného pozemního prostoru byla obilná jáma, ale přímo sklep ji nazvat nelze. Většina obydlí té doby byla částečně zapuštěna do země, a to především z důvodu akumulace tepla. Ve 13. století za postupně začíná měnit životní styl a dochází k soustřeďování obyvatel do nově budovaných měst. Města byla zakládána nově na zelené louce nebo na místech již osídlených. Města se charakterizovala především hradbou ať dřevěnou nebo později kamennou. Se změnou života lidí (řemeslná výroba a obchod) se mění i architektura nově budovaných domů. Z důvodu odolnosti proti požárům je snaha ve městech budovat domy z kamenů a cihel spojovaných hliněnou maltou (nebo alespoň jejich centrální část). V této době začalo být potřeba ve městech uskladňovat potraviny na delší dobu neboť musí být do města dováženy z venkova. Nejen z důvodu uskladňování začaly být budováno podzemí domů. Pozemky ve městech byly drahé, proto byly domy budovány do podzemí a do výšky. Do podzemního prostoru se vstupovalo z mázhausu (velké místnosti v přízemí, ze které se vstupovalo i do patra). Účel sklepů byl různý, záleželo vždy na umístění sklepních prostor. 8

18 KAPITOLA 3. SKLEPNÍ PROSTORY STŘEDOVĚKÝCH A NOVOVĚKÝCH MĚST 9 Některé sklepní či spíše podzemní prostory nebyly umístěny pod domy, ale i mimo ně, často v závislosti na konfiguraci okolního terénu. Někdy byly podzemní prostory a sklepy spojovány chodbami, či z nich chodby vedly i mimo město. Sklepy v průběhu věků měly hlavně hospodářské využití. Byly používány k uložení a ochraně potravin, zboží a dalších zásob. V případě sklepů pod domy s várečným právem (právo vařit pivo) sloužily k uložení ledu a sudů s pivem. V oblasti pěstování vína sloužily sklepy pro uskladňování sudů s vínem. V příhodných podmínkách byly ve sklepech bohatých vlastníků budovány studny. V městě Mělníku (viz. kap.2.2) byla vybudována jedna studna a k ní propojovací chodby ze všech domů na náměstí. Sklepy pod rychtářovým domem byly používány jako šatlavy pro zločince. Zda byly sklepy používány i za jiným účelem, jako ochrana obyvatel nebo majetku v době válek, není dokázáno. Podle užití sklepa také byla volena velikost a hloubka sklepa. 3.1 Architektonické prvky sklepů Pro budování sklepů existuje několik způsobů. V nejstarší historii bylo využíváno jako sklepů především přírodních podzemních prostor (jeskyní, skalních dutin), které přirozeně navazovaly na obydlí. Tyto prostory se se bohužel nevyskytovaly ve všech obydlených oblastech. Proto se v závislosti na konfiguraci terénu začaly různými metodami budovat sklepy uměle. Nejstarším a nejpoužívanějším způsobem je vytvoření sklepa výkopem v terénních nerovnostech (ve svazích kopců). Další možností byl prostý výkop se zabezpečením stěn, a to buď pažením, nebo vyzdíváním s ohledem na typ půdy, ve kterém byl sklep budován. Dalším způsobem bylo ražení prostor důlními metodami. Tak předkové obvykle budovali především vícepatrové sklepy či obranné systémy. Nejvyužívanějším architektonickým prvkem, který se využívá ve všech historických obdobích, a to nejen ve sklepní architektuře, je klenba. Klenba je oblouková konstrukce složená z kusových částí (cihly, kámen). Klenba má stejně jako každá jiná konstrukce své výhody a nevýhody. Výhodou je její nehořlavost, požární odolnost, zvuková neprůzvučnost a trvanlivost (klenba je schopná odolávat staletí). Nevýhodou je hmotnost, pracnost a spotřeba materiálu. Vlastní klenba je charakterizována tvarem čelního oblouku. Tvary oblouků se mo-

19 KAPITOLA 3. SKLEPNÍ PROSTORY STŘEDOVĚKÝCH A NOVOVĚKÝCH MĚST 10 hou lišit, a to v závislosti na druhu konstrukce a na historickém období. Klenba má několik konstrukčních variant. Nejčastějším druhem je klenba valená a křížová. Více o konstrukcích a silovém působení kleneb je uvedeno například v [7]. Dalším prvkem vyskytujícím se ve sklepích jsou různé druhy výklenků. Pravděpodobným účelem výklenků je odložení přenosného světla, avšak mohly stejně dobře sloužit i k uložení některých věcí. Výklenky mohou mít různou velikost, tvar i hloubku. Často jsou umístěny ve vstupní chodbě a na jedné z obvodových zdí. Počet není předně dán, v každém sklepě se jejich počet může lišit, v některých se nemusí vyskytovat žádný a v jiném jich může být několik. Důležitým prvkem sklepů jsou schodiště či kamenné nebo cihelné stupně sloužící pro přístup do sklepa. V případě vytesání sklepa do skalního masivu byly schody obvykle vytesány přímo do skály. Tak je tomu i v některých sklepech v Mělníku, například v objektu čp. 85 v ulici Legionářů. V objektu Želví doupě je vstup do sklepa novější než samotný sklep. Schody jsou betonové a první místnost při vstupu není pravděpodobně zcela původní. Je znatelné přebudování stropu, který je zpevněn železnými traverzami. Původní vstup do sklepa se mohl nacházet jinde. Na místě vstupu do dolního patra sklepa jsou v podlaze vytesány zářezy, které mohly sloužit k umístění dřevěných schodů pro vstup do dolního patra nebo k umístění poklopu pro zakrytí dolního patra. K popisným informacím hodnotícím vzhled a architekturu sklepních prostor mohou sloužit i popisy otvorů spojující sklepy, popis jejich ostění a tvarů. Dalšími prvky, které se mohou ve sklepích vyskytovat, jsou pilíře či podpěrné sloupy. V případě sklepa v objektu Želví doupě se jedná o využití více metod výstavby. Dolní patro (v současné době nepřístupné) je tesané v pískovcovém a opukovém podloží. Horní sklepní patro je vyzděné pomocí opuky, v novějších opravách potom cihlami. V horním patře je použito valené klenby s kruhovým čelním obloukem. Tvar klenby je vidět na vytvořených fotoplánech viz příloha B. V horním patře sklepa Želví doupě se nevyskytuje žádný výklenek. V dolním patře, kam bylo možné přes zásyp dohlédnout, se vyskytuje jeden velký výklenek na zadní straně sklepa. Jiné stavební prvky (pilíře, sloupy) se ve sklepě nevyskytují.

20 KAPITOLA 3. SKLEPNÍ PROSTORY STŘEDOVĚKÝCH A NOVOVĚKÝCH MĚST Používané stavební materiály Města byla v průběhu dějin stavěna ze stejných stavebních materiálů, a to ze dřeva, různého druhu kamenů, cihel a spojovacího materiálu hliněné (později vápenné, nebo vápenocementové) maltě. Pro výstavbu důležitých staveb (především církevních) se používal kámen, který byl ve středověku drahým stavebním materiálem. Využívalo se především přírodního kamene v různém stupni opracování, který se vyskytoval v okolí místa stavby, v závislosti na jeho geologických podmínkách. V místech, kde vhodný kámen pro stavbu nebyl, se musel dovážet, čímž se stavba prodražovala. Kámen se opracovával do různého stupně opracování vždy podle jeho určení ve stavbě. I ve vhodných místech, kde bylo kamene dostatek, zůstával pro většinu obyvatel finančně nedostupný. Proto byla většina obydlí stavěna ze dřeva. Dřevo bylo využíváno jako stavební materiál odpradávna. Již ve středověku byly způsoby opracování a užití dřeva byly dlouhými zkušenostmi předků dovedeny k velké dokonalosti. Ve sklepích se se dřevem jako stavebním materiálem již téměř nesetkáme, protože se nedochovalo. Přes menší odolnost vůči vnějším vlivům bylo dřevo při stavbě podzemních prostor využíváno. Příkladem jsou výztuhy v důlních dílech určených k těžbě. Dalším zmíněným hojně používaným materiálem ve sklepích byly cihly. Ty se využívaly především v místech s nedostatkem stavebního kamene. K výrobě cihel bylo třeba cihlářské hlíny, které se opět nacházela jen v určitých oblastech a její doprava (případně doprava vyhotovených cihel) byla drahá. Ruční výroba cihel byla náročná, a proto ani cihly nebyly nejlevnějším stavebním materiálem. V některých oblastech se využívaly i nepálené cihly tzv. vepřovice. Ty však nesměly přijít do styku s vodou nebo vlhkým prostředím, proto byly pro použití v podzemní ve většině případů nevhodné. Cihly se nevyužívaly jako náhrada kamene, ale spíše jako jeho doplněk. Vznikalo tak smíšené zdivo s cihelnými nadezdívkami a překlady nad otvory.

21 Kapitola 4 Projekt měřických prací Od roku 1995 do konce roku 2001 bylo v historické části města Mělník zaměřeno 94 podzemních objektů v souřadnicovém systému JTSK a výškovém systému Bpv v souladu s vyhláškou [5]. V současné době je k dispozici několik dalších nově nalezených či vyklizených objektů, které ještě nejsou geodeticky zaměřeny. Majitelé některých objektů jsou ochotni poskytnout své podzemní prostory k geodetickému zdokumentování a vytvoření výkresové dokumentace a 3D modelu. Samotné zaměření historických sklepů probíhá z podzemního podrobného bodového pole, které je připojeno na povrchové bodové pole. Této diplomové práci proto přecházela bakalářská práce [12], jejíž cílem bylo zhodnotit stav stávajícího bodového pole v historické části města Mělník a stabilizovat nové podrobné body tak, aby byly vhodně rozmístěné u zaměřovaných objektů. Na základě výsledků výše uvedené bakalářské práce bylo vytvářeno podzemní bodové pole tak, aby navazovalo na povrchové bodové pole. Podzemní bodové pole bude stabilizováno a zaměřeno volným polygonovým pořadem. Z podzemního bodového pole bude probíhat podrobné měření sklepních prostor, což je hlavní náplň této diplomové práce. Podrobné měření bude probíhat několika metodami polární metodou pomocí totální stanice, fotogrammetricky a laserovým skenováním. Jeho součástí bude polohové i výškové měření. Výsledkem bude vyhotovení výkresové dokumentace a vytvoření 3D modelu sklepních objektů. 12

22 Kapitola 5 Bodové pole 5.1 Povrchové bodové pole Zaměření povrchového bodového pole bylo vytvořeno v prvních měsících roku 2013 a podrobně jej popisuje Kloučková [12]. Nově bylo stabilizováno 7 bodů (A1 A7), umístěných na náměstí Míru a v ulicích Ostruhová a Legionářů tak, aby výhodně umístěny pro připojení podzemního bodového pole pro nově zaměřované sklepní prostory. Umístění bodů je schematicky zakreslena na obrázku 5.1. Body byly stabilizovány měřickými hřeby v dlažbě a na obrubníku ulic, tak aby byly stabilní, viz obrázek 5.1. Obrázek 5.1: Nově stabilizované body [12] Obrázek 5.2: Ukázka stabilizace 13

23 KAPITOLA 5. BODOVÉ POLE 14 Výsledné souřadnice navržených bodů (A1 A7) byly určeny GNSS technologií, 3D polygonovým pořadem a výškové měření bylo doplněno přesnou nivelací. Přečíslování bodů do oficiálních čísel bude provedeno později. GNSS měření bylo provedenou pouze na bodech A1, A2, A5 a A7. Na ostatních bodech nebylo možné z důvodu blízkosti vysokých budov měřit. Výsledné souřadnice byly vypočteny jako průměr z GNSS měření a vyrovnání polygonového pořadu. Přesnost souřadnic určených GNSS měření udává Kloučková hodnotou 0,009 m. Výsledné hodnoty souřadnic byly převzaty z bakalářské práce Kloučkové [12] a jsou uvedeny v tabulce 5.1. Při výpočtech se vycházelo právě z uvedených souřadnic v systému S-JTSK a ty jsou brány jako bezchybné. Tab. 5.1 Výsledné souřadnice (S-JTSK, Bpv) Bod Y[m] X[m] Z[m] A A A A A A A Povrchové pole ověřilo doplňkové měření a opětovný nezávislý výpočet souřadnic bodů v rámci bakalářské práce Ratmajera [23]. Pro připojení objektu Želví doupě byly využity souřadnice bodů A3 dále značen jako bod 4001, A2 jako bod 4002 a bod A4 jako bod Připojení podzemního bodového pole Podzemní bodové pole musí být připojeno do souřadnicového souřadného systému S JTSK a výškového systému Bpv. Pro připojení a orientaci podzemního bodového pole existuje několik možných postupů. Při volbě nejvhodnějšího postupu záleží na přírodních a jiných podmínkách vstupu do podzemního prostoru a typu samotného podzemního prostoru.

24 KAPITOLA 5. BODOVÉ POLE 15 Připojovací a usměrňovací měření lze provést následujícími postupy [9]: připojení vodorovnou nebo úklonnou štolou polygonovým pořadem, dvěma nebo více jámami, připojení jednou jámou promítání dvou bodů, promítání jednoho bodu a magnetické nebo gyroskopické určení směrníku. U sklepních prostor objektu Želví doupě bylo možné použít připojení pomocí volného jednostranně připojeného a orientovaného polygonového pořadu. Podle 9 vyhlášky [5] se pro měření se použije metod a postupů zajišťujících dostatečnou vnitřní kontrolu nebo alespoň dvou různých, na sobě nezávislých způsobů měření, případně nezávisle dvakrát opakovaný stejný způsob měření. Tomuto požadavku polygonový pořad vyhovuje, pokud jsou polygonové vrcholové úhly měřeny s uzávěrem a polygonový pořad je měřen dvakrát po stejných bodech. Tvar měřeného pořadu a stabilizovaných bodů podzemního bodového pole je zobrazen na obr Podle požadovaných výsledků a přesnosti měření se rozlišují měření na [9]: velmi přesná, přesná, technická, speciální přesnost je stanovená projektem (například při ražbě metra). Měření v objektu Želví doupě bylo prováděno tak, aby bylo vyhověno přesnosti pro přesné měření. Přesné měření je určeno pro hlavní polygonové a výškové pořady v rozsahu celého podzemního díla [5]. V objektu Želví doupě byl měřen volný polygonový pořad dvakrát nezávisle ve dvou skupinách s uzávěrem. Polygonový pořad obsahuje čtyři určované body ( ). Měření bylo provedeno přístrojem Topcon GPT 7500 (viz 6.2.1). Měřené hodnoty byly ukládány do paměti totální stanice. Pro přehledné zhodnocení uzávěrů a pro případné odhalení hrubých chyb byl vytvořen zápisník pro každý pořad, který je přílohou této práce A. Výpočet polygonového pořadu byl proveden v programu Groma v. 8.0 [24]. Výsledné souřadnice z obou pořadů jsou uvedeny v tab Dosažená přesnost při měření polygonového pořadu je podrobně charakterizována v kap

25 KAPITOLA 5. BODOVÉ POLE 16 Tab. 5.2 Souřadnice z obou měření polygonového pořadu Bod Y1 [m] X1 [m] Z1 [m] Y2 [m] X2 [m] Z2 [m] Rozbor přesnosti polygonového pořadu Každému měření v geodézii by měl předcházet rozbor přesnosti. Rozbor přesnosti musí vyházet z požadované přesnosti měřeného geometrického parametru. V závislosti na rozboru přesnosti před měřením je zvolena vhodná metoda měření a počet jejího opakování. V případě měření sklepu pro tuto práci nebylo k připojení podzemního bodového pole možné použít jinou metodu než připojení polygonovým pořadem Rozbor přesnosti polohy Tvar podzemního bodového pole, a tím i připojovacího polygonového pořadu, je pro tento sklepní prostor velmi specifický, jak je možné vidět na obr Rozbor přesnosti výsledných souřadnic vychází z rovnice pro výpočet souřadnic posledního bodu (5.1, 5.2). Posuzovaný polygonový pořad lze pro rozbor zjednodušit, a to natočením v souřadnicových osách a upravením úhlů. Pro výpočet byly použity přibližné zaokrouhlené délky. Číslování odpovídá označení situace pro odvození obr n 1 x n = x 1 + d j,j+1 cos σ j,j+1 (5.1) j=1 n 1 y n = y 1 + d j,j+1 sin σ j,j+1. (5.2) j=1 Převod na skutečné chyby pomocí derivací výrazů: n 1 n 1 ɛ xn = ɛ x1 + ɛ dj,j +1 cos σ j,j+1 d j,j+1 sin σ j,j+1 (ɛ σ1a + j=1 j=1 j ɛ ωi ) (5.3) i=1

26 KAPITOLA 5. BODOVÉ POLE 17 n 1 n 1 ɛ yn = ɛ y1 + ɛ dj,j +1 sin σ j,j+1 + d j,j+1 cos σ j,j+1 (ɛ σ1a + j=1 j=1 j ɛ ωi ). (5.4) i=1 Převod na směrodatné odchylky: Předpokládáme, že směrodatné odchylky úhlů na jednotlivých vrcholových bodech polygonového pořadu jsou si rovny. Stejný předpoklad platí i pro délky, směrodatné odchylky všech měřených délek jsou stejné σ ωi = σ ω, σ dj,j +1 = σ d. Souřadnice na připojovacích bodech byly považovány za bezchybné. Proto jejich směrodatná odchylka je rovna nule a z výsledné rovnice je tak vyloučena. Celkový počet bodů byl n = σx 2 5 = σd 2 cos 2 σ j,j+1 + d 2 j,j+1 sin 2 σ j,j+1 (4 j) 2 σ2 ω ρ j=1 j=1 j=1 2 (5.5) σy 2 5 = σd 2 sin 2 σ j,j+1 + d 2 j,j+1 cos 2 σ j,j+1 (4 j) 2 σ2 ω ρ j=1 j=1 j=1 2. (5.6) Dosazované hodnoty: Pro rozbor přesnosti byla použita směrodatná odchylka úhlu horší než je udáno výrobcem (viz 6.2.1) a to především z důvodu krátkých záměr a praktických zkušeností s přístrojem. σ d = 2 mm, σ ω = 0, 7 mgon, ω 1 = 200 gon, ω 2 = 100 gon, ω 3 = 100 gon, ω 4 = 200 gon, d 12 = 16 m, d 23 = 4 m, d 34 = 6 m, d 45 = 6 m, σ 12 = σ 1A + ω = 100 gon, σ 23 = σ 1A + ω 1 + ω = 0 gon, σ 34 = σ 1A + ω 1 + ω 2 + ω = 300 gon, σ 45 = σ 1A + ω 1 + ω 2 + ω 3 + ω = 300 gon. (5.7) Očekávané hodnoty odchylek po dosazení jsou: v příčném směru: σ x = 2.0 mm, v podélném směru: σ y = 3.5 mm, polohová odchylka: σ p = σx 2 + σy 2 = 4.0 mm, souřadnicová odchylka: σ xy = 0.5(σx 2 + σy) 2 = 2.9 mm. Tyto hodnoty jsou pro specifické prostředí podzemní značně nereálné. Do tohoto rozboru přesnosti není zahnut především vliv cílení (viz ).

27 KAPITOLA 5. BODOVÉ POLE 18 Obrázek 5.3: Náčrt polygonového pořadu pro rozbor přesnosti Rozbor přesnosti směrníku poslední strany Směrník poslední strany je: σ 45 = σ 1A + ω 1 + ω 2 + ω 3 + ω Převod na skutečné chyby: ɛ σ45 = ɛ σ1a + ɛ ω1 + ɛ ω2 + ɛ ω3 + ɛ ω4. Směrodatná odchylka: σ 2 σ 45 = σ 2 σ 1A + 4 σ 2 ω, σ 1A = 0 (souřadnice připojovacích bodů považujeme za bezchybné). (Pro dosazení platí σ ω = 0.7 mgon.) σ σ45 = 2 σ ω = 1.4 mgon (5.8) Mezní rozdíl pro 2 měřený směrník: δ σmet = u p 2 σ σ = = 4.0 mgon Tato hodnota je teoretická a pro případ tohoto 2x měřeného pořadu nereálná. Důvodem nereálnosti je nezahrnutí vlivu centrace druhého měření a vlivu cílení. (Podrobný rozbor viz kap ) Rozbor celkové přesnosti Výše uvedené rozbory jsou teoretickými rozbory vnitřní přesnosti měřeného polygonového pořadu. Uvedené hodnoty jsou s ohledem na prostředí a další systematické vlivy značně nereálné. Chyby působící na úhlové měření jsou především chyby v dostředění teodolitu a cíle, chyba v nesprávné horizontaci, chyba v cílení a přístrojové vady [21]. Přístrojové

28 KAPITOLA 5. BODOVÉ POLE 19 vady byly vyloučeny měřických postupem, a to měřením ve dvou polohách dalekohledu a nekolmost alhidády byla odstraněna konstrukcí přístroje, protože součástí přístroje je kompenzátor. Chyba v dostředění, centraci a horizontaci se při měření projevuje v celkové směrodatné odchylce měřeného směru (úhlu) jako kvadratický součet všech těchto dílčích odchylek. Celkovou směrodatnou odchylku tak lze charakterizovat následujícím vzorcem: σ φ = σe 2 s + σe 2 c + σz 2 + σi 2, kde σ es je směrodatná odchylka dostředění na stanovisku, σ ec je směrodatná odchylka dostředění cíle, σ z je směrodatná odchylka v cílení a σ i je směrodatná odchylka vlivu přístrojových vad. Dostředění přístroje Chyba v dostředění přístroje a cíle má velký význam, a to především protože její vliv roste se zkracující se délkou. Tato chyba má proto při zaměření sklepa objektu Želví doupě velký vliv, protože záměry polygonového pořadu mají průměrnou délku přibližně 5 m. Směrodatnou odchylku optického centrovače značky Topcon udává Vaněček v [28] hodnotou 0.2 mm. Tato hodnota byla určena experimetálně. S ohledem na způsob stabilizace bodů byla uvažována přesnost optického centrovače hodnotou 0.5 mm. Podle vzorce uvedeného na str. 45 v [21] je směrodatná odchylka úhlu: σω 2 = σ2 e ρ 2 d 2 (1 + 2 sin 2 ω ). (5.9) 2 Pokud do výše uvedeného vzorce dosadíme hodnotu σ e = 0.5 mm a budeme uvažovat, že ramena úhlů jsou stejná o délce 5 m, tak pro úhel ω = 200 gon platí σ ω a pro úhel ω = 100 gon platí σ ω = 11 mgon = 9 mgon. Tyto hodnoty způsobují především rozdíl mezi dvěma měřeními polygonového pořadu. Vnitřní přesnost polygonového pořadu je díky použití trojpodstavcové soustavy velká. Chyba centrace v případně trojpodstavcové soustavy je pouze jako důsledek výměny stoje a hranolu, tato chyba je obvykle do velikosti 0.1 mm. Pečlivá centrace na stabilizovaném body při prvním i druhém měření nejlépe probíhající v jednom směru, může vliv centrace na měření snížit. Jediným způsoben, jak vliv centrace eliminovat, je využití nucené centrace, avšak při měření ve sklepích není možné a hlavně nutné (s ohledem na požadovanou přesnost zaměření) toho využívat. Chyba v cílení Chyba v cílení je závislá na řadě faktorů a stanovení její velikosti je velmi problematické. Chyba má náhodný charakter, tudíž je ji možné do určité míry redukovat opakovaným

29 KAPITOLA 5. BODOVÉ POLE 20 měřením. Cílení ovlivňují vlastnosti a kvalita dalekohledu. Jedná se především o zvětšení, jasnost, mechanické řešení a úpravu ryskového kříže. Právě přílišné zvětšení použitého dalekohledu (30násobné) při měření na krátké vzdálenosti velmi negativně ovlivnilo přesnost cílení v případě objektu Želví doupě. Velkou výhodou by byla možnost změny zvětšení (zoom) dalekohledu tak, aby i na krátké vzdálenosti byl hranol v odpovídající velikosti umožňující přesné zacílení. Přesnost cílení závisí na tvaru, velikosti, barvě a osvětlení cílové značky. Použitý odrazný hranol je původně určen pro mapování na 10násobně delší záměry, než jsou v tomto sklepě. Hranoly o průměru 58 mm byly použity především kvůli trojpodstavcové soustavě, kde na trojnožce byl umístěn centrovač s adaptérem na hranol značky Topcon. Cílení tak bylo velmi negativně ovlivněno především velikostí a tvarem rysek koutového hranolu. Na tak velmi krátkou vzdálenost je velice pravděpodobné, že nebylo zacíleno přesně na střed hranolu, protože okraje hranolu nebyly viditelné. Další zhoršení přesnosti v cílení bylo způsobeno světelnými podmínkami ve sklepě. Pro cílení bylo z důvodu slabého centrálního osvětlení použito osvětlení baterkou z jedné strany hranolu. Díky krátkým záměrám a stabilnímu prostředí sklepa nebylo měření ovlivněno refrakcí ani vibracemi vzduchu. Vliv horizonatace je znatelný především pro postavení hranolu, protože použitá totální stanice obsahuje kompenzátor. Vlivem špatné horizontace může být poznamenána především přesnost cílení v důsledku odklonu středu hranolu od svislice. Vliv horizontace se více projevuje při měření na krátkou vzdálenost. Zohledněním přesnosti cílení a centrace lze stanovit přesnost měření úhlů na hodnotu σ ω = 10 mgon. Dosazením do vzorců uvedených v by nám očekávaná přesnost byla v příčném směru 5.7 mm, v podélném směru 3.7 mm a polohová odchylka 6.8 mm Zhodnocení přesnosti polygonových pořadů Zhodnocení přesnosti po měření má zjistit, zda odpovídají dosažené výsledky požadovaným hodnotám přesnosti.

30 KAPITOLA 5. BODOVÉ POLE Vrcholové úhly polygonového pořadu Podle [5] je nutné měřit vrcholové úhly v důlních (podzemních) polygonových pořadech nejméně v jedné skupině s uzávěrem. Mezní odchylka v uzávěru skupiny je pro různou přesnost měření rozdílná, ve vyhlášce [5] jsou hodnoty uvedeny v šedesátinné míře. Pro potřeby této práce jsou hodnoty převzaty z [9], která je udává v míře setinné. Pro přesné měření je δ P = 3 mgon. V tab jsou uvedeny hodnoty dosažených uzávěrů měřených skupin. Všechny hodnoty uzávěrů vyhověly požadované mezní hodnotě δ = 3 mgon. Tab Dosažené hodnoty uzávěrů 1. měření 2. měření stanovisko uzávěr [mgon] stanovisko uzávěr [mgon] Porovnání souřadnic Mezní odchylka dvojího nezávislého určení polohy koncového bodu podzemního volného polygonového pořadu je dána vzorcem 5.10, kde L je délka pořadu v metrech a r i jsou přímé vzdálenosti jednotlivých bodů od koncového bodu pořadu. δ xy [mm] = 2 L ri 2 [m] (5.10) Výsledná hodnota mezní odchylky v milimetrech dvojího určení polohy je δ xy = = 8.34 mm. Dosažená střední odchylka v poloze dvakrát určeného koncového bodu pořadu (tj. bodu 5004) je rovna hodnotě 7.3 mm. Odchylka vyhovuje mezní hodnotě. Zároveň hodnota odpovídá očekávané polohové odchylce, která byla v teoretickém rozboru (viz kap ) určena hodnotou 6.8 mm. Dosažené odchylky souřadnic na všech bodech polygonového pořadu jsou uvedeny v tab Grafické znázornění je na obr. 5.4.

31 KAPITOLA 5. BODOVÉ POLE 22 Tab Dosažené rozdíly souřadnic Bod dy [m] dx [m] dz [m] dp [m] up [m] Legenda: dy, dx, dz souřadnicové rozdíly v jednotlivých souřadnicích, dp polohová odchylka, up střední polohová chyba U dvakrát určených souřadnic byly dále určeny: výběrová směrodatná odchylka v souřadnici X: s x = (X1 X2) 2 2 n = 2.5 mm, výběrová směrodatná odchylka v souřadnici Y: s y = (Y 1 Y 2) 2 2 n = 3.4 mm, výběrová směrodatná odchylka souřadnicová: s xy = 0.5(s 2 x + s 2 y) = 3.0 mm. Obrázek 5.4: Porovnání souřadnic 2 měřeného polygonového pořadu Největší rozdíly jsou způsobeny v souřadnici Z. Ty můžou být způsobeny nepřesností v měření výšky přístroje. Z tabulky je možné vidět, že s každým následujícím bodem roste souřadnicový rozdíl. To může vypovídat o negativním přenosu chyb v průběhu celého pořadu (a to jak systematických tak nahodilých).

32 KAPITOLA 5. BODOVÉ POLE Porovnání směru poslední strany Směrník koncové strany polygonového pořadu je určen pomocí vzorce 5.11 n 1 σ n [gon] = σ 10 + ω i 200 (n 2). (5.11) i=1 Směrodatná odchylka směrníku koncové strany je odvozena pomocí přechodu přes skutečné chyby viz Mezní rozdíl dvakrát určeného směrníku poslední strany je dán hodnotou: δ σmet = u p 2 σ σ = = 3.96 mgon. (5.12) Tato mezní hodnota nebyla splněna (viz tab ). Důvody nevyhovění mezní hodnotě jsou způsobeny chybami uvedenými v kapitole Mezní odchylka ve směru poslední strany dvakrát měřeného volného polygonového pořadu je pro přesné měření podle [9] dána hodnotou δ P = 6 n mgon, kde n je upravený počet vrcholových úhlů, jehož velikost závisí na sklonu záměry a délce strany (viz str. 10 v [9]). Polygonový pořad zaměřený v objektu Želví doupě má upravený počet vrcholových úhlů hodnotu n = 14. Mezní odchylka je δ P = mgon. Směrník poslední strany polygonového pořadu mezi body je uveden v tab Tab Dosažené hodnoty směrníku poslední strany 1. měření 2. měření rozdíl mezní rozdíl vyhovuje [gon] [gon] [mgon] [mgon] NE Z uvedené tabulky je znatelné, že hodnota rozdílu směrníku poslední strany nevyhověla mezní hodnotě. Měřený polygon je velmi specifický, jak již bylo popsáno. Především z důvodu lomení v polygonových vrcholech o 100 gon dochází k negativnímu přenosu chyb. Mezi body 5001 a 5002 je též velmi sklonitá záměra, která byla velmi špatně měřitelná bez lomeného okuláru, který nebyl pro přístroj k dispozici. Sklonitá záměra tak způsobuje, i přes veškerou pečlivost měřiče, nepřesnost v cílení. Vzhledem k tomu, že souřadnicové rozdíly vyhověly požadovanému meznímu rozdílu, byly jako výsledné souřadnice použity průměry

33 KAPITOLA 5. BODOVÉ POLE 24 z dosažených hodnot 5.3. Pokud zhodnotíme všechny směrníky během celého polygonového pořadu, je znatelné, že chyby vznikaly v průběhu celého pořadu (viz ), že nedošlo k jednorázové chybě na některém ze stanovisek. Důvodem vzniku chyb a jejich nárůstu během celého pořadu mohou být chyby v dostředění přístroje a cíle na stabilizovaných bodech, a to především rozdílnosti ve stabilizaci prvního a druhého měření, kde mohly s ohledem na přesnost centrovače a druhu hřebu vzniknout rozdíly mezi prvním a druhým postavením stroje až ve velikosti 1 mm. Tab Dosažené hodnoty směrníků stran 1. měření 2. měření rozdíl [gon] [gon] [mgon] Pokud uvážíme chybu rozdílu poslední strany s ohledem na požadovanou přesnost podrobného zaměření, tak chyba směrníku (100 mgon) způsobí na vzdálenost 30 m, jako celkové délky polygonového pořadu, chybu souřadnice podrobného bodu ve směru příčném na záměru 47 mm. Tato přesnost je s ohledem na podmínky měření, ostění sklepa, přesnost dálkoměru (σ d = 5 mm) a požadované přesnosti zaměření a výstupů dostačující. 5.3 Podzemní bodové pole Podzemní bodové pole bylo stabilizováno pomocí nástřelných hřebů do hliněné podlahy sklepa. Připojení a určení souřadnic podzemního bodového pole bylo provedeno po stejných bodech. Podrobné zaměření bylo provedeno také z bodů Výsledné souřadnice bodů bodového pole byly určeny jako průměr z obou měření. Na obr. 5.3 je grafické znázornění průběhu polygonového pořadu v objektu.

34 KAPITOLA 5. BODOVÉ POLE 25 Tab. 5.3 Výsledné souřadnice bodů podzemního bodového pole Bod Y [m] X [m] Z [m] Obrázek 5.5: Náčrt měřeného polygonového pořadu

35 Kapitola 6 Podrobné zaměření 6.1 Metody podrobného zaměření V dnešní době jsou využívány následující metody zaměření: tachymetrie pomocí totální stanice, fotogrammetrie, laserové skenování, optický teodolit + pásmo nebo laserový dálkoměr. Pro zmapování a vytvoření dokumentace pro sklepní prostory objektu Želví doupě bylo v rámci této práce použito metody tachymetrie pomocí totální stanice, jednosnímkové fotogrammetrie a laserového skenování. Popis použitých metod včetně jejich zpracování a aplikace pro tuto práci je uveden v následujících podkapitolách. Každá metoda má výhody a nevýhody svého využití a charakteristickou přesnost pro dané podmínky. 6.2 Použité přístrojové vybavení Topcon GPT 7500 Pro polární metodu určení souřadnic byla použita totální stanice TOPCON GPT 7500 ve 1 verzi. Přístroj byl uveden na trh v roce Tato totální stanice využívá pro měření délek 26

36 KAPITOLA 6. PODROBNÉ ZAMĚŘENÍ 27 hranolového i bezhranolového měření. Pro měření používá duální optický laserový systém. Při bezhranolovém měření umožňuje měřit vzdálenost až 2000 metrů. Pro měření dlouhých vzdáleností na jeden hranol měří až do vzdálenosti 3000 m. Přesnost měřené délky na hranol je 2 mm + 2 ppm a přesnost bezhranolového měření je ± 5 mm. Přesnost úhlového měření je 1 tj. 0,3 mgon. Pro pohodlnější práci je přístroj vybaven dotykovým LCD displejem na obou stranách přístroje. Přístroj má funkci laserového záměrného paprsku, díky němuž je práce při podrobném zaměřování ve špatných světelných podmínkách rychlejší a pohodlnější. Přístroj obsahuje aplikační program, dodávaný firmou Topcon, TopSURV on Board, který obsahuje velké množství geodetických úloh, včetně orientačního a podrobného měření a okamžitého výpočtu měřených souřadnic v terénu. Přenos měřených dat i vypočtených souřadnic je možný pomocí Compact Flash paměťové karty nebo pomocí Flash disku přes USB port [25]. Výše uvedené přesnosti a funkční vlastnosti totální stanice plně vyhovují pro připojení podzemního bodového pole i pro tvorbu prostorového modelu a vyhotovení příslušné výkresové dokumentace. Měření může probíhat v programu TopSURV on Board. Nevýhodou orientačního měření v TopSURV on Board je neautomatizovanost nabízených orientací při měření polygonového pořadu s uzávěrem na každém stanovisku podle [5]. Obrázek 6.1: Topcon GPT 7500 [25] Obrázek 6.2: Skener Leica P20 [14]

37 KAPITOLA 6. PODROBNÉ ZAMĚŘENÍ Canon EOS 450D Fotoaparát Canon EOS 450D byl uveden na trh v březnu Fotoaparát obsahuje 12.2 megapixelový senzor typu CMOS o přibližné velikosti 22.2 x 14.8 mm. Fotoaparát umožňuje fotografování pomocí poloautomatického režimu s prioritou clony, který byl použit pro měření v této práce. Fotoaparát umožňuje manuálního i automatického ostření. Fotoaparát má možnost ukládání do RAW formátu (ukládání s minimálně zpracovanými daty ze senzoru) a zároveň do JPEG formátu (uložení ve standardní ztrátové kompresi). Pro další zpracování byl pro ukládání snímaných fotografií použit RAW formát. Kalibrace fotoaparátu Podle [29] je kalibrace přesné určení konstanty komory a snímkových souřadnic hlavního bodu vzhledem ke středu snímku (který je určen průsečíkem protilehlých rámových značek měřického snímku nebo středem digitálního snímače). U komor, které nebyly přímo určeny pro fotogrammetrii se definuje průběh distorze objektivu. Obecně se předpokládá, že prvky vnitřní orientace se u neměřických komor (fotoaparátů) s časem mění, proto je třeba je vždy po čase kalibrovat. Pro každé nastavení fotoaparátu je třeba provést kalibraci zvlášť. Kalibrace byla provedena pomocí testovacího pole. Použité testovací pole je zobrazeno na obr Pole bylo nasnímáno z pěti stanovisek, s tím, že čtyři stanoviska jsou umístěna z každé strany snímacího pole vždy s pootočeným fotoaparátem o 90 a poslední snímek byl sejmut shora. Při snímání byla snaha pokrýt co největší část snímku snímaným polem. Snímání bylo provedeno na jedno zapnutí fotoaparátu a s nastavením tak, jak bylo použito při snímání v terénu. Bylo nastavena krajní poloha objektivu s přibližnou ohniskovou vzdáleností 18 mm. Snímky byly zpracovány v programu Photomodeler, který umožňuje vyrovnat skupinu konvergentních (sbíhajících se) snímků a z nich vypočíst kalibrační údaje fotoaparátu ze zadaných přibližných hodnot. Vstupní přibližné hodnoty a výsledné kalibrované hodnoty jsou uvedeny v tab Popis postupu práce je uveden v [10].

38 29 KAPITOLA 6. PODROBNÉ ZAMĚŘENÍ Tab Vstupní a výstupní kalibrované hodnoty Název fotoaparátu přibližné kalibrované Focal Length mm Format size W mm H mm Principal Point X mm Y mm Lens Distortion K K E-006 P E-005 P Image size Obrázek 6.3: Testovací pole Canon EOS 450D 4272 x 2848 mm Obrázek 6.4: Vlícovací body Skener Leica P20 Tento model laserového skeneru byl uveden na trh v říjnu Skener patří mezi ultra rychlé skenery s vysokou rychlostí skenování až 1 milion bodů za sekundu. K měření délek se využívá pulsního principu. Přesnost měření délek je 8. Dalšími vlastnostmi je vysoká úroveň zachyceného detailu a minimální míra šumu v celém rozsahu 120 m. Skener je vhodný do všech podmínek, protože je odolný vůči vnější teplotě od -20 do +50 C. Lze s ním skenovat na přímém slunci i v absolutní tmě podzemí. Zorné pole je Skenerem lze měřit

39 KAPITOLA 6. PODROBNÉ ZAMĚŘENÍ 30 v zavěšené pozici hlavou dolů a dosáhnout tak skenování v plném zorném poli. To může být využito právě při měření jam nebo šachet v podzemí. V současné době se možnosti skenerů stále více přibližují totálním stanicím, a to především v oblasti korekce chyb. Skener je zobrazen obrázku Přesnost měření skeneru je do vzdálenosti 50 m přibližně 3 mm. Pro měření sklepů byl tento typ skeneru zapůjčen díky nesmírné laskavosti firmy ARCA- DIS CZ a.s., která umožnila i následné zpracování dat v kanceláři firmy. 6.3 Tachymetrie pomocí totální stanice Tachymetrie je současné měření polohopisu i výškopisu zaměřovaného prostoru. Poloha bodů se určuje polárními souřadnicemi (vodorovný úhel, vodorovná délka) ze stanovisek bodového pole a výšky se určují trigonometricky (zenitový úhel, šikmá délka). V dnešní době se pro podrobné měření nevyužívá jiných přístrojů než totálních stanic. K výpočtu souřadnic podrobných bodů je třeba znát souřadnice stanoviska přístroje. Při měření sklepů bylo podrobné měření provedeno ze stanovisek podzemního bodového pole, jejichž souřadnice byly určeny polygonovým pořadem viz Při měření nebylo třeba vytvářet přechodná stanoviska. Totální stanicí (6.2.1) byly změřeny úhly a délky bezhranolovým měřením na lomové body sklepa průsečík stěn s podlahou, se stropní konstrukcí (klenba) a dále pro vytvoření půdorysu body v řezné rovině ve výšce ca 130 cm. Ze zaměřených úhlů a délek byly vypočteny v programu Groma [24] souřadnice podrobných bodů v systému S-JTSK a v systému Bpv. Pro výpočet bylo využito funkce polární metoda dávkou s přednastavenou korekcí měřítka systému. 6.4 Tvorba fotoplánu Fotoplán je podle [29] překreslený fotografický měřický snímek rovinného objektu v požadovaném měřítku. Pro tvorbu fotoplánu jsou vhodné především objekty, které jsou rovinného charakteru s malým hloubkovým členěním především na okraji snímku. Jsou to fasády domů a speciální případy ve stavebnictví, archeologii a architektuře. Matematicky se jedná

40 KAPITOLA 6. PODROBNÉ ZAMĚŘENÍ 31 o kolineární transformaci, pro jejíž řešení je třeba minimálně čtyř vlícovacích bodů, jejichž souřadnice budou známy v obou souřadnicových soustavách. Vybrané nafotografované snímky ve formátu RAW (v podobě souboru s příponou.cr2 interní formát firmy Canon) byly převedeny do formátu TIFF v programu View NX2 [16]. Snímkům byla upravena expozice, jas, kontrast, ostrost, světlo a stín tak, aby fotografie co nejvěrněji odrážely skutečnost. Transformace byla nastavena na 24 bitů a LZW kompresi, která patří mezi bezztrátový typ komprese. Vlícovací body byly zaměřeny v rámci podrobného měření totální stanicí. Schéma vlícovacích bodů pro jeden z fotoplánů je znázorněno na obr Body byly vybrány tak, aby rovnoměrně pokrývaly snímek. U druhého fotoplánu byla snaha rovněž o rovnoměrné rozložení vlícovacích bodů tak, aby pokryly plochu snímku včetně rohů. Některé body byly určeny na rozhraní význačných kamenů, některé byly označeny křížkem tužkou přímo na stěnu. Snímkům byla odstraněna distorze v programu SIMPhoto [4] pomocí výsledků kalibračního protokolu objektivu viz V programu Groma [24] byl proveden výpočet souřadnic vlícovacích bodů v rovině snímku ze souřadnic změřených totální stanicí. K výpočtu bylo využito funkce Fasáda. Souřadnice byly převedeny do místní soustavy tak, aby byly malé (jejich číselná hodnota byla malá a byly snáze dále zpracovatelné). Souřadnice byly uloženy do souboru, aby je bylo možné nahrát do softwaru Topol [26]. V sofwaru Topol byly nahrané snímky transformovány pomocí kolineární transformace na vlícovací body s geodetickými souřadnicemi. Body byly identifikovány pomocí náčrtů s umístěním vlícovacích bodů. Snímky byly transformovány na vlícovací body s maximální souřadnicovou odchylkou na jednom bodě do 1.5 cm (volba maximální souřadnicové odchylky na jednom bodě je závislá na výsledném měřítku fotoplánu). Ukázka vlícovacích bodů použitých pro fotoplán č. 2 je na obr Zvolená velikost pixelu byla nastavena na hodnotu m. Na výslednou přesnost fotoplánu má vliv při použití jednoho snímku především kvalita fotografie včetně volby stanoviska a osy záběru, dále pak volba, rozmístění a identifikovatelnost vlícovacích bodů a přesnost jejich geodetického zaměření. V případě, že není objekt

41 KAPITOLA 6. PODROBNÉ ZAMĚŘENÍ 32 rovinný, a zároveň předsazené nebo zasazené části jsou v jedné rovině, je výhodné použít transformaci ve více rovinách. Výsledné fotoplány byly dopracovány v programu Microstation [1]. Bylo doplněno měřítko, popisová tabulka, severka, výškové měřítko a síť křížků. Výsledné fotoplány jsou přiloženy jako příloha C v měřítku 1: Laserové skenování Laserové skenování je bezkontaktní určování prostorových souřadnic. Umožňuje 3D vizualizace staveb, konstrukcí nebo podzemních prostor. Skenování se provádí automaticky podle nastavených parametrů a během sekundy dojde k sejmutí statisíců bodů. Výsledkem skenování je tzv. mračno bodů. To se převádí do CAD systémů a na jeho základě dochází k vytvoření modelu. Skener určuje prostorovou polohu bodů na principu polární metody [11]. Přesnost laserového skenování závisí na několika faktorech: druh laserového skeneru, použitý systém měření délek skenerem a druh a barva materiálu skenovaného objektu. Výhodou laserového skenování je především změření velkého množství dat ve velmi krátkém čase a možnost zvolit vhodný výsledek až v rámci zpracování. Je možné navolit která data zpracovat, v jaké přesnosti a jaké budou moje výstupy protože z terénu jsou změřeny všechny dostupné údaje. Pro umístění skenované sklepa do používaného souřadnicového systému existují dvě základní možnosti: postavení skeneru na bod se známými souřadnicemi s orientací na další bod se známými souřadnicemi (princip volného stanoviska), nebo určení souřadnic vlícovacích bodů. Druhé uvedené možnosti bylo použito ve sklepě měřeného objektu. Z bodu 5003 s orientací na bod 5002 byly určeny souřadnice čtveřice vlícovacích bodů měřením totální stanicí signalizované černobílými terči (viz obr. 6.5) označené čísly Minimální počet vlícovacích bodů jsou tři, v tomto případě bylo použito čtyř bodů, což je dostačující počet. Postavení přístroje je znázorněno na obr Ve sklepě bylo změřeno pět mračen bodů z pěti stanovisek, tak aby bylo zachyceno co největší množství detailů sklepa. Bylo nastaveno rozlišení 12.5 mm na 10 m, které bylo pro

42 KAPITOLA 6. PODROBNÉ ZAMĚŘENÍ 33 Obrázek 6.5: Signalizační terč Obrázek 6.6: Schéma postavení skeneru dané účely dokumentace sklepa více než dostačující. Samotné měření celého zorného pole skeneru trvá necelou minutu. Po změření následuje identifikace vlícovacích bodů a jejich podrobné doměření. Použitý laserový skener umožňuje fotografování a následné zobrazení v reálných barvách. V případě sklepa objektu Želví doupě nebylo fotografování použito z důvodu poměrně malého množství světla pro vytvoření kvalitních fotografií. Pro zpracování byl použit program Cyclone 8.0.3, který dodává korporace Leica [13]. Postup zpracování v programu je rozdělen do několika fází. První fází je vytvoření databáze do které budou nahrána měřená data. Dále je třeba provést registraci dat. Registrace dat se skládá z vytvoření složky pro registraci, určení souřadnicové soustavy, připojení mračna měřeného z jednoho stanoviska na vlícovací body určené v souřadnicích pomocí totální stanice a spojení mračen bodů z jednotlivých stanovisek do jednoho mračna bodů včetně promazání duplicitních bodů. Další fází je vyčištění mračna bodů v prostředí model-space. Mračno je potřeba vyčistit od vlícovacích bodů, lamp či jiných nežádoucích prvků a odlehlých bodů vzniklých lomem paprsku. Poslední fází je využití funkce Unifited a tím vytvoření výsledného mračna bodů. V této úrovni je možné zobrazit výsledné mračno bodů složené z jednotlivých barevně oddělených dílčích mračen (viz obr. 6.5). Další postup zpracování se liší dle výsledků, kterých chceme s daným měřením dosáhnout.

43 KAPITOLA 6. PODROBNÉ ZAMĚŘENÍ 34 Obrázek 6.7: Složené mračno bodů z dílčích mračen Jednou z možností je vytvoření plochy z mračna bodů pomocí trojúhelníkové sítě. Výhodou zpracování pomocí generace sítě a vytvoření povrchu je možnost proložení řezů modelem, možnost spočítat povrch modelu a případná možnost domodelování skrytých ploch. Generací sítě dojde k určitému znehodnocení měřených dat. V místech ploch dochází k ředění bodů pro proložení plochy. Pro tyto operace lze s výhodou využít například program Geomagic [6]. Pro reálnou představu a zobrazení naskenovaných dat je možné použít i volně šiřitelného programu Leica True View, který ukazuje pro každé stanovisko naskenovaná reálná data (nevyčištěná, neupravovaná). Program je spojen s Internet Explorer a je volně ke stažení na stránkách firmy Leica [13].

44 KAPITOLA 6. PODROBNÉ ZAMĚŘENÍ Srovnání jednotlivých metod podrobného zaměření V rámci srovnání byly porovnány jednotlivé metody na základě různých parametrů. Byla zhodnocena jejich přesnost, využití, časová náročnost a vzniklá výkresová dokumentace z měřených dat různou metodou. Obrázek 6.8: Srovnání laserového skenování a drátěného modelu na JV stěně Na obrázku č. 6.6 je možné vidět porovnání dat z měření laserovým skener (zelená barva) a vykreslené obrysy stěn z bodů měřených totální stanicí (modrá barva). Z laserového skeneru byla data zředěna a použito pouze bodů. Modré obrysy jsou vykresleny z 15-ti bodů spojením pomocí oblouků a přímek. Na bodech z laserového skeneru se roh projeví zvýšenou koncentrací bodů. Na obrázku je patrná velmi dobrá shoda obou metod. K největšímu rozdílu dochází v oblasti levé horní části klenby a rozdíl nepřesahuje 10 cm (0.01 m). Tento rozdíl je způsoben nepravidelným tvarem klenby, který nebyl při tvorbě drátěného modelu vystihnut, protože klenba byla vytvořena proložením měřených bodů kružnicovým obloukem.

45 KAPITOLA 6. PODROBNÉ ZAMĚŘENÍ 36 Souhrnně je možné všechny tři metody aplikované na jihovýchodní stěnu sklepa vidět na obr Z obrázku je patrný rozdíl mezi jednotlivými metodami. Největší rozdíl je viditelný na levé straně klenby stropu. Na stejném místě je patrný i rozdíl mezi daty z laserového skeneru a drátového modelu. Na tomto souhrnném obrázku je patrné, že tvar klenby je vystihnut lépe skenerem a fotogrammetrií než drátěným modelem, který se v těchto místech liší. Maximální rozdíl nepřesahuje 10 cm (0.01 m). V levé části malého oblouku dochází k rozdílu mezi fotogrammetrií a dalšími dvěma metodami. To může být způsobeno transformací při tvorbě fotoplánu a dále zalomením stěny o malý úhel. Obrázek 6.9: Srovnání metod na JV stěně Legenda: modrý drátěný model z tachymetrického měření, zelené body body z měření laserovým skenerem V rámci srovnání byl vytvořen i výkres Porovnání řezů, který je přílohou práce C a který dokazuje shodnost laserového skenování a drátěného modelu. Výška řezu je v absolutní výšce 217 m. Na výkrese je vidět velice dobrá shoda na většině stěn, která vykazuje pouze rozdíly způsobené měřickým postupem. (Laserový skener ukazuje i spáry mezi kameny, ze kterých jsou sestaveny stěny a drátěný model pouze přímkou spojuje měřické body.) Na první pohled patrný rozdíl je v dolní části výkresu na jihovýchodní stěně objektu (obr. 6.6). Rozdíl