DIPLOMOVÁ PRÁCE. Geodetický monitoring sesuvného území

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ KATEDRA SPECIÁLNÍ GEODÉZIE DIPLOMOVÁ PRÁCE Geodetický monitoring sesuvného území Vedoucí diplomové práce: Ing. Ilona Janžurová Bedihošt, 2010 Bc. Jaroslav Braun

2

3 Čestné prohlášení Prohlašuji, že diplomovou práci jsem vypracoval samostatně, s výjimkou odborných konzultací. Veškerá použitá literatura a zdroje jsou uvedeny v seznamu literatury. Bedihošt, 17. prosince 2010 Bc. Jaroslav Braun

4 Poděkování Rád bych poděkoval Ing. Iloně Janžurové a doc. Ing. Pavlu Hánkovi, CSc. za pomoc a odborné vedení při tvorbě mé diplomové práce. Dále bych chtěl poděkovat všem, kteří se podíleli na měření, zejména pak Bc. Tomáši Greššovi a Ing. Pavlu Hánkovi Ph.D.. Také děkuji rodičům za podporu a pomoc při studiu.

5 Abstrakt Tématem diplomové práce je geodetický monitoring na sesuvném území Rabenov. Území se nalézá v těžbou narušené krajině západně od Ústí nad Labem. Práce seznamuje s danou lokalitou, která je sledována geodetickými a geotechnickými metodami. Popisuje měření v prostorové měřické síti terestrickými a družicovými metodami, komplexní sledování pomocí digitálních modelů terénu a podélných profilů svahu. Výsledkem práce jsou velikosti posunů sledovaných bodů, digitální modely terénu, výškopisné plány v měřítku 1 : 1000 a podélné profily. 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 diploma thesis is geodetic monitoring of slide territory Rabenov. The territory is located in the mining disturbed landscape west of Ústí nad Labem. The thesis introduces the locality which is monitored by geodetic and geotechnical methods. Describes measurements in spatial surveying network by terrestrial and satellite methods, comprehensive monitoring using digital terrain models, and longitudinal profiles. The results of this thesis are sizes of shifts of the monitored points, digital terrain models, contour line plans at scale 1 : 1000, and longitudinal profiles. The result of this thesis will be possible to use in planning of the reclamation work and it is also a partial result of research projects aimed at restoration of landscape.

6 Klíčová slova Digitální model terénu (DMT) geodetický monitoring globální navigační satelitní systémy (GNSS) hydrická rekultivace Chabařovice prostorová měřická sít podélný profil posuny hnědouhelný lom sesuvné území Rabenov terestrické měření. Keywords Digital terrain model (DTM) survey monitoring global navigation satellite systems (GNSS) hydric reclamation Chabarovice spatial surveying network longitudinal profile shifts soft coal quarry slide territory Rabenov terrestrial measurements.

7 Obsah Úvod 9 1 Sesuvné území Rabenov Historie území Obnova a plánované využití území Geodetický monitoring Přehled etap měření na svahu Rabenov Charakteristika místní prostorové sítě Rabenov Terestrické zaměření sítě Pomůcky a přístroje Postup měření Zaměření sítě metodou GNSS Přístroje Postup měření Kontrolní podélný profil Postup měření Digitální model terénu Postup tachymetrického měření Zaměření podkladů pro DMT Zpracování a výsledky etap Terestrické měření Redukce délek Redukce zenitových úhlů Směrodatné odchylky šikmých délek Směrodatné odchylky vodorovných směrů a zenitových úhlů Úhlové a výškové uzávěry Vyrovnání místní prostorové sítě Výsledné souřadnice z 16. a 17. etapy Výšky bodů Z1-Z4 z kontrolní přesné nivelace Metoda GNSS - souřadnice v 17. etapě

8 3.3 Podélný profil Měřítkový faktor Digitální model terénu Příprava modelu Generace 3D pohledů Výškopisné plány Výsledné DMT Porovnání s předchozími etapami Porovnání souřadnic stanoviskových bodů Terestrické měření Měření metodou GNSS Porovnání délek a převýšení mezi stanoviskovými body Délky a převýšení z terestrického měření Délky a převýšení z měření metodou GNSS Porovnání souřadnic podrobných bodů Z1-Z Porovnání délek a převýšení mezi podrobnými body Porovnání převýšení podrobných bodů z nivelace Porovnání podélných profilů Porovnání digitálních modelů terénu Jihovýchodní část Pata svahu Závěr 69 Seznam použité literatury 72 Seznam obrázků 74 Seznam tabulek 75 Seznam příloh 76 Přílohy 78 8

9 ÚVOD Úvod V současné době je ve společnosti kladen důraz na omezení a zastavení průmyslové devastace životního prostředí. Jedním z kroků je i rekultivace pohornické krajiny, která je prováděna na bývalém hnědouhelném Lomu Chabařovice u Ústí nad Labem. Tato diplomová práce se zabývá geodetickým monitoringem sesuvného území Rabenov, které je částí tohoto důlního díla a má za cíl vyhodnotit prováděná měření, která jsou podkladem pro odpověd na otázku, zda je možné při rekultivaci považovat měřenou oblast za dostatečně stabilní pro plánované projekty, které mají tuto poničenou krajinu začlenit zpět do ekosystému. Výsledky dosažené v rámci monitorovacích měření jsou využity ve výzkumných záměrech VZ MSM Spolehlivost, optimalizace a trvanlivost stavebních materiálů a konstrukcí a v VZ MSM Udržitelná výstavba. Tyto granty jsou průběžně oponovány a verifikovány praxí. 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 Fakulty stavební ČVUT, která v téže lokalitě provádí na stabilizovaných bodech svá pozorování. Výstupem geodetického monitoringu jsou zaměřené změny prostorové polohy sledovaných stabilizovaných bodů sítě Rabenov, podélné profily ukazující výškové změny území a digitální modely terénu, zaměřené s podrobností měřítka 1 : 1000, dokumentující komplexní změny na sesuvném území Rabenov. Obsahem práce je vyhodnocení dvou etap terestrického měření v místní síti Rabenov, doplnění výsledků z jedné etapy měření technologií GNSS, vyhodnocení podélných profilů z dvou posledních etap a zpracování čtyř digitálních modelů terénu. Diplomová práce přímo navazuje na bakalářskou práci, která se zabývala tvorbou digitálního modelu jižní části území Rabenov. Práce je členěna do 4 kapitol, které na sebe navzájem navazují. První část je soustředěna na seznámení s historií sledovaného území a s probíhající rekultivací. V druhé kapitole jsou popsány jednotlivé geodetické činnosti, postupy měření a charakteristika geodetické 9

10 ÚVOD prostorové sítě Rabenov. Třetí kapitola se věnuje početnímu zpracování měření z posledních etap, kdy kromě výsledků je zkráceně uvedena i teorie postupů a použitých programů. Čtvrtá závěrečná část obsahuje porovnání výsledků měření v síti s výsledky předchozích etap z let a také závěry zjištěné porovnáním podélných profilů a digitálních modelů terénu. V přílohách jsou uvedeny grafy změn v inklinometrických vrtech zjištěné geotechnickým měřením, vybrané pohledy na digitální modely, podélné profily a výškopisné plány území v měřítku 1 :

11 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV 1 Sesuvné území Rabenov V této části bylo využito [1], [2], [3]. Sledované sesuvné území Rabenov je částí vnějších výsypek bývalého povrchového hnědouhelného Lomu Chabařovice, který leží 5 km jihozápadně od města Ústí nad Labem. Svah se nachází jihovýchodně od dobývacího prostoru lomu, pod vrcholem kopce Rovný (376 m n. m.). Sledovaná oblast zaujímá plochu 40 ha a výškově leží mezi kótami 145 a 275 m n. m.. Rozměry území jsou 1,15 km 0,37 km (0,30 km u paty svahu). Obr. 1.1: Výřez mapy s vyznačeným sledovaným územím (zdroj: mapy.cz) Pro potřeby popisu výsledků práce je lokalita dělena na 4 části (obr. 1.2): A jižní část svahu Rabenov, B severní část svahu Rabenov, C jihovýchodní část svahu Rabenov, D pata svahu Rabenov. První dvě oblasti, jižní a severní část, zahrnují celou monitorovanou oblast a hranicí mezi nimi je komunikace vedoucí středem území ve výšce zhruba 190 m n. m.. Na další dvě části byla soustředěna pozornost při etapovém zaměřování z důvodu rozsáhlých změn. V jihovýchodní části stále dochází k svahovým zátrhům v povrchové vrstvě zeminy a na patě svahu 11

12 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV (bývalé deponii titaničitých jílů) probíhají rozsáhlé přesuny materiálu pro zajištění stability svahu. Obr. 1.2: Ortofoto s vyznačeným sledovaným územím (zdroj: amapy.centrum.cz) 1.1 Historie území Hornická činnost v severních Čechách má díky tamní mohutné hnědouhelné sloji dlouholetou tradici. Jen po 2. světové válce bylo v prostoru severočeské hnědouhelné pánve 34 hlubinných dolů a 24 povrchových lomů. Postupem doby byly hlubinné doly uzavírány a těžba se soustředila do povrchových lomů. Jedním z posledních lomů v oblasti byl Lom Chabařovice, ve kterém byla zahájena těžba v roce Nový lom byl situován do plochého údolí Modlanského potoka, kde na jižních svazích byly zakládány výsypky a těžba byla vedena severním směrem po méně příkrých svazích. Vytěžené hnědé uhlí bylo nejlepší v republice pro svůj nízký obsah síry (0,35 %) a ostatních karcinogenů. Primárně bylo dodáváno do Tlakové plynárny Úžín a Teplárny Trmice. 12

13 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV Přebytky uhlí pak byly rozděleny do ostatních tepelných elektráren v republice jako rezerva pro dobu inverzí, aby byl minimalizován dopad na životní prostředí. V roce 1991 bylo Usnesením vlády ČSFR rozhodnuto o zastavení Lomu Chabařovice a byla stanovena závazná linie těžby. Toto rozhodnutí bylo vyvoláno snahou o zachování města Chabařovice a přilehlých oceláren. Samotný útlum byl zahájen v roce 1994 a v dubnu 1997 skončila veškerá těžba, zpracování a odbyt uhlí. V březnu 2000 byl zastaven poslední technologický celek, který zajišt oval zasypání dna zbytkové jámy zeminou v souladu se schváleným plánem likvidace. Po dobu těžby Lomu Chabařovice bylo vytěženo celkem 61,5 mil. tun nízkosirnatého kvalitního hnědého uhlí, 9,3 mil. m 3 vyklizových hmot a 256,1 mil. m 3 skrývky. Zastavením těžby bylo v ložisku ponecháno dalších 128 mil. tun uhlí, které mělo být podle původních plánů vytěženo [3]. V době těžby sloužil sledovaný svah Rabenov jako vnější výsypka pro ukládání skrývkové zeminy. Hydrogeologické podmínky skrývkového svahu ale nebyly ideální pro založení výsypky, a proto podle původní báňské koncepce měl být svah podepřen etážemi vnitřní výsypky až do úrovně mezi 255 a 270 m n. m., kdy horní stavba by byla podepřena zemním tělesem a tím by byla problematická část svahu zajištěna. Kvůli předčasnému ukončení těžby však nedošlo ani k dosypání etáží na náhradní úroveň 215 m n. m., která měla podle báňsko-technologického návrhu snížit výšku nezabezpečeného svahu. Již na počátku 90. let minulého století se na území svahu Rabenov projevovaly lokální zátrhy a sesuvy odkrytých jílových partií. Problémy se stabilitou byly způsobeny jednak ukládanými nesoudržnými zeminami (spraše, zeminy s velkým obsahem valounů), ale hlavně zamokřením oblasti pocházejícím od bývalých malých vodárenských objektů. Protože řešení stability báňským způsobem nebylo technicky možné z důvodu omezení lomu, bylo v roce 1994 rozhodnuto o provedení sanačních prací stavebním způsobem. V letech bylo Palivovým kombinátem Ústí, s. p. provedeno mnoho akcí pro zajištění svahu, které zahrnovaly zejména budování staveb pro odvodnění území a zakládání podpůrných stabilizačních žeberních bloků. I přes uvedené snahy o stabilizaci území, nastal časem rozvoj svahových pohybů, které jsou i dnes patrné zejména na jihovýchodní části svahu (obr. 1.3, obr. 1.4). 13

14 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV Obr. 1.3: Sesuv na jihovýchodní části svahu Rabenov (duben 2010) Obr. 1.4: Sesuvy na jihovýchodní části svahu Rabenov (červenec 2010) 1.2 Obnova a plánované využití území 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 zajišt uje palivový kombinát. 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. V severočeské hnědouhelné pánvi je plánován vznik celkem 8 jezer ve zbytkových jamách lomů. Postup hydrické rekultivace byl poprvé použit právě na Lomu Chabařovice, čímž se stal modelovou lokalitou, na niž se soustřed uje pozornost, aby bylo možno získané poznatky aplikovat při rekultivačních činnostech u dalších 7 zbytkových jam. 14

15 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV Zatápění vzniklého jezera Milada (dříve označovaného jezero Chabařovice) bylo zahájeno 15. června 2001 vodou z krušnohorských potoků a vodou z povodí zbytkové jámy. Odhad doby napouštění byl stanoven na 5-6 let. Dne 8. srpna 2010 bylo napouštění ukončeno dosažením konečného stavu provozní hladiny na kótě 145,7 m n. m.. Jezero při dosažení této hladiny zaujímá plochu 252,2 ha, zadržuje 35,601 mil. m 3 vody a má maximální hloubku 24,7 m (průměrná hloubka je 15,5 m) [3]. U jezera zbytkové jámy Lomu Chabařovice se předpokládá 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 s okolní těžbou nenarušenou krajinou. Komplexní sanace a rekultivace je navržena podle rozdílných využití jednotlivých částí území, které jsou samostatně projekčně řešeny s návazností na okolní území. Rekultivační práce zahrnují provedení nezbytných terénních úprav, vybudování odvodňovacích příkopů, přístupových cest a biologickou rekultivaci, která je dělena na lesnickou, zemědělskou a ostatní. Jižní část, na které se nachází sledované území a tvoří ji hlavně výsypky, je plánována k plnění především ekologických funkcí. Lesnickou rekultivaci zde budou doplňovat zatravněné plochy. V jihovýchodní části jezera přiléhající ke svahu vznikl záliv, který bude využíván jako kotviště lodí (plachetnice, pramice, sportovní lodě). Na sledovaném svahu Rabenov začaly sanační práce v roce Jejich hlavním cílem je zabezpečit geomechanickou stabilitu svahu. To se děje pomocí 7 kotvených pilotových stěn (obr. 1.5, obr. 1.6) vybudovaných v roce 2007 v jižní části na úrovni kóty 240 m n. m., tvorbou odvodňovacích zařízení, odebíráním nestabilních vrstev zeminy spolu s úpravou sklonů částí svahu (obr. 1.7, obr. 1.8) a vybudováním stabilizačních lavic v patě svahu. Proběhlé práce splnily svůj cíl a zvýšily stabilitu území, jediným zřetelným problémem je stálý vznik zátrhů v povrchových vrstvách zeminy na jihovýchodní části svahu (obr. 1.3, obr. 1.4). Předpokládaný termín ukončení prací je podle [3] plánován na rok Obr. 1.5: Rozložení opěrných stěn v horní části svahu (duben 2010) 15

16 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV Obr. 1.6: Kotvená pilotová stěna (duben 2009) Obr. 1.7: Sondy na jihovýchodní části svahu (duben 2009) Obr. 1.8: Sondy na jihovýchodní části svahu po odebrání cca 2 m zeminy (duben 2010) 16

17 1. SESUVNÉ ÚZEMÍ RABENOV Obr. 1.9: Pohled na svah Rabenov od opěrných stěn (duben 2009) Obr. 1.10: Pohled na svah Rabenov od bodu Rab01 (duben 2010) Obr. 1.11: Pohled na svah Rabenov od bodu Mpd06 (červenec 2010) 17

18 2. GEODETICKÝ MONITORING 2 Geodetický monitoring V této části bylo využito [1], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10]. Geodetický monitoring (sledování) je součástí vědní disciplíny inženýrské geodézie a zahrnuje činnosti, které na základě systematického etapového měření, pozorování a analýz současného stavu objektu předpovídají jeho budoucí vývoj. Monitoring se uplatňuje v oblastech, ve kterých je pravděpodobný nebo již prokázaný vznik posunů a přetvoření (náročné stavební konstrukce, poklesové kotliny, důlní díla). Při sledování svahových sesuvů se geodetické metody uplatňují společně s geotechnickými metodami, které pro měření deformací, napětí a sil používají mj. inklinometry, náklonoměry, extensometry a přístroje hydrostatické nivelace. Geotechnická měření jsou finančně náročná a pro měření je potřeba vybudovat hluboké vrtané sondy. Výsledkem bývají údaje o prostorových deformacích v jednotlivých vrstvách zemin, kdy se jedná o lokální vztahy. Geodetické metody jsou pak kromě vlastních zájmových měření (kubatury, podélné profily, mapování přesunů zemin v celém území) zaměřeny na souřadnicový popis polohy geotechnických zařízení. Tento popis polohy bývá vztažen k místní prostorové síti nebo je připojován do státních referenčních systémů. Měření lze provádět klasickými teodolitovými nebo fotogrammetrickými metodami, případně stále více se prosazujícím laserovým skenováním nebo některou z družicových GNSS metod. Pokud mezi etapami měření dochází k prostorové změně polohy sledovaných geotechnických zařízení (bodů), je změna označována jako posun. Posun může být relativní, je-li vztažen k ostatním pozorovaným bodům nebo absolutní, je-li vztažen k referenčnímu geodetickému systému. Monitoring se dělí na aktivní a pasivní. Při aktivním sledování jsou v krátkých časových intervalech pořizována měření a ihned automatizovaně zpracována, výsledky monitoringu jsou pak napojeny na varovný systém. Příkladem může být automatické sledování na dole ČSA v severních Čechách nebo stavba Dobrovského tunelu v Brně. Při pasivním přístupu jsou měřená data pořizována a zpracována s delším časovým odstupem. Pasivní přístup geodetického monitoringu je uplatněn i na sledovaném území Rabenov. 18

19 2. GEODETICKÝ MONITORING 2.1 Přehled etap měření na svahu Rabenov Monitorovací geodetické práce na sesuvném území Rabenov, které mají za účel sledování mechanické stability území, jsou prováděny ve prospěch Palivového kombinátu Ústí, s. p., který zajišt uje rekultivační práce. Měření probíhají ve spolupráci s katedrou geotechniky z Fakulty stavební ČVUT, která zde provádí na stabilizovaných bodech svá pozorování. Měření jsou využívána ve výzkumných záměrech VZ MSM Spolehlivost, optimalizace a trvanlivost stavebních materiálů a konstrukcí a v VZ MSM Udržitelná výstavba. Tab. 2.1: Přehled etap měření na svahu Rabenov Etapa Období Terestrické Měření Podélný Digitální měření GNSS profil model 0 Duben 2003 Ano Ne Ne Ne 1 Červen 2003 Ano Ne Ne Ne 2 Říjen 2003 Ano Ne Ne Ne 3 Duben 2004 Ano Ano Ne Ne 4 Červenec 2004 Ne Ano Ne Ne 5 Říjen 2004 Ano Ano Ne Ne 6 Červenec 2005 Ano Ano Ne Ne 7 Listopad 2005 Ano Ano Ne Ne 8 Duben 2006 Ne Ano Ne Ne 9 Červenec 2006 Ano Ano Ne Ne 10 Duben 2007 Ano Ano Ne Ne 11 Srpen 2007 Ano Ne Ne Ne 12 Duben 2008 Ano Ano Ano Ne 13 Srpen 2008 Ano Ano Ano Ne 14 Duben 2009 Ano Ne Ano Ano 15 Červenec 2009 Ano Ano Ano Ano 16 Duben 2010 Ano Ne Ano Ano 17 Červenec 2010 Ano Ano Ano Ano 19

20 2. GEODETICKÝ MONITORING Na svahu Rabenov jsou vykonávána etapová měření od jara 2003, kdy proběhla 0. etapa. Od roku 2005 je měření prováděno dvakrát ročně. Náplní jednotlivých etap bylo zaměřování místní prostorové sítě a sledování podrobných bodů terestrickými metodami (v 16-ti etapách) a GNSS technologií (v 11-ti etapách). Dalším prvkem monitorovacího měření bylo vyhotovení kontrolních podélných profilů (v 6-ti etapách) a zaměření podkladů pro zhotovení digitálních modelů terénu (ve 4 etapách). Do doby zpracování práce proběhlo 18 etap měření. V předchozích pracích bylo zavedeno dvojí číslování etap [6]. Jedno pro etapy měřené terestrickými technologiemi a druhé pro metody GNSS. V této práci je zavedeno jednotné číslování, které odpovídá postupnému časovému vývoji a odstraňuje problémy při porovnávání mezi jednotlivými postupy měření (tab. 2.1). Autor práce se zúčastnil posledních 4 etap a provedl zpracování 2 etap terestrického měření a podélného profilu a všech 4 etap zaměření digitálního modelu terénu. Obr. 2.1: Letecký pohled na svah Rabenov z října 2008 s vyznačenými body a trasou podélného profilu (foto: [8]) 20

21 2. GEODETICKÝ MONITORING 2.2 Charakteristika místní prostorové sítě Rabenov V rámci grantového projektu GA ČR 103/02/116 Výzkum a verifikace metod sledování svahových pohybů byla v roce 2002 vybudována místní měřická sít Rabenov v jižní části svahu. Původně byla geodetická prostorová sít Rabenov tvořena čtyřmi body. Body s označením Rab01, Rab02, Rab03 jsou tvořeny instrumentovanými inklinometrickými vrty se zapuštěnou kombinovanou pažnicí o hloubce 24 m, které podle předpokladu zasahují do stabilního podloží a slouží pro geotechnická měření. Ve vrtu jsou měřeny prostorové deformace zemního tělesa modifikovaným inklinometrem (vodorovné změny) a klouzavým deformetrem (svislé změny). Hlava vrtu je upravena pro použití speciálního centračního přípravku, který slouží k jednoznačnému dostředění geodetických přístrojů na stativu (obr. 2.2). Čtvrtým stanoviskovým bodem s označením Rab04 byl nastřelovací hřeb umístěný na betonové patce zrušeného sloupu elektrického vedení v horní části svahu. Z bodů této sítě bylo pozorováno 33 diskrétních charakteristických bodů terénu, které byly stabilizovány ocelovou tyčí. Bod Rab04 dnes již není používán k měření a původní podrobné body již nejsou zaměřovány. Zaměření místní sítě probíhalo nejdříve pouze terestrickými metodami. Z výsledků předešlých prací vyplývá, že sít byla zaměřována s vysokou přesností, o čemž svědčí směrodatné odchylky v místních souřadnicích bodů sítě dosahující hodnot maximálně σ y = 2,0 mm, σ x = 2,3 mm a σ z = 2,5 mm. Z bodů sítě byly zaměřovány podrobné body, u nichž byl prokázán posun mezi etapami až 0,04 m ve směru spádu a -0,01 m ve výšce. Během let docházelo ke zpomalení sesuvu a pokračovalo pouze sedání svahu. Dřívější výsledky uvádějí, že posun kolísá ve vazbě s ročním obdobím a nestabilita se projevuje pohyby s rozdílnými rychlostmi a hloubkou smykové plochy, kdy posuny probíhají v pokryvném útvaru, podložních jílech i v samotném tělese výsypky. Na základě vyhodnocení terestrických měření v sítí Rabenov v roce 2003 bylo vysloveno podezření na nestabilitu stanoviskových bodů [4]. V roce 2004 se začalo s měřením stanoviskových bodů rychlou statickou metodou GNSS, aby bylo možno sít připojit do národního referenčního systému (připojení terestrickým způsobem by bylo hůře proveditelné) a určit tak, které body a jakým směrem se pohybují. Podle dosud uvedených výsledků bylo zjištěno, že dochází k posunu všech bodů v síti a to zejména výškovému. Vnější přesnost souřadnic získaných rychlou statickou metodou byla charakterizována průměrnou polohovou souřadnicovou směrodatnou odchylkou σ p = 10,2 mm a průměrnou prostorovou souřadnicovou směrodatnou odchylkou σ s = 25,4 mm [5]. 21

22 2. GEODETICKÝ MONITORING V roce 2007 bylo upuštěno od měření na bodě Rab04, kdy byla horní část svahu prohlášena za stabilní. A v roce 2008 bylo upuštěno od měření podrobných bodů terénu, protože většina jich zmizela vlivem probíhajících sanačních prací a rozrůstem náletové vegetace. V současnosti je měření v síti prováděno pouze z bodů Rab01, Rab02 a Rab03, kdy pomocí terestrických metod jsou určeny změny mezi body navzájem a pomocí metod GNSS změny vůči státnímu referenčnímu systému. Od 12. etapy (duben 2008) je z bodů sítě prováděno sledování 4 podrobných bodů (geotechnických instrumentací) označených Z1 Z4, které jsou po dvojicích stabilizovány na dvou pilotových stěnách (obr. 2.3). Body Z1, Z2 jsou na pilotě č. 94 a body Z3, Z4 jsou na pilotě č. 52. Geotechnická instrumentace je instalována pro měření poměrných přetvoření rubu a líce ohýbané piloty pomocí posuvného mikrometru a zjištění průběhu aktivace stěny tlakem stabilizovaného svahu [9]. Výchozím bodem místní sítě je Rab01, který je pro výpočty považován za stabilní. Spojnice Rab01 Rab03 délky 419 m leží zhruba na horizontále na vypuklém zlomu terénu a je do ní vložena osa +X. Převýšení bodů Rab02 Rab03 dosahuje cca 54 m na délku 664 m a převýšení bodů Rab02 Rab01 dosahuje cca 52 m na délku 364 m. Sít má tvar blížící se rovnoramennému trojúhelníku. Rozložení bodů je zobrazeno na obr Obr. 2.2: Inklinometrický vrt s centračním přípravkem Obr. 2.3: Podrobný bod Z 2.3 Terestrické zaměření sítě Výsledkem terestrického měření v místní síti jsou prostorové souřadnice X, Y, Z tří stanoviskových bodů a čtyř podrobných bodů na dvou pilotových stěnách. Výsledná přesnost souřadnic se pohybuje kolem 2 mm díky použití přesných přístrojů a zvolenému postupu měření. Na základě výsledných souřadnic lze pak porovnávat etapové změny mezi jednotlivými body, zejména změnu vodorovné délky a převýšení. Protože v síti jsou pouze 3 body, z nichž bodu Rab01 jsou přiřazeny pevné souřadnice, nelze pro vyhodnocování změn použít samotné rozdíly souřadnic mezi etapami. 22

23 2. GEODETICKÝ MONITORING Pomůcky a přístroje V etapě měření na svahu Rabenov byly pro měření v místní síti používány totální stanice Leica TC 1700 a Leica TC 1800 (obr. 2.4). Oba typy přístrojů mají stejnou udávanou přesnost měření délky 2 mm + 2 ppm, ale liší se v udávané přesnosti měření vodorovných směrů a zenitových úhlů, typ TC 1700 dosahuje přesnosti 0,5 mgon a typ TC 1800 má přesnost 0,3 mgon. Měření bylo prováděno na cílené i všesměrné hranoly Leica (obr. 2.6). V 16. a 17. etapě měření na svahu Rabenov, tyto etapy jsou zpracovány v této práci, byla použita totální stanice Topcon GPT 7501 (obr. 2.5). Tento přístroj má udávanou přesnost měření délky 2 mm + 2 ppm a přesnost měřeného vodorovného směru a zenitového úhlu 0,3 mgon. Měření bylo prováděno na cílené hranoly Topcon a všesměrné hranoly Leica. Ke kontrolní přesné nivelaci bodů opěrných zdí Z1 Z4 byl použit digitální nivelační přístroj Sokkia SDL2 spolu s teleskopickou kódovou nivelační latí Trimble. Obr. 2.4: Leica TC1700 Obr. 2.5: Topcon GPT 7501 Obr. 2.6: Všesměrný hranol Dalšími pomůckami pro měření v síti byly centrační přípravky, stativy, trojnožky s optickým centrovačem, výtyčka, teploměr a barometr. Centrační přípravek je zasunován s dodržením směru (vyražená šipka směřující k držáku bezpečnostního zámku) do inklinometrických vrtů. Každý vrt má přidělen svůj přípravek. Na hlavě centračního přípravku je vyražen důlek, na který je cíleno optickým centrovačem. Obr. 2.7: Orientovaný centrační přípravek Obr. 2.8: Centrační přípravek 23

24 2. GEODETICKÝ MONITORING Postup měření Postup měření v místní síti Rabenov se během etap zásadně neměnil. Vždy jsou nejprve na třech bodech sítě postaveny stativy a pečlivě zcentrovány nad speciálním přípravkem. Poté jsou postupně na každém bodě zaměřeny vodorovné směry, zenitové úhly a šikmé délky na další dva body sítě a z bodů Rab01, Rab02 i na podrobné body pilotových stěn, které jsou signalizovány výtyčkou s všesměrným hranolem. Měření je prováděno ve 2 skupinách, přičemž počátek osnovy vodorovných směrů není součástí sítě. Na každém stanovisku jsou do přístroje zadávány údaje pro výpočet fyzikální korekce délek, tedy teplota a tlak vzduchu (do použitých přístrojů Topcon se vlhkost nezadává). Výška přístroje a hranolů je měřena od držáku bezpečnostního zámku. Excentrické umístění držáku umožňuje přesnější měření výšky přístroje. Všechny měřené hodnoty jsou ukládány do paměti přístroje. Měření sítě se v 16. etapě (dne ) zúčastnil Bc. Jaroslav Braun a Bc. Tomáš Grešš. Bylo měřeno ze tří stanovisek Rab01, Rab02 a Rab03 na cílené i všesměrné hranoly (na každý hranol ve dvou skupinách). Zpracování měření proběhlo dohromady a byl tím získán větší počet nadbytečných měření. Z bodu Rab01 bylo měřeno na body Z1 Z4 a z bodu Rab02 na body Z1 a Z2. Měření sítě v 17. etapě (dne ) se zúčastnil Ing. Pavel Hánek Ph.D. a Ing. Alena Hánková. Body sítě byly signalizovány pouze cílenými hranoly Topcon. Celkem bylo měřeno ze čtyř stanovisek, z bodů sítě Rab01, Rab02, Rab03 a z bodu 4001, který byl určen na pilotové stěně z bodu Rab02. Pomocné stanovisko 4001 bylo zvoleno, protože z bodu Rab01 nebyla kvůli vegetaci dobrá viditelnost na podrobné body zdí. Z bodu Rab02 bylo měřeno na body Z1, Z2 a 4001, z bodu 4001 bylo měřeno na body Z1 Z4 a Rab02. V 17. etapě byla také provedena kontrolní přesná nivelace podrobných bodů stěn, předchozí kontrolní přesná nivelace byla provedena pouze v 15. etapě. Nivelační oddíl o délce 110 m byl měřen tam a zpět z bodu NV1 (zabetonovaný trn Leica) na další pevný bod NV2 na druhé opěrné zdi. Oddíl byl rozdělen na dvě nivelační sestavy. Body Z1 Z4 byly zaměřeny bočně. Před nivelací byla provedena rektifikace sklonu záměrné přímky nivelačního přístroje. 24

25 2. GEODETICKÝ MONITORING 2.4 Zaměření sítě metodou GNSS Výsledkem měření metodou GNSS jsou stejně jako u terestrické metody souřadnice tří stanoviskových bodů a čtyř podrobných bodů. Souřadnice jsou ale uváděny v závazných geodetických referenčních systémech (Nařízení vlády č. 430/2006 Sb.) S-JTSK a Bpv. Výsledná vnitřní přesnost souřadnic se pohybuje kolem 4 mm [4]. Vnější přesnost metody byla zpracovatelem stanovena pro polohovou i výškovou směrodatnou odchylku na 14 mm. Na základě výsledných souřadnic lze pak vyhodnocovat etapové změny jednotlivých bodů a určit tak jejich globální posun. Dalším možným užitým výstupem je transformace místních souřadnic do referenčního systému pomocí prostorové Helmertovy transformace s Jungovou dotransformací, kdy je zachována přesnost souřadnic z terestrického měření. Měření a zpracování dat provedl Ing. Pavel Hánek Ph.D., v této práci jsou použity vypočtené souřadnice pro vyhotovení tabulek a grafů vyjadřujících změny na svahu Rabenov Přístroje K měření byla ve všech etapách použita GPS aparatura Trimble Použitý přístroj se skládá z antény Zephyr, GPS přijímače a řídící jednotky TSCe Postup měření Při všech etapách měření metodou GNSS byla použita rychlá statická metoda (faststatic). Jedná se o post-processing metodu, kde výsledky jsou získány až po výpočtu ve speciálním programu na základě fázového měření, která určuje polohu měřeného bodu vzhledem k poloze referenční stanice umístěné na bodě o známých souřadnicích. V 17. etapě proběhlo měření během dvou dnů. Dne bylo v odpoledních hodinách měřeno na bodech Rab01, Rab02, Rab03, Z1 Z4 a Při měření na stanoviskových bodech bylo využito zcentrovaných stativů používaných při terestrickém měření. Dne bylo v dopoledních hodinách měřeno na stejných bodech jako předešlý den a navíc na kontrolním trigonometrickém bodu Doba observace (seance) byla nastavena na 8 minut při viditelnosti nejméně 6 družic systému NAVSTAR-GPS. Při rychlé statické metodě byla využita virtuální referenční stanice realizovaná v síti CZEPOS. 25

26 2. GEODETICKÝ MONITORING 2.5 Kontrolní podélný profil V posledních 6 etapách byl zaměřen stanovený podélný profil svahu Rabenov (obr. 2.1). Podélný profil lze využít pro sledování změn výškových poměrů, na rekultivovaném sesuvném území to jsou změny způsobené svahovými pochody a změny vyvolané stavební činností (zejména navýšení terénu pomocí přitěžovacích etáží na patě svahu). Profil je veden v ose bodů Mpd05 a Mpd07. Body Mpd05-07 jsou geotechnické monitorovací vrty vystrojené kombinovanými pažnicemi pro měření prostorových deformací v tělese výsypky a určení smykové plochy a smykové pevnosti výsypky [10]. Začátek profilu je na patě svahu u hladiny jezera a v horní části končí pod pilotovými stěnami Postup měření K zaměření podélného profilu byla užita prostorová polární metoda. Stanovisko měření bylo voleno v ose profilu v blízkosti bodu Mpd06, s orientací na bod Mpd05. Zařazení stanoviska do osy bylo provedeno z bodu Rab02, kdy byla využita funkce vložit bod do přímky přístroje Topcon GPT 7501, který byl k měření používán při posledních dvou etapách. Měřené body profilu byly voleny na terénních zlomech (hrany svahů, cesty, odvodňovací příkopy) a v nečlenitém terénu zhruba po 25 metrech. Souřadnice bodů jsou uváděny v systémech S-JTSK a Bpv. Při měření jsou výchozí body sítě Rab01, Rab02, Rab03 a body Mpd05, Mpd06, Mpd07. Body sítě mají souřadnice určeny z aktuální etapy měření metodou GNSS (případně z nejbližší předchozí) a body Mpd mají souřadnice určené metodou GNSS v 13. etapě. Bod Mpd07 bylo v 16. etapě třeba přeurčit při měření profilu, kvůli provedené nástavbě při zvednutí terénu. V dvou posledních etapách provedl měření Bc. Jaroslav Braun a Bc. Tomáš Grešš. V 16. etapě (16. dubna 2010) byla zaměřena zkrácená varianta, kdy nebylo měřeno až k vodní hladině, ale pouze po hranu vzdálenou 43 metrů od hladiny jezera. V 17. etapě (24. července 2010) byl zaměřen celý podélný profil. 2.6 Digitální model terénu Digitální model terénu (DMT) je obecný termín pro 3D počítačové zpracování reálného světa, které popisuje průběh topografické plochy georeliéfu spolu s prvky, které jsou pevně 26

27 2. GEODETICKÝ MONITORING spojeny s terénem (stromy, budovy, mosty). Modely umožňují pozorovateli vytvořit si komplexní přehled o sledovaném zájmovém území a o změnách v něm nastalých. Vhodně doplňují lokální bodové řešení (měření v síti) a pozorování zvoleného pásu (podélný profil). Modely sesuvného území Rabenov jsou využity pro tvorbu vrstevnicových plánů, výpočet kubatur provedených sanačních prací a sledování vývoje svahových zátrhů. Terénní plocha je geometricky popsatelná množinou hladkých ploch, které se vzájemně stýkají ve vrcholech a na hranách. Pro DMT svahu Rabenov je použit polyedrický model, kde elementárními plochami jsou nepravidelné rovinné trojúhelníky, které k sobě přiléhají a tvoří tak nepravidelný mnohostěn, který se přimyká k terénu. Vrcholy polyedru jsou body na terénní ploše, souřadnicově určeny příslušnými geodetickými metodami Postup tachymetrického 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 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 vzdálenosti cca metrů. Souhrnně 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 [11] Zaměření podkladů pro DMT Modely jsou vyhotoveny v systému S-JTSK a Bpv. Pro tachymetrické měření byla výchozí sít bodů Rab01, Rab02, Rab03, jejichž souřadnice byly určeny metodou GNSS v pří- 27

28 2. GEODETICKÝ MONITORING slušné etapě (nebo nejbližší předcházející). V nečlenitém terénu byly podrobné body měřeny v čtvercové síti o stranách metrů. Hlavními měřenými prvky byly uměle vytvořené násypy (obr. 2.11) a svahové sesuvy, které bylo nutno určit tak, aby pro výsledný 3D model vytvořily uzavřené obrazce. Z prvků polohopisu byly měřeny zpevněné i nezpevněné odvodňovací příkopy (obr. 2.9, obr. 2.10), které byly idealizovány na tvar V určením dvou hran a jednoho dna. Dále odvodňovací pásy určené jedním středovým bodem, přístupové cesty, koryto potoka (obr. 2.12), betonové propustky, pilotové stěny a geotechnické sondy. Pro vhodnou volbu bodů byla snaha dodržovat zásadu měření proti svahu. Podklady pro vyhotovení digitálních modelů byly zaměřeny v posledních 4 etapách. V 14. etapě (18. dubna 2009) byla zaměřena jižní část sesuvného území Rabenov. Měření vykonaly dvě nezávislé měřické čety. Četa ve složení Jaroslav Braun, Tomáš Grešš měřila z bodů Rab01 a Rab02. Četa ve složení Bc. David Macho, Bc. Adéla Němcová a Jan Šrámek provedla měření z dvou volných stanovisek, která byla určena z měření na body Rab01, Rab03 a Z1. K měření byly použity přístroje Topcon GPT Zaměřená část území má rozlohu 26 ha a pro její vyjádření bylo určeno 668 bodů. V 15. etapě (28. července 2009) byla zaměřena severní část sesuvného území Rabenov. Měření vykonaly dvě nezávislé měřické čety ze 4 pomocných stanovisek, která byla určena den předem při měření sítě terestrickým způsobem. První četa byla ve složení Jaroslav Braun, Jan Šrámek a druhá ve složení Ing. Pavel Hánek Ph.D., Bc. David Macho. K měření byly použity přístroje Topcon GPT Zaměřená část území má rozlohu 15 ha a pro její vyjádření bylo určeno 698 bodů. V 16. etapě (17. dubna 2010) byla zaměřena jihovýchodní část svahu Rabenov, pro možnost vyhodnocení změn svahových zátrhů (obr. 2.13). Měření provedl Bc. Jaroslav Braun a Bc. Tomáš Grešš. Měřeno bylo z bodů Rab01 a Rab02, při etapě byl použit přístroj Topcon GPT Zaměřená část území má rozlohu 6 ha a pro její vyjádření bylo určeno 382 bodů. V 17. etapě (24. července 2010) byl zaměřen terén v oblasti paty svahu Rabenov, pro dokumentaci změn vyvolaných sanační činností pro přitížení paty svahu (obr. 2.14). Měření provedl Bc. Jaroslav Braun a Bc. Tomáš Grešš. Byla použita 3 pomocná stanoviska určená během terestrického měření v síti. K měření byl použit Topcon GPT Zaměřená část území má rozlohu 8 ha a pro její vyjádření bylo určeno 684 bodů. 28

29 C VUT 2. GEODETICKÝ MONITORING Obr. 2.9: Odvodn ovací pr íkop Obr. 2.10: Odvodn ovací pr íkop Obr. 2.11: Ume lý násyp Obr. 2.12: Potok a násypy Obr. 2.13: Jihovýchodní c ást mapovaná v 16. etape (duben 2010) Obr. 2.14: Pata svahu mapovaná v 17. etape (c ervenec 2010) 29

30 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP 3 Zpracování a výsledky etap V této části bylo využito [1], [6], [7], [11], [12], [13], [14], [15]. Při výpočtech dvou etap terestrického měření bylo s menšími změnami navázáno na předchozí etapy ([6], [7]). Výpočet etapy měření GNSS provedl Ing. Pavel Hánek Ph. D. a zde jsou uvedeny pouze výsledky. Zpracování podélných profilů a digitálních modelů terénu bylo provedeno na základě autorových zkušeností. Protože rekultivovaný svah se nachází v prostoru důlního díla, kde se geodetické činnosti řídí mj. vyhláškou č. 435/1992 Sb. (o důlně měřické dokumentaci při hornické činnosti a některých činnostech prováděných hornickým způsobem), bylo nutno podélné profily a digitální modely vypracovat v S-JTSK a Bpv. K připojení do referenčních systémů bylo využito metody GNSS. 3.1 Terestrické měření V místní prostorové síti byly ze všech stanovisek měřeny vodorovné směry, zenitové úhly a šikmé délky na ostatní body sítě. Pro výpočet souřadnic bodů je tedy k dispozici nadbytečný počet údajů a v takovém případě je používáno vyrovnání metodou nejmenších čtverců. Před samotným výpočtem vyrovnáním bylo provedeno několik kroků, kdy měřené veličiny prošly standardní úpravou, tedy výpočtem průměrů ze dvou skupin měření. Šikmé délky a zenitové úhly byly redukovány na spojnici stabilizačních značek, aby mohla být vypočtena průměrná hodnota protisměrných měření, která vstupuje do výpočtu vyrovnání. Byla provedena kontrola úhlových a výškových uzávěrů v trojúhelníku a všem hodnotám vstupujícím do vyrovnání byly přiřazeny směrodatné odchylky. 30

31 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP Redukce délek Cílem redukcí měřených délek je zisk délky ve zvoleném kartézském souřadnicovém systému pro použití při souřadnicových výpočtech. Redukce délky je fyzikální a matematická. Fyzikální redukce je přístroji použitými při měření prováděna automaticky na základě zadané teploty a tlaku vzduchu před měřením. Šikmá délka uváděná v zápisníku měřených hodnot je tedy opravena o součtovou konstantu odrazného hranolu a o hodnotu fyzikální redukce. Při matematické redukci se převádí šikmá délka po fyzikální redukci na délku geodetické křivky na povrchu elipsoidu resp. na kartografické ploše [14]. Postup je několikakrokový, od převodu na spojnici stabilizačních značek, přes převod na vodorovnou délku v průměrné nadmořské výšce a převod do nulového horizontu, až po převod do zobrazovací roviny. Při výpočtech v místní síti malého rozsahu se používá délka převedená na spojnici stabilizačních značek. Výpočet redukce je řešen jednoduchou aplikací kosinové věty, při které je nutná znalost měřené šikmé délky, zenitového úhlu, výšky přístroje, výšky cíle a úhlu sbíhavosti tížnic (obr. 3.1). Obr. 3.1: Převod délky a zenitového úhlu na spojnici stabilizačních značek 31

32 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP Výpočet délky spojnice: kde: d, ij = d * ij... měřená šikmá délka, d *2 ij + v 2 d * ij v cos α, v = v cj v pi... rozdíl výšek cílového znaku a přístroje, α = ζ * ij φ ij... rozdíl měřeného zenitového úhlu a úhlu sbíhavosti tížnic, φ ij [mgon] d* ij sin ζ * ij úhel sbíhavosti tížnic. Rozdíl délek v úrovni spojnice stabilizačních znaků (d ij ) a v úrovni horizontu přístroje (d, ij) je zanedbatelný (pro délku 1 km dosahuje hodnoty 0,2 mm) a pro další výpočty je využita délka d, ij. Uvedený postup redukce byl aplikován na všechny šikmé délky. Výsledky jsou uvedeny v příloze č. 1. U protisměrně měřených délek byl vypočten průměr, vstupující do vyrovnání Redukce zenitových úhlů Výpočet redukce měřených zenitových úhlů na spojnici stabilizačních znaků je aplikací sinové věty a vychází z obr Výpočet redukovaného zenitového úhlu: o ζ ij = arcsin v sin α d,, ij ζ ij = ζ * ij + o ζ ij. Výsledný jednostranný zenitový úhel je zatížen chybami z určení výšky přístroje a cíle a také z vlivu vertikální refrakce, který však nedokážeme přesně určit. Výsledné hodnoty jsou uvedeny v příloze č. 1. ζ ij U protisměrně měřených zenitových úhlů byla vypočtena průměrná hodnota podle vzorce: = ζ ij + ζ ji 2. Výsledný zenitový úhel vstupující do vyrovnání je tak zbaven vlivu systematické složky vertikální refrakce. V předchozích diplomových pracích byl použit postup redukce uvedený např. v [7] a [11] (s. 102), který ale využívá Gaussovu konstantu pro výpočet vlivu refrakce. Protože tento vliv nelze přesně určit, je v této práci použit alternativní postup redukce a systematický vliv refrakce je vyloučen díky protisměrným měřením. 32

33 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP Směrodatné odchylky šikmých délek Pro použité totální stanice Topcon GPT 7501 je výrobcem udávaná směrodatná odchylka měřené délky: σ d = 2 mm + 2 ppm. Na přesnost délky má ale také vliv odchylka z centrace přístroje (σ c = 0, 5 mm), odchylka z odečtení veličin při zadání fyzikální redukce (σ f = 0, 3 mm) a odchylka z matematické redukce měřených délek na spojnici stabilizačních značek (σ r = 0, 5 mm). Hodnoty směrodatných odchylek byly převzaty z [7]. Směrodatná odchylka šikmé délky je podle zákona hromadění směrodatných odchylek: σ d1 = σ 2 d + σ2 c + σ 2 f + σ2 r. Pro oboustranně měřené délky platí podle zákona hromadění směrodatných odchylek: σ d2 = σ d 1. 2 Tab. 3.1: Směrodatné odchylky šikmých délek Délka Rab01 - Rab01 - Rab02 - Rab02 - Rab01 - Rab01 - Rab Rab02 Rab03 Rab03 Z1(2) Z1(2) Z3(4) 4001 Z1(2) Z3(4) σ d1 [mm] 2,8 2,9 3,4 3,1 2,7 2,5 3,1 2,2 2,3 σ d2 [mm] 2,0 2,1 2, ,2 - - Před výpočtem průměru protisměrných délek byl jejich rozdíl porovnán s mezním rozdílem met d = u p 2 σ d1 ; (u p = 2 koeficient spolehlivosti) Směrodatné odchylky vodorovných směrů a zenitových úhlů V řešeních uvedených v předchozích diplomových pracích byl pro stanovení směrodatné odchylky vodorovných směrů používán Ferrerův vzorec: p Ui 2 σ ψ = i=1 6 p, kde U i je uzávěr trojúhelníku a p je počet trojúhelníků. 33

34 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP Tato směrodatná odchylka charakterizuje vnější přesnost měření směrů, včetně chyb z centrace, boční refrakce a kroucení stativu během měření. Aplikace tohoto vzorce je v místních trigonometrických sítích velmi vhodná, ale v této práci není použita, protože sít Rabenov je tvořena pouze jedním trojúhelníkem. Pro použité totální stanice Topcon GPT 7501 je výrobcem udávaná směrodatná odchylka měřeného směru σ ψ = 0, 3 mgon. Tato hodnota byla výchozí pro stanovení směrodatné odchylky vstupující do vyrovnání. Směrodatná odchylka směrů měřených ve dvou skupinách je podle zákona hromadění směrodatných odchylek: σ ψ2 = σ ψ = 0, 21 mgon. 2 Pro zenitové úhly bylo zvoleno stejné kritérium jako pro vodorovné směry Úhlové a výškové uzávěry Mezní úhlový uzávěr v trojúhelníku je stanoven: Umet ω = u p ( 3 2 σψ2 ) = 1, 0 mgon; (up = 2). Mezní výškový uzávěr je stanoven: Umet h = u p σ 2 h12 + σ2 h13 + σ2 h23 = 6 mm; (u p = 2), σ 2 hij = σ 2 d 2ij cos 2 ξ ij + d 2 ij σ 2 ξ 2 sin 2 ξ ij. Tab. 3.2: Uzávěry v trojúhelníku Etapa U ω [mgon] U h [mm] cílené hranoly 0, všesměrné hranoly 1, cílené hranoly 0,3-6 Podle výsledků v tabulce překračuje stanovené mezní hodnoty pouze úhlový uzávěr v 16. etapě při měření na všesměrné hranoly, překročení může být způsobeno hrubou chybou při měření. Hodnoty z měření na všesměrné hranoly sloužily pro zvýšení nadbytečného počtu veličin při vyrovnání a během vyrovnání byl vyloučen vodorovný směr z bodu Rab02 na Rab01. 34

35 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP Vyrovnání místní prostorové sítě Pro určení výsledných souřadnic byla použita v geodézii obvyklá metoda nejmenších čtverců (MNČ), v aplikaci vyrovnání měření zprostředkujících. Nadbytečný počet měřených hodnot (šikmé délky, vodorovné směry a zenitové úhly) je ve funkčním stavu s hledanými souřadnicemi a je minimalizován součet čtverců oprav zprostředkujících parametrů. Problematika vyrovnání sítě byla již podrobně zpracována v několika předchozích pracích, např. [7] a proto nebude více rozvíjena. K výpočtu vyrovnání byl použit program gama-local msvc, který byl vytvořen na katedře mapování a kartografie pod GNU GPL licencí, tj. volně k použití. Program je určen pro vyrovnání rovinných i prostorových sítí. Na základě veličin vstupujících do vyrovnání (šikmé i vodorovné délky, osnovy směrů, úhly, převýšení) a minimálně dvou bodů zadaných v souřadnicích, jsou výsledkem výpočtu pomocí MNČ vyrovnané souřadnice, vyrovnaná měření a kovarianční matice vyrovnaných souřadnic. Vstupní soubory pro vyrovnání jsou v příloze č. 2 a č. 4. Byly vyrovnány zaráz body sítě Rab01-03 i podrobné body Z1-4. Vstupními veličinami byly měřené vodorovné směry, redukované zenitové úhly a délky a směrodatné odchylky veličin. Výsledné protokoly o vyrovnání jsou uvedeny v příloze č. 3 a č. 5. Souřadnicová soustava byla volena stejně jako v předchozích etapách (obr. 3.2). Osa +X je rovnoběžná se spojnicí bodů Rab01-Rab03 a osa +Y doplňuje systém na pravotočivý. Bod Rab01 je volen jako pevný (fix) se souřadnicemi X = 5000,000 m, Y = 1000,000 m a Z = 250,000 m. Bod Rab03 je opěrný se souřadnicí Y zafixovanou na hodnotě 1000,000 m. Obr. 3.2: Náčrt sítě Rabenov 35

36 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP Výsledné souřadnice z 16. a 17. etapy Tab. 3.3: Vyrovnané místní souřadnice etapa (duben 2010) Bod X [m] Y [m] Z [m] σ X [mm] σ Y [mm] σ Z [mm] Rab , , , Rab , , ,7331 1,2 1,2 0,8 Rab , , ,7709 1,2-0,9 Z1 5265, , ,7665 2,3 1,6 0,9 Z2 5265, , ,7817 1,9 1,4 0,9 Z3 5177, , ,8128 2,4 1,3 0,6 Z4 5178, , ,8150 2,4 1,3 0,6 Tab. 3.4: Vyrovnané místní souřadnice etapa (červenec 2010) Bod X [m] Y [m] Z [m] σ X [mm] σ Y [mm] σ Z [mm] Rab , , , Rab , , ,7336 1,3 1,6 1,1 Rab , , ,7452 1,6-1,2 Z1 5265, , ,7575 2,2 2,0 1,8 Z2 5265, , ,7689 2,3 2,0 1,8 Z3 5177, , ,7909 3,1 2,1 1,9 Z4 5178, , ,7938 3,1 2,1 1, , , ,5156 2,0 2,1 1, Výšky bodů Z1-Z4 z kontrolní přesné nivelace Výchozím bodem nivelace byl zabetonovaný trn Leica označen NV1 na stěně s body Z1, Z2. Koncovým bodem byl trn Leica označen NV2 na stěně s body Z3, Z4. Výšky jsou určeny pro možnost kontroly převýšení mezi etapami, viz část Bodu NV1 byla přiřazena výška 100,0000 m. Uzávěr nivelačního pořadu (o 4 sestavách) dosáhl hodnoty 0,3 mm a byl rozdělen na záměry vzad. 36

37 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP Tab. 3.5: Relativní výšky podrobných bodů etapa (červenec 2010) Bod NV1 Z1 Z2 Z3 Z4 NV2 Výšky z nivelace TAM [m] 100, , , , ,0000 Výšky z nivelace ZPĚT [m] 100, , , , ,0531 Průměrné výšky [m] 100, , , , , , Metoda GNSS - souřadnice v 17. etapě Zpracování měření bylo provedeno Ing. Pavlem Hánkem Ph. D. v programu Trimble Geomatics Office. Výsledkem jsou souřadnice v S-JTSK a Bpv. Tab. 3.6: Souřadnice z měření GNSS etapa (červenec 2010) Bod Y [m] X [m] H Bpv [m] Rab , , ,262 Rab , , ,023 Rab , , ,025 Z , , ,076 Z , , ,070 Z , , ,088 Z , , , , , ,818 Tab. 3.7: Souřadnice z měření GNSS - kontrolní trigonometrický bod Bod Y [m] X [m] H Bpv [m] daný , ,64 180, měřený , ,66 180,36 Rozdíl -0,03-0,02 0,01 Dosažené rozdíly vyhovují dříve uvedené (kap. 2.4) vnější přesnosti měření rychlou statickou metodou. 37

38 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP 3.3 Podélný profil Výpočet souřadnic bodů podélných profilů byl proveden v programu Groma v.8 a následné grafické zpracování bylo vyhotoveno v softwaru Microstation v.8. Souřadnice byly vypočteny polární metodou v systémech S-JTSK a Bpv. Připojení do systémů bylo provedeno přes body sítě Rab01-03 a Mpd05-07 jejichž souřadnice byly určeny metodou GNSS. Podélné profily z 16. a 17. etapy jsou uvedeny v příloze č. 11 a č. 12. Pro zpracování bylo zvoleno měřítko 1 : 1000 / 1 : 200. Výškové měřítko je oproti tradičnímu 1 : 100 menší, aby se kresba vešla na standardní formáty papíru a byla stále přehledná Měřítkový faktor Při výpočtech souřadnic podrobných bodů [Y,X] v S-JTSK jsou vodorovné délky přenásobeny tzv. měřítkovým faktorem, který shrnuje vliv matematické redukce na nulovou hladinu a korekce z kartografického zobrazení. Schéma matematické redukce šikmé délky do délky v zobrazovací rovině S-JTSK: 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 ζ, kde ζ je zenitový úhel. Obr. 3.3: Redukce vodorovné délky do nulového horizontu 38

39 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP 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 = R Z D h R Z + H S 0 = D h ( 1 + H ) 1 RZ S JT SK je délka v zobrazovací rovině S-JTSK. Délka v rovině kartografického zobrazení je získána vynásobením délky v nulovém horizontu měřítkem zkreslení S-JTSK (S JT SK = S 0 m). Měřítko se určuje 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. Měřítkový faktor je určen z posledních dvou kroků redukce a v námi zaměřovaném území, kde souřadnice středního bodu jsou Y = m, X = m a průměrná výška H = 200 m nabývá hodnoty -9,3 mm/100 m. 3.4 Digitální model terénu Výpočet souřadnic podrobných bodů modelů byl proveden stejně jako u podélných profilů v programu Groma v.8, polární metodou v systémech S-JTSK a Bpv. K tvorbě digitálního modelu terénu byl použit komerční program Atlas DMT v 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. Tvorbě digitálního modelu terénu se detailně věnovala bakalářská práce [1], na kterou tato diplomová práce navazuje, a proto zde bude uveden pouze zkrácený aktualizovaný popis Příprava modelu Vstupními údaji jsou vypočtené souřadnice podrobných bodů v S-JTSK a Bpv. Atlas z těchto bodů automaticky generuje model terénu tak, aby vznikla trojúhelníková sít, kde 39

40 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP se trojúhelníky blíží co nejvíce rovnostranným. Spojnice bodů v trojúhelníkové síti jsou nazývány hrany DMT. Výsledná hladká plocha modelu se získá editací bodů a hran, kdy nejdůležitější postupné úpravy jsou uvedeny dále. Úprava obalových spojnic. Atlas generuje spojnice i mezi krajními body, které spolu ve skutečnosti nesouvisejí. To je zapříčiněno nutnou podmínkou konvexnosti obalu modelu. Nad hranami označenými jako obalové neprobíhají žádné výpočty a vyhodnocení modelu. Definice lomových hran, které jsou nejčastějším používaným editačním prvkem a způsobují ostrý zlom terénu v kolmém směru. Modelují se pomocí nich příkopy, okraje vozovek, ostré terénní zlomy, hrany a paty násypů a sesuvů. Nadefinování ostrovů v modelu, uzavřených oblastí, ve kterých se nevyhodnocují vrstevnice a sloužící převážně pro tvorbu staveb. Ostrovní hrany jsou zároveň lomovými. Přiřazení priorit jednotlivým trojúhelníkům nebo oblastem ohraničeným lomovými hranami. Priorita je atributem, který umožňuje rozlišovat části DMT pro další zpracování. Posledním krokem v přípravě modelu je vytvoření staveb. Tyto objekty se v Atlasu modelují přes uzavřené polygony, které mohou být tvořeny body ze seznamu souřadnic (zaměřené opěrné stěny) nebo libovolně zvolenými body, kterým je přiřazena výška (modely sond, které byly zaměřeny jedním bodem). Ze stran polygonů se spouštějí svislé plochy směrem k i od terénu podle zvolených parametrů a vytváří se střecha tak, aby model stavby byl vodotěsný. Editace DMT je z hlediska obsluhy programu celkem jednoduchá záležitost. Důležité je zvolit správné úpravy - možnosti doplnění, zrušení a přemístění bodu, vložení nebo smazání povinných hran, úprava obalu a hromadné operace s modelem. Pro snadnou tvorbu 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. 40

41 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP Obr. 3.4: Pracovní zobrazení modelu Generace 3D pohledů Z prostředí Atlas 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. Počátečním výstupem je základní model reliéfu v šedé škále a stupněm vyhlazení 1, kdy jsou zobrazeny jednotlivé trojúhelníky sítě. Pro území z této práce, které je relativně malé, byl zvolen maximální stupeň vyhlazení terénu. Tato operace spočívá v rozdělení 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. 3.5: Dělení trojúhelníku při vyhlazení 41

42 3. ZPRACOVÁNÍ A VÝSLEDKY ETAP Dalšími vizualizačními kroky je zavedení podstavce, který udává lepší představu o převýšení při různém úhlu pohledu na model. Přiřazení barev jednotlivým prioritám trojúhelníků, které byly definovány při přípravě modelu a vytvoření barevného modelu, na kterém lze snadno identifikovat jednotlivé prvky. Pro modely v této práci byl zvolen barevný klíč z obr Obr. 3.6: Klíč barev DMT Posledním zobrazovaným prvkem jsou umělé objekty (opěrné stěny, geotechnické sondy a betonové propustky), které po připojení k modelu vytvoří digitální model povrchu. Pro reálnější vzhled je možno model otexturovat ortofotem území. Bohužel nejsou k dispozici podklady z doby zaměření, a proto bylo pro vizualizaci zvoleno umělé obarvení Výškopisné plány V rámci půdorysu DMT umožňuje Atlas vytvářet objekty typu úsečka, polygon, obdélník, text a předdefinované objekty typu šrafa. Prvkům je možno přiřazovat určitou tloušt ku, 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 (obr. 3.7). Obr. 3.7: Mapový klíč výškopisných plánů 42