BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Měření a zpracování 3D modelu sesuvného terénu

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ KATEDRA SPECIÁLNÍ GEODÉZIE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Měření a zpracování 3D modelu sesuvného terénu Vedoucí bakalářské práce: Ing. Ilona Janžurová Bedihošť, 2009 Jaroslav Braun

2

3 Čestné prohlášení Prohlašuji, že bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně, s výjimkou odborných konzultací. Veškerá použitá literatura a zdroje jsou uvedeny v seznamu literatury. V Bedihošťi, 5. června 2009 Jaroslav Braun

4 Poděkování Rád bych poděkoval Ing. Iloně Janžurové a doc. Ing. Pavlu Hánkovi, CSc. za pomoc a odborné vedení při tvorbě mé bakalářské práce. Dále bych chtěl poděkovat všem, kteří se podíleli na měření a společnosti Geodis Brno za poskytnutá ortofota. Také děkuji rodičům za podporu a pomoc při studiu.

5 Abstrakt Tématem bakalářské práce je zpracování 3D modelu jižní části sesuvného území Rabenov. Území se nalézá v těžbou narušené krajině západně od Ústí nad Labem. Práce seznamuje s danou lokalitou, definuje pojem digitální model terénu a popisuje postup zaměření a vyhotovení modelu sledovaného území. K tvorbě výsledků práce, digitální model povrchu a výškopisný plán v měřítku 1 : 1000, byl použit program Atlas DMT. Výsledek této práce bude možno využít při plánování rekultivačních prací a je také dílčím výsledkem v rámci výzkumných záměrů zaměřených na obnovu území. Abstract The topic of bachelor thesis is the processing of a 3D model of the southern part of slide territory Rabenov. The territory is located in the mining disturbed landscape west of Ústí nad Labem. The thesis introduces the locality, defines the concept of the digital terrain model and describes measurement and creation of the territory model. As a source of digital surface model and contour line plan at scale 1 : 1000, as a result of thesis, was used the Atlas DMT programme. The result of this thesis will be possible to use in planning of the rehabilitation work and it is also a partial result of research projects aimed at restoration of landscape.

6 Obsah Úvod 6 1 Sesuvné území Rabenov Historie území Obnova a plánované využití území Geodetická měření FSv ČVUT D model terénu Způsoby vyjádření povrchu Nepravidelná trojúhelníková síť Geodetické měření Přístroje a pomůcky Topcon GPT Redukce délek Fyzikální redukce Matematická redukce Tachymetrické měření Atlas DMT Příprava modelu Generace 3D modelu D pohledy Výškopisný plán Problémy při výpočtu vrstevnic Závěr 31 Seznam použité literatury 33 Seznam obrázků 34 Seznam příloh 35 5

7 ÚVOD Úvod Bakalářská práce se zabývá tvorbou digitálního modelu povrchu jižní části sesuvného území Rabenov v měřítku 1 : 1000, které se nalézá v prostorách bývalého povrchového dolu Chabařovice u Ústí nad Labem. Podrobné zaměření terénu pro vyhotovení modelu bylo součástí 13. etapy monitorování svahových pohybů. Výsledky dosažené v rámci monitorovacích měření a digitální model budou využity ve výzkumných záměrech VZ MSM Spolehlivost, optimalizace a trvanlivost stavebních materiálů a konstrukcí a v VZ MSM Udržitelná výstavba. Geodetické práce v tomto území jsou prováděny ve prospěch Palivového kombinátu Ústí, s. p., který má na starosti rekultivační práce v pohornické krajině. Měření probíhají ve spolupráci s katedrou Geotechniky FSv ČVUT, která v téže lokalitě a na stabilizovaných bodech provádí svá pozorování. Obsah této práce popisuje historii a budoucí využití lokality, definuje pojem digitální model terénu a snaží se ve stručné formě popsat zaměření a vyhotovení 3D modelu v rámci programu Atlas DMT. V přiložených výkresech jsou vybrané pohledy na výsledný model a výškopisný plán území. 6

8 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV 1 Sesuvné území Rabenov V této části jsem čerpal z [1], [2], [3]. Sledované sesuvné území se nachází v prostorách bývalé výsypky povrchového hnědouhelného dolu Chabařovice. Svah Rabenov se rozkládá pod vrcholem kopce Rovný (376 m n. m.) jihozápadně od Ústí nad Labem. Území leží v nadmořských výškách mezi 145 a 275 m n. m. a zabírá plochu 66 ha. Obr. 1.1: Výřez mapy s vyznačeným sledovaným územím Obr. 1.2: Ortofoto s vyznačeným sledovaným územím 7

9 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV 1.1 Historie území Nejvýchodnější část severočeské hnědouhelné pánve zasahuje až do těsné blízkosti města Ústí nad Labem, proto se v této lokalitě těžilo uhlí již od 18. století. Jedním z posledních dolů v této lokalitě byl Lom Chabařovice, ve kterém byla zahájena těžba v roce Důvodem otvírky lomu bylo především zajištění dodávek kvalitního uhlí pro Tlakovou plynárnu Úžín a elektrárnu (později teplárnu) Trmice. Uhlí z této lokality se vyznačovalo výjimečně nízkým obsahem síry (0,35 %). Původní krajina byla tvořena plochým údolím Modlanského potoka. Od původního koryta tohoto potoka byly jižním směrem na poměrně příkrých svazích situovány vnější výsypky lomu (Žichlická, Lochočická) až k úpatím kopců Rovný, Jedovina a Rač. Samotná těžba postupovala na mírnějších svazích severním směrem [1]. Již v průběhu těžby existovaly v sledovaném území problémy se zabezpečením geomechanické stability výsypek. Komplikaci způsobovovala zvodnělá podložka pro zakládání výsypek a nadložní zeminy různorodého charakteru (spraše s nepříznivými geomechanickými parametry, zeminy s velkým obsahem valounů a další). V roce 1991 bylo Usnesením vlády ČSFR rozhodnuto o zastavení těžby v Lomu Chabařovice. Samotný útlum byl zahájen v roce V dubnu 1997 skončila veškerá těžba a v březnu 2000 se zastavil poslední technologický celek, který zajišťoval zasypání dna zbytkové jámy zeminou, v souladu se schváleným plánem likvidace. V dubnu 1999 byl Ministerstvem životního prostředí schválen Generel rekultivací do ukončení komplexní revitalizace území dotčeného těžební činností Palivového kombinátu Ústí, s. p.. Na základě tohoto plánu probíhají v současnosti rekultivační práce oblasti, které zajišťuje palivový kombinát. Těžební činnost byla ukončena dříve, než bylo plánováno, proto nedošlo k vytěžení původně projektovaných a plánovaných lokalit, a tedy ani k založení vnitřních výsypek, které měly stabilizovat skrývkové svahy. Podle původní báňské koncepce měl být svah Rabenov podepřen plošinami vnitřní výsypky až do úrovně mezi 255 a 270 m n. m., kdy horní stavba by byla podepřena zemním tělěsem a tím by byla tato problematická část svahu zajištěna. Ve skutečnosti kvůli předčasnému ukončení 8

10 ČVUT 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV těžby nedošlo ani k dosypání zeminy na náhradní úroveň 215 m n. m., která měla snížit výšku nezabezpečeného svahu [3]. Časem nastal rozvoj svahových pohybů, které jsou patrné z obr. 1.3 a obr Obr. 1.3: Detail svahového sesuvu Obr. 1.4: Sesuvy na jihovýchodní části svahu Rabenov 1.2 Obnova a plánované využití území Plocha území, které bylo narušeno těžbou a zakládáním vnějších výsypek, představuje téměř 1500 ha. Základním řešením sanačních a rekultivačních prací, jejichž cílem je obnovit funkci krajiny v těžbou narušeném území, je hydrický způsob rekultivace zbytkové jámy lomu, tzn. napouštění vodou. 9

11 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV Vznikající jezero Chabařovice (někdy též nazýváno Milada) bude mít rozlohu cca 250 ha a průměrnou hloubku 15,5 m. Zatápění bylo zahájeno v červnu 2001 a odhad doby napouštění byl stanoven na 5 6 let. Rychlost napouštění je pomalá, protože je možno využívat pouze vodu z krušnohorských potoků a vodu z povodí zbytkové jámy. U jezera zbytkové jámy lomu Chabařovice se předpokládá jeho mnohostranné využití, a to nejen pro rekreaci a sport, ale i pro sportovní rybolov. Velmi významná bude jeho funkce ekologická a krajinně estetická, především potom při spojení rekultivovaného území lomu a výsypek s okolní těžbou nenarušenou krajinou [1]. Komplexní sanace a rekultivace je navržena podle rozdílných využití jednotlivých částí území. Jižní část, na které se nachází sledované území a tvoří ji především výsypky, je plánována k plnění především ekologických funkcí. Lesnickou rekultivaci zde budou doplňovat zatravněné plochy. V jihovýchodní části jezera vzniká záliv, který bude využíván jako kotviště lodí (plachetnice, pramice, sportovní lodě). Na sledovaném svahu Rabenov začaly sanační práce v roce Součástí těchto prací je zajištění geotechnické stability pomocí opěrných zdí (Obr. 1.5, Obr. 1.6), úprava sklonů částí svahu, tvorba odvodňovacích zařízení a vybudování stabilizačních lavic v patě svahu. Změny, které nastaly během rekultivační činnosti v tomto území, lze vypozorovat porovnáním ortofot z let 2002 a 2007, která tvoří přílohy 4 a 5. Obr. 1.5: Opěrná zeď 10

12 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV Obr. 1.6: Rozložení opěrných zdí v horní části svahu 1.3 Geodetická měření FSv ČVUT V rámci grantového projektu GA ČR 103/02/116 Výzkum a verifikace metod sledování svahových pohybů byla v roce 2002 vybudována místní měřická síť Rabenov. V současnosti je geodetická prostorová síť Rabenov tvořena třemi inklinometrickými vrty (Obr. 1.7), označenými Rab01, Rab02 a Rab03. Tyto vrty sahají do hloubky 24 m na předpokládané stabilní podloží a slouží pro geotechnická měření pomocí inklinometrů. V průběhu sledování svahu se ukázalo, že i takto stabilizované body mají tendenci se pohybovat a nejsou pevné. Kromě těchto vrtů jsou sledovány 4 podrobné body na opěrných zdech, které jsou označovány Z1 až Z4 (Obr. 1.8). Sledování sítě je prováděno v etapových měřeních. Na jaře roku 2003 proběhla 0. etapa měření. V dubnu 2009 proběhla již 13. etapa měření. Při těchto etapách byly určovány souřadnice bodů sítě a podrobných bodů terestrickými metodami ve všech 14 etapách a metodami GNSS v 10 případech. V rámci 13. etapy byl poprvé zaměřen podklad pro zhotovení digitálního modelu terénu. Obr. 1.7: Inklinometrický vrt s centračním přípravkem 11

13 ČVUT 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV Obr. 1.8: Podrobný bod Obr. 1.9: Svah Rabenov s jezerem Chabařovice 12

14 2. 3D MODEL TERÉNU 2 3D model terénu V této části jsem čerpal z [4], [5], [6]. Reálný svět lze v počítačovém prostředí vyjádřit různými způsoby. Jedním z nich je i prostorové (3D) modelování. Digitální prostorové modely lze podle [4] rozdělit na tyto typy : Digitální model reliéfu popisuje průběh topografické plochy georeliéfu v digitální podobě. Neobsahuje prvky pevně spojené s reliéfem jako jsou stromy, budovy apod. [anglický ekvivalent: Digital terrain model] Digitální model povrchu je tvořen digitálním modelem reliéfu, který je doplněn o další prvky, které nejsou součástí georeliéfu, ale jsou s ním pevně spojeny, jako například stromy, budovy, mosty. [anglický ekvivalent: Digital surface model] Digitální model terénu tento pojem je používán jako obecný pojem zahrnující různé reprezentace a koncepce reliéfů a povrchů. V textu je termín používán, pokud není potřeba rozlišovat typ modelu. Takovéto digitální modely umožňují pozorovateli vytvořit si přehled o zájmovém území, vizualizovat a analyzovat jej. Modely se uplatňují při plánování šíření signálu, tvorbě vrstevnicových plánů, výpočtech kubatur, plánování komunikací apod. Podklady pro tvorbu prostorových modelů jsou: přímá geodetická měření (tachymetrie), digitalizace existujících mapových podkladů, vyhodnocení fotogrammetrických snímků, podklady z kombinované metody, kdy se slučují předešlé metody. 13

15 2. 3D MODEL TERÉNU 2.1 Způsoby vyjádření povrchu Terénní plochu lze geometricky popsat množinou hladkých ploch, které se vzájemně stýkají ve vrcholech a na hranách. Podle druhu těchto ploch se modely dělí podle [5] na tyto typy: Polyedrický model elementárními plochami jsou nepravidelné rovinné trojúhelníky, které k sobě přiléhají a tvoří tak nepravidelný mnohostěn, který se přimyká k terénu. Vrcholy polyedru jsou zpravidla body na terénní ploše, souřadnicově určené příslušnými geodetickými metodami. Tento přístup je v současných komerčních systémech nejrozšířenější (Obr. 2.1). Rastrový model je definován množinou elementárních ploch nad oky pravidelného rastru. Mohou to být trojúhelníky nebo čtyřúhelníky. Vrcholy pravidelné sítě nebývají měřené, ale jsou odvozeny výpočetním postupem. Hranice ploch ale nemohou sledovat okamžitou změnu průběhu terénu, což vnáší do modelu nepřesnosti. Je využíván při tvorbě ortofot a v aplikacích GIS (Obr. 2.2). Plátový model tato technologie se vyskytuje spíše v průmyslovém designu. Povrch je rozdělen na nepravidelné obecně křivé pláty trojúhelníkového nebo čtyřúhelníkového tvaru, přičemž hranice dělení jsou vedeny po terénních zlomech a změnách. Tento způsob vytváří modely odpovídající realitě, ale není běžně využíván pro svoji výpočetní složitost (Obr. 2.3). 2.2 Nepravidelná trojúhelníková síť Pokud jsou vstupními daty pro tvorbu DMT měřené prostorové souřadnice X, Y, Z (jako v této práci), tak se vytváří polyedrický model. Z množiny bodů se generuje nepravidelná trojúhelníková síť, často označovaná jako TIN (triangular irregular network). Uvnitř těchto trojúhelníků probíhají výpočty a interpolace. Pro konstrukci trojúhelníkové sítě existuje mnoho algoritmů, jejichž cílem je dosáhnout optimálního rozložení trojúhelníků opisujících povrch. Obecně platí snaha vyhýbat se úzkým a protáhlým tvarům a vytvářet spíše rovnostranné trojúhelníky 14

16 2. 3D MODEL TERÉNU Obr. 2.1: Polyedrický model Obr. 2.2: Rastrový model Obr. 2.3: Plátový model s co nejkratšími stranami, aby vznikaly co nejmenší plochy, které se lépe přimykají k terénu. Do sítě je vhodné vkládat omezení v podobě tzv. povinných spojnic bodů, na kterých se mění sklon terénu. Tím je ovliňován průběh vytvářené sítě a odstraňují se nepřirozenosti vzniklé matematickou podstatou triangulace. Jednou z nejznámějších metod tvorby TIN podle [6] je Delaunayova triangulace. Bývá zavedena s většími nebo menšími úpravami ve velkém množství programů vytvářejících prostorové modely. Platí pro ni tři základní podmínky: do kružnice opsané trojúhelníku nespadá vrchol žádného dalšího trojúhelníku, trojúhelníky se nepřekrývají, modelovaný povrch je spojitý. Obr. 2.4: Podmínky Delaunayovy triangulace 15

17 3. GEODETICKÉ MĚŘENÍ 3 Geodetické měření V této části jsem čerpal z [7], [8], [9], [10]. 13. etapa měření na sesuvném terénu Rabenov se uskutečnila Ve dnech 17. a 19. dubna byla terestrickou observací zaměřena geodetická síť a vybraný podélný profil terénu. Tyto práce navazovaly na předchozí etapy uskutečněné v rámci výzkumných záměrů spojených s rekultivací území. Zaměření terénu pro tvorbu 3D modelu jižní části svahu proběhlo 18. dubna. V rámci dalších etap je plánováno doměření celého území a vytvoření digitálního modelu terénu, který bude využíván Palivovým kombinátem Ústí, s. p. 3.1 Přístroje a pomůcky Pro podrobné měření byly použity dvě totální stanice Topcon GPT 2006 (Obr. 3.1) a dvě výsuvné výtyčky s všesměrnými hranoly Leica (Obr. 3.3). Pro dostředění na bodech místní sítě byly použity speciální centrační prvky, které se vkládají do hloubkových vrtů (Obr. 3.2) Topcon GPT 2006 Totální stanice této kategorie jsou používány pro tachymetrická měření a stavební praxi. Přístroj měří délky pomocí neviditelného pulsního laserového svazku emitovaného laserovou diodou. Umožňuje měřit délky s i bez hranolu. Software této totální stanice umožňuje z měřených veličin (vodorovné směry, délky, zenitové úhly) získat přímo prostorové souřadnice měřeného objektu a odpadá tak zpracování naměřených dat jako u klasického postupu. Při našem měření jsme registrovali souřadnice i měřené hodnoty. Ukázka výstupu z totální stanice je v příloze 1 a 2. Pro tvorbu modelu byl použit upravený seznam souřadnic z totálních stanic, kdy seznamy byly spojeny do jednoho a souřadnice byly zaokrouhleny na dvě desetinná místa (na centimetry). 16

18 3. GEODETICKÉ MĚŘENÍ Parametr Hodnota Zvětšení dalekohledu 30 Dosah měření - bezhranolový mód 3 až 100 m Dosah měření - hranolový mód minihranol 1500 m 1 hranol 4000 m Přesnost měření délek - bezhranolový mód 3 až 25 m ± 10 mm > 25 m ± 5 mm +2 ppm Přesnost měření délek - hranolový mód ± 3 mm +2 ppm Doba měření - jemný mód (1 mm) 1,2 s Doba měření - hrubý mód (10 mm) 0,5 s Měření úhlů - minimální čtení 0,2 mgon / 1 mgon (1 / 5 ) Měření úhlů - přesnost 1,8 mgon (6 ) Korekce náklonu - kapalinový kompenzátor ± 3 Tab. 3.1: Vybrané parametry totální stanice Topcon GPT 2006, viz. [7] Obr. 3.1: Topcon GPT 2006 Obr. 3.2: Centrační prvek 17

19 3. GEODETICKÉ MĚŘENÍ V době měření nebyla známa součtová konstanta pro použitý všesměrný hranol Leica a přístroj Topcon GPT Tato veličina však obecně dosahuje malých hodnot (v jednotkách centimetrů) a její nezavedení do přístroje bylo zanedbatelnou chybou vzhledem k požadovanému měřítku výstupu. Obr. 3.3: Všesměrný hranol Leica 3.2 Redukce délek Obvyklým cílem měření délky je získat délku v rovině kartografického zobrazení (např. S-JTSK) tak, aby délka mohla být použita v souřadnicových výpočtech. Redukcí délky se rozumí získání této hodnoty z hodnoty naměřené dálkoměrem v terénu. To znamená uvážit a zavést vliv povětrnosti, nadmořské výšky a kartografického zobrazení [8]. Redukce délky je prováděna ve dvou krocích: fyzikální redukce, matematická redukce Fyzikální redukce Tyto redukce opravují naměřenou šikmou délku o vliv teploty, tlaku a vlhkosti vzduchu prostředí v okamžiku měření. Před začátkem měření jsme zadávali teplotu a tlak vzduchu do programu totální stanice, která automaticky zavádí korekce. 18

20 3. GEODETICKÉ MĚŘENÍ Matematická redukce V matematické redukci se převádí šikmá délka po fyzikální redukci na délku geodetické křivky na povrchu elipsoidu resp. na kartografické ploše [8]. Pro délky kratší než 1 km postačuje toto schéma redukce: D s D h S 0 S JT SK. Zde platí: D s je šikmá délka naměřená dálkoměrem a se zavedenými přístrojovými korekcemi a po fyzikální redukci. D h je vodorovná délka určená podle vztahu D h = D s sin z, kde z je zenitový úhel. S 0 je délka příslušného oblouku na referenční kouli o poloměru R Z (v nulovém horizontu). Délka oblouku D h určená v nadmořské výšce H se změní při průmětu do nulového horizontu (H = 0) v důsledku sbíhavosti tížnic na délku S 0, jak plyne z obr S 0 D h = R Z R Z + H S 0 = D h ( 1 + H ) 1 RZ Obr. 3.4: Redukce vodorovné délky do nulového horizontu S JT SK je délka v zobrazovací rovině S-JTSK. Délku v rovině kartografického zobrazení získáme vynásobením délky v nulovém horizontu měřítkem zkreslení S-JTSK (S JT SK = S 0 m). Měřítko získáme 19

21 3. GEODETICKÉ MĚŘENÍ z přibližných souřadnic středního bodu území vypočtením vzdálenosti od počátku souřadnicové soustavy ( R = ) Y 2 + X 2 a následným vyčíslením z řady: m = 0, R 2 {1, R 10 7 [3, 154 R 10 6 (1, 848 R , 15)]}, R = R R 0 = R m. Do totálních stanic se zadává tzv. měřítkový faktor, který shrnuje vliv redukce na nulovou hladinu a korekce z kartografického zobrazení. V námi zaměřovaném území je měřítkový faktor 0,999902, tedy hodnota redukce je 9,8 mm/100 m. Hodnota měřítkového faktoru byla považována za opomenutelnou, protože byl zaměřován převážně rostlý terén pro požadovaný výškopisný plán v měřítku 1 : 1000 a maximální délka záměr dosahovala délky 300 m. Chyba, které jsme se tímto dopustili, je v poloze a ve výšce bodu max. 3 cm, pokud předpokládáme maximální délku záměr a zenitový úhel do hodnoty 50 gonů. Proto byl v totální stanici zvolen výchozí měřítkový faktor 1, Tachymetrické měření Elektronická tachymetrie je dnes základní metodou pro tvorbu polohopisné mapy s výškopisem. Při této metodě jsou všechny body zaměřovány ze sítě tzv. tachymetrických stanovisek prostorovou polární metodou. Podrobné body při výškopisném měření je třeba volit: na význačných čárách terénní kostry (hřbetnice, údolnice, hrany a paty svahu), na význačných bodech terénní kostry (vrcholy kup, dna dolíků), všude tam, kde terén mění svůj sklon (i v důsledku umělých staveb) a situační čáry svůj směr, v pravidelném a málo členitém terénu v pravidelných vzdálenostech s využitím přibližně čtvercové sítě. Pro zvolené měřítko výsledného plánu 1 : 1000 je vhodné volit bodů na hektar, tedy ve vzdálenostech m. 20

22 3. GEODETICKÉ MĚŘENÍ Souhrně platí, že je potřeba volit tolik podrobných bodů a na takových místech, aby vytvořily soustavu dílčích trojúhelníkových ploch, jakýsi prostorový mnohostěn, který se s ohledem na měřítko co nejlépe přibližuje skutečnému terénu [10]. Výpočet podrobných bodů probíhá podle těchto rovnic: X = X 0 + d cos α Y = Y 0 + d sin α Z = Z 0 + d cotgz + v p v c, kde: X 0, Y 0, Z 0... souřadnice stanoviska, d... vodorovná délka v rovině kartografického zobrazení, α... směrník, z... zenitový úhel, v p... výška přístroje na stanovisku, v c... výška cíle. Výchozím podkladem pro zaměření terénu byla místní sledovací síť, která je připojena na S-JTSK. Bod Y [m] X [m] Z [m] Rab , , ,290 Rab , , ,111 Rab , , ,070 Z , , ,066 Z , , ,081 Z , , ,131 Z , , ,130 Tab. 3.2: Souřadnice bodů sledovací sítě v S-JTSK (10. etapa) 21

23 ČVUT 3. GEODETICKÉ MĚŘENÍ Zaměřená část sledovaného území má rozlohu 26 ha a pro její vyjádření bylo určeno 668 bodů. Tato činnost trvala dvěma nezávisle měřícím četám 8 hodin při použití klasické prostorové polární metody. Za stanoviska pro měření byly použity body Rab01, Rab02 a dále dvě volná stanoviska, která byla určena z měření na body Rab01, Rab03 a Z1. V nečlenitém terénu byly podrobné body měřeny v čtvercové síti o stranách 20 až 40 m. Hlavními měřenými prvky byly svahové sesuvy, které bylo nutno určit tak, aby pro výsledný 3D model vytvořily uzavřené obrazce. Z prvků polohopisu byly měřeny odvodňovací příkopy (Obr. 3.5), které byly idealizovány na tvar V určením 2 hran a 1 dna. Odvodňovací pásy (Obr. 3.6), které jsou určeny středovým bodem, přístupová cesta, opěrné zdi a geotechnické sondy (Obr. 3.7). Pro vhodnou volbu bodů jsme se snažili dodržovat zásadu měření proti svahu. Obr. 3.5: Odvodňovací příkop Obr. 3.6: Odvodňovací pás Obr. 3.7: Geotechnická sonda 22

24 4. ATLAS DMT 4 Atlas DMT V této části jsem čerpal z [11]. Program Atlas DMT je produktem české firmy Atlas, spol s r. o. Jeho hlavním účelem je tvorba a upravování grafických výstupů nad digitálními modely terénu (DMT). Lze jej považovat za aplikaci typu CAD, která poskytuje některé služby nedostupné v jiných grafických systémech. Program je možno používat pro řešení projektů v oblasti geodézie a kartografie, důlní a těžební činnosti, liniových staveb, ekologie a eroze, šíření signálu apod. Software Atlas chápe DMT jako prostorovou plochu, která kopíruje zaměřený nebo projektovaný terén. Vzniká na základě zadaných 3D bodů, čar a ploch, kterými prochází. Mimo ně se dopočítává podle matematických vzorců tak, aby se plocha přiblížila skutečnosti. Výpočet mezi zadanými body není založen na lineární interpolaci, ale je upraven pro modelování hladkého terénu. Pro zpracování bakalářské práce jsem použil program Atlas DMT v Postup tvorby modelu dělím na přípravu a vizualizaci modelu, kdy vycházím ze svých zkušeností s programem. 4.1 Příprava modelu Vstupními daty pro tvorbu je textový formát seznamu souřadnic podrobných bodů. Atlas z těchto bodů automaticky generuje model terénu tak, aby vznikla trojúhelníková síť, kde se trojúhelníky blíží co nejvíce rovnostranným. Spojnice bodů v trojúhelníkové síti jsou nazývány hrany DMT. Takto vytvořený model je nutno dále editovat. Úpravy se mohou týkat zejména bodů a hran (spojnic bodů). Při editaci je vhodné mít nastavené pracovní prostředí tak, aby se zobrazovaly pracovní vrstevnice a všechny typy hran, které lze libovolně barevně odlišit. Tyto prvky reagují okamžitě na každou provedenou změnu a dávají tak přibližnou informaci o vzhledu modelu a vrstevnicového plánu. 23

25 4. ATLAS DMT Jelikož je vytvářen model z dat získaných přímým měřením v terénu, není vhodné používat editaci bodů, při které by byla měněna jejich poloha nebo výška. Rovněž není vhodné mazat nebo přidávat body do trojúhelníkové sítě, které by byly dointerpolovány a došlo by tak ke změně tvaru modelu, který by nemusel odpovídat realitě. Ovšem nutnou úpravou je přidávání a rušení spojnic bodů. Prvním krokem je úprava obalu DMT, protože Atlas generuje spojnice i mezi krajními body, které spolu ve skutečnosti nesouvisejí. To je zapříčiněno nutnou podmínkou konvexnosti obalu modelu. Proto jsou tyto spojnice označeny jako obalové a neprobíhají nad nimi žádné výpočty a vyhodnocení modelu. Dalším krokem je definování povinných spojnic, kdy jsou cíleně zaváděny hrany mezi body pro změnu tvaru modelu. Atlas ihned po definování spojnice přepočítává hrany DMT a mění tak trojúhelníkovou síť, která vede k hladké ploše. Typy spojnic jsou: Povinné - nevytvářejí ostré zlomy a v kolmém i příčném směru vyhlazují terén. Používají se pro zvýraznění oblých hřebenů a údolí. Lomové - nejčastější terénní hrany, modelují se pomocí nich příkopy, okraje vozovek, ostré terénní zlomy, hrany a paty svahových sesuvů. Lomové hrany způsobují ostrý zlom terénu v kolmém směru. Přímé - úsečky ve 3D, které se hodí pro modelování základových jam a jiných umělých tvarů, kde je třeba docílit rovných ploch. Ostrovní - hrana je hranou lomovou a zároveň označuje okrajovou hranu ostrova, tj. oblasti, v níž se nevyhodnocují vrstevnice. Využívá se u staveb. Jednotlivým trojúhelníkům v síti je možno přiřadit tzv. prioritu, atribut, který umožňuje rozlišovat části DMT. Posledním důležitým krokem při tvorbě modelu je vytvoření staveb. Tyto objekty se v Atlasu modelují přes uzavřené polygony, které mohou být tvořeny body ze seznamu souřadnic nebo libovolně zvolenými body, kterým je přiřazena výška. Ze stran polygonu se spouštějí svislé plochy směrem k i od terénu podle zvolených parametrů a vytváří se střecha tak, aby model stavby byl vodotěsný. 24

26 4. ATLAS DMT Editace DMT je z hlediska obsluhy programu celkem jednoduchá záležitost. Ale obtížné je zvolit správné úpravy - možnosti doplnění, zrušení a přemístění bodu, vložení nebo smazání povinných hran, úprava obalu a hromadné operace s modelem. Po všech úpravách můžeme hotový DMT dále upravovat v programu Atlas, vytvářet 3D pohledy a výkresy. Nebo jej můžeme exportovat do formátu DXF, kde se nám bude jevit jako drátový model a může být použit v CAD programech (Obr. 4.2). Obr. 4.1: Pracovního prostředí Atlasu DMT při úpravě modelu 4.2 Generace 3D modelu S připraveným modelem podle předchozího popisu můžeme dále provádět různé vizualizační procedury, z nichž zde budou uvedeny dvě základní. Vytvoření 3D pohledů a tvorba výškopisného plánu. 25

27 4. ATLAS DMT Obr. 4.2: Drátový model prostorové trojúhelníkové sítě D pohledy Z prostředí Atlasu DMT lze spouštět samostatný program POGLedy, který slouží k prohlížení DMT v 3D. Program má řadu nastavení s jejichž pomocí lze vytvořit výstup, který se bude podobat skutečnému terénu. Zde jsou uvedeny pouze ty, které byly použity pro tvorbu příloh bakalářské práce. Při prvním spuštění je zobrazen pouze základní model reliéfu v šedé škále a se stupněm vyhlazení 1, kdy jsou zobrazeny jednotlivé trojúhelníky sítě (Obr. 4.3). Pro určení optimálního stupně vyhlazení se nejlépe hodí právě toto jednobarevné šedé zobrazení. Obr. 4.3: Digitální model reliéfu se stupněm vyhlazení 1 26

28 4. ATLAS DMT Pro území z této práce, které je relativně malé, byl zvolen maximální stupeň vyhlazení terénu. Tato operace spočívá v rozdělění každého trojúhelníku sítě na řadu dílčích trojúhelníků, ve kterých se určuje výška a vytvářejí se plynulejší přechody. Maximální stupeň vyhlazení je 16. Při vyhlazování je každá strana původního trojúhelníku rozdělena na 16 dílků a z nových bodů jsou vedeny rovnoběžky se zbývajícími dvěma stranami. Takto uvnitř trojúhelníku vzniká 256 (druhá mocnina stupně vyhlazení) trojúhelníků. Obr. 4.4: Dělení trojúhelníku při vyhlazení Po vyhlazení terénu je možné přistoupit k dalším vizualizačním krokům. Vhodné je zavedení podstavce, který udává lepší představu o převýšení při různém úhlu pohledu na model. Při editaci modelu byly vybraným trojúhelníkům přiřazeny různé hodnoty priorit. K těmto prioritám můžeme určit libovolné barvy nebo textury a vytvořit tak barevný model, na kterém lze lépe identifikovat cesty, příkopy, svahové sesuvy a rostlý terén. Pro vyjádření modelu ve skutečných barvách lze použít souřadnicově připojené ortofoto, které se přilepí na model. Posledním zobrazovaným prvkem jsou umělé objekty - opěrné zdi a geotechnické sondy. Těmto prvkům lze také přiřadit libovolnou barvu a vytvořit tak digitální model povrchu. Prohlížeč umožňuje s modelem libovolně natáčet a vytvářet tak tiskové výstupy, které jsou přiloženy jako přílohy 6 až 13. Funkce programu umožňují i vytvoření jednoduché animace v podobě průletu nad terénem, který je na přiloženém CD ve formátu AVI. 27

29 4. ATLAS DMT Výškopisný plán V rámci půdorysu DMT umožňuje Atlas vytvářet objekty typu úsečka, polygon, obdélník, text a předdefinované objekty typu šrafa. Prvkům je možno přiřazovat určitou tloušťku, barvu a typ čáry. Atlas podporuje i práci s vrstvami, takže je možnost volby jaké prvky budou zobrazeny. Pomocí uvedených typů prvků je možné vytvořit polohopisnou složku výškopisného plánu podle zvoleného mapového klíče. Vrstevnice jako výškopisná složka jsou určovány na základě výpočtu z trojúhelníkové sítě. Pro výpočet je možno nastavit několik parametrů, které ovlivňují výsledný tvar a estetický dojem. Nejdůležitější parametry pro tvorbu vrstevnic: Výška vrstvy [m] - vzdálenost dvou sousedních hladin pro výpočet vrstevnic, tj. krok vrstevnic. Torzní korekce - eliminuje zazubení vrstevnic tím, že propojuje střední body jednotlivých úseček, které vzniknou při výpočtu nad trojúhelníkovou sítí. Počet dílků - udává jemnost dělění trojúhelníkové sítě při výpočtu hladkých vrstevnic v rozsahu od 1 do 63. Princip je stejný jako u stupňů vyhlazení 3D modelu. Je-li počet roven 1, jedná se o výpočet lomených vrstevnic. Vyšší hodnota zvyšuje přesnost výpočtu a dává vyhlazenější vrstevnice. Počet řešených trojúhelníků se zvyšuje s druhou mocninou zadaného počtu dílků. Limitní odchylka - nenulová limitní odchylka zajišťuje vypuštění nadbytečných bodů na vrstevnici, které nejsou od výsledné vrstevnice vzdáleny více, než povoluje zadaná hodnota. Výsledný grafický efekt vrstevnic lze nejvíce ovlivnit nastavením počtu dílků. Na obr. 4.5 je porovnán vybraný výřez z plánu s vrstevnicemi vypočtenými s voleným počtem dílků 1, 5, 10 a 63. Na základě tohoto porovnání soudím, že při volbě 10 a více dílků se vzhled vrstevnic již výrazně nemění. Výsledný soubor vypočtených vrstevnic VRS lze používat i v jiných programech, např. Kokeš, které umožňují lépe zpracovávat polohopisnou složku plánu. Výškopisný 28

30 4. ATLAS DMT plán (příloha 3) vytvořený pomocí prvků popsaných výše lze z Atlasu pouze tisknout nebo převést do obrazového formátu BMP, ale nelze s ním již dále pracovat v žádném programu typu CAD. Obr. 4.5: Vrstevnice vypočtené s počtem dílků 1, 5, 10 a Problémy při výpočtu vrstevnic Vrstevnice jsou definovány jako hladké čáry, které spojují body o stejné nadmořské výšce. Problémy při výpočtu vrstevnic v Atlasu nastávají, pokud mají trojúhelníky v síti, z kterých se interpolují výšky, nevhodný tvar. Pro výpočet vrstevnic jsou nejvhodnější trojúhelníky, které se co nejvíce přibližují rovnostranným. V zpracovávaném modelu se však vyskytují i trojúhelníky, které mají úzký a protáhlý tvar a jsou z nich počítány vrstevnice, na kterých se tvoří vlnky, jak je patrné 29

31 4. ATLAS DMT z obr Tato problémová místa vznikají v plochách, kde se na jedné straně hromadí hodně bodů velmi blízko sobě (začátky a konce odvodňovacích příkopů, kraje opěrných zdí) a ostatní body jsou daleko (body čtvercové sítě málo členitého terénu). Obr. 4.6: Výřezy s problemovými místy vrstevnic Podle mého názoru možnými řešeními jak těmto problémům předejít jsou: Zvýšit počet zaměřovaných bodů v problémových místech tak, aby při tvorbě DMT mohly vznikat rovnostranné trojúhelníky. Problémové body (body blízko sebe) vymazat z DMT, ale tímto krokem by mohlo dojít k nežádoucí změně na prostorovém modelu nebo by tyto body chyběly pro vykreslování prvků polohopisu. Vytvořit pouze soubor vrstevnic podle požadovaných představ o vzhledu a tento soubor importovat do jiného programu, ve kterém by byl upraven polohopis. 30

32 ZÁVĚR Závěr Lom Chabařovice je prvním z velkých povrchových dolů v rámci ČR, u kterých po ukončení těžby dospěly sanační a rekultivační práce do stádia, kdy zbytková jáma po těžbě je již zaplavována vodou. Tímto se stává modelovou lokalitou, na niž se soustřeďuje pozornost, aby bylo možné získané poznatky aplikovat při rekultivačních činnostech u dalších 7 zbytkových jam v severočeské hnědouhelné pánvi. Geodetická měření FSv ČVUT probíhají v této lokalitě od dubna roku Jejich součástí je monitoring rychlosti a směru svahových pohybů a souřadnicový popis polohy geotechnických zařízení. V dubnu 2009 v rámci 13. sledovací etapy byl poprvé zaměřen podklad pro vyhotovení 3D modelu jižní části sledovaného území. Výsledný digitální model povrchu a výškopisný plán dávají komplexní představu o sledovaném území a mohou být využity pro plánování dalších rekultivačních prací. V dalších etapách by měla být doměřena zbylá část území pro vyhotovení celkového modelu, který bude přesností odpovídat požadovanému měřítku 1 : Při těchto měřeních využiji poznatků získaných při tvorbě této práce. Při dalších etapách by bylo podle mě vhodné sledovat pohyb svahových sesuvů na jihovýchodní části svahu Rabenov. 31

33 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY Seznam použité literatury [1] Ústecký kraj - oficiální internetové stránky: reregions_lom_chabarovice.pdf [online] [cit ]. URL: aspx?id_org=450018&id_dokumenty= [2] Palivový kombinát Ústí, s.p. [online]. [2008] [cit ]. URL: [3] DVOŘÁKOVÁ, Eliška. Geodetická sledování prostorových polohových změn rekultivovaných svahů pohornické krajiny. [s.l.], s. Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích. Vedoucí diplomové práce Doc. Ing. Pavel Hánek, Csc. [4] VOJTEK, David. Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava: Slovník [online] [cit ]. URL: [5] URBAN, Jiří. Projekt II - Práce s grafickou informací: Digitální model terénu. 1. vyd. Praha: ČVUT v Praze, s. [6] HLÁSNY, Tomáš. Geografické informačné systémy: Priestorové analýzy. 1. vyd. Poniky: Agentúra ZEPHYROS & Národné lesnícke centrum - Lesnícky výzkumný ústav Zvolen, s. ISBN [7] Katedra speciální geodézie - Stavební geodézie: Návody na cvičení s totální stanicí [online] [cit ]. URL: [8] TESAŘ, Pavel. 152EMEG Elektronické metody v geodézii: Redukce délek [online] [cit ]. URL: metody_v_geodézii. 32

34 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [9] HUML, Milan, MICHAL, Jaroslav. Mapování přeprac. vyd. Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, s. ISBN [10] BLAŽEK, Radim, SKOŘEPA, Zdeněk. Geodézie přeprac. vyd. Praha: Česká technika - nakladatelství ČVUT, s. ISBN [11] Atlas LTD - Manuály a dokumentace k programovému systému ATLAS DMT: Příručka uživatele [online]. [2006] [cit ]. URL: 33

35 SEZNAM OBRÁZKŮ Seznam obrázků 1.1 Výřez mapy s vyznačeným sledovaným územím Ortofoto s vyznačeným sledovaným územím Detail svahového sesuvu Sesuvy na jihovýchodní části svahu Rabenov Opěrná zeď Rozložení opěrných zdí v horní části svahu Inklinometrický vrt s centračním přípravkem Podrobný bod Svah Rabenov s jezerem Chabařovice Polyedrický model Rastrový model Plátový model Podmínky Delaunayovy triangulace Topcon GPT Centrační prvek Všesměrný hranol Leica Redukce vodorovné délky do nulového horizontu Odvodňovací příkop Odvodňovací pás Geotechnická sonda Pracovního prostředí Atlasu DMT při úpravě modelu Drátový model prostorové trojúhelníkové sítě Digitální model reliéfu se stupněm vyhlazení Dělení trojúhelníku při vyhlazení Vrstevnice vypočtené s počtem dílků 1, 5, 10 a Výřezy s problemovými místy vrstevnic

36 SEZNAM PŘÍLOH Seznam příloh Příloha č. 1: Ukázka výpisu seznamu souřadnic z totální stanice 36 Příloha č. 2: Ukázka zápisníku z totální stanice 37 Příloha č. 3: Výškopisný plán Jižní část sesuvného území Rabenov externě Příloha č. 4: Ortofoto sesuvného území Rabenov z roku 2002 externě Příloha č. 5: Ortofoto sesuvného území Rabenov z roku 2007 externě Příloha č. 6: Digitální model reliéfu v šedé barvě pohled ze severozápadu Příloha č. 7: Digitální model reliéfu v šedé barvě pohled ze severu Příloha č. 8: Digitální model povrchu v barevném vyhodnocení pohled ze severovýchodu Příloha č. 9: Digitální model povrchu v barevném vyhodnocení pohled ze severu Příloha č. 10: Digitální model povrchu v barevném vyhodnocení pohled ze severozápadu Příloha č. 11: Digitální model povrchu s ortofotem pohled ze severozápadu Příloha č. 12: Digitální model povrchu s ortofotem pohled ze severu Příloha č. 13: Digitální model povrchu s ortofotem pohled ze severovýchodu externě externě externě externě externě externě externě externě Příloha č. 14: Videosoubor s průletem nad terénem CD 35

37 PŘÍLOHA 1 Příloha č. 1: Ukázka výpisu seznamu souřadnic z totální stanice Rab Rab Rab Z Z Z Z

38 PŘÍLOHA 2 Příloha č. 2: Ukázka zápisníku z totální stanice ;Měřeno přístrojem TOPCON-GTS210/GTS310 ;korekce: 0 mm/km Rab Rab *H *P *H *H *Z *Z *Z *Z *Z *Z *Z *Z *Z *Z *Z *Z *P *H *H *P *P *H *H *H *H *C *C *P / -2 37