Topografické mapování KMA/TOMA

Topografické mapování KMA/TOMA ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI Fakulta aplikovaných věd - KMA oddělení geomatiky Ing. Martina Vichrová, Ph.D. vichrova@kma.zcu.cz Vytvoření materiálů bylo podpořeno prostředky z projektu FRVŠ č. 584/2011. Metody mapování polohopisu dříve a nyní TISK 1

Topografické mapování, topografická mapa http://www.vugtk.cz/slovnik Topografické mapování, topografická mapa http://www.vugtk.cz/slovnik 2

Nejstarší metody mapování polohopisu Müllerovo mapování (1708-1720) mapování polohopisu metodou a la vue sídla u hlavních komunikací, zbylá a la vue vzdálenosti určovány pomocí počtu otáčet kol speciálního kočáru, následně byly redukovány o 1/10 délky (v terénu ale nejezdí jenom po rovině, ale a ) Veverka, B. Topografická a tematická kartografie. 2001. směry byly určovány kompasem První vojenské mapování - Josefské (1763 1787) bez geodetických základů do zvětšeniny Müllerovy mapy dokreslovány další objekty polohopisu mapování polohopisu metodou a la vue mapování probíhá v letním období (350 km 2 ) Nejstarší metody mapování polohopisu Druhé vojenské mapování - Františkovo (1806-1869) původní technologie: přímé topografické mapování metodou měřického stolu do sítě vojenské triangulace (zhuštěno do IV.řádu grafickou triangulací) byl grafickým protínáním, krokováním nebo odhadem vzdálenosti zakreslován polohopis Liesganig 1780 Veverka, B. Topografická a tematická kartografie. 2001. 3

Nejstarší metody mapování polohopisu http://www.vugtk.cz/slovnik Nejstarší metody mapování polohopisu Druhé vojenské mapování - Františkovo (1806-1869) vybavení tehdejšího topografa práce s diopterlineal Marioniho měřický stolek 4

Nejstarší metody mapování polohopisu Druhé vojenské mapování - Františkovo (1806-1869) modifikovaná technologie: triangulace stabilního katastru využití výsledků mapování stabilního katastru na územích, kde již toto bylo dokončeno nebo bylo právě dokončováno či právě probíhalo využití pantograficky zmenšeného a generalizovaného polohopisu mapování stabilního katastru topograf upravil stávající polohopis podle vojenského značkového klíče domapoval nové objekty, které nebyly zobrazeny v katastrální mapě (především vojensky důležité objekty) doplnil výškopis větší ekonomičnost mapovacích prací pokles nákladů z původních 250 na 120 zlatých za zmapování jedné čtvereční míle větší efektivnost mapovacích prací jeden vojenský topograf s pomocníkem - s využitím katastrálního polohopisu ročně zmapoval 690 km 2 (bez možnosti využití výsledků katastrálního mapování pouze 230 345 km 2 ) Nejstarší metody mapování polohopisu Třetí vojenské mapování (1869 1883) nejprve budována síť vojenské triangulace mapování polohopisu nejprve měřický stolek, později i buzola grafické protínání postavení stolku, orientace, protínání a zakreslování přímo v terénu Veverka, B. Topografická a tematická kartografie. 2001. 5

20. století 1. Stolová metoda (metoda stolové tachymetrie) http://www.vugtk.cz/slovnik 6

1. Stolová metoda (metoda stolové tachymetrie) poloha bodů se měří a zobrazuje přímo v poli na originálu mapy, který je připevněn na měřickém stolu vzdálenosti a převýšení měřeny tachymetricky a vyneseny záměrným pravítkem na papír je koordinátografem vynesen rám, čtvercová souřadnicová síť a body GZ další body měřické sítě určení grafickým protínáním nebo rajonem výšky stanovisek měřické sítě trigonometrická nivelace alespoň ze tří směrů orientace stolu zaměření na dvě co nejvzdálenější stanoviska nebo trigonometrické body 1. Stolová metoda (metoda stolové tachymetrie) v nepřehledném terénu lze stanoviska určit stolovými tachymetrickými (stůl se postaví na každý bod) nebo busolními pořady (stůl se postaví na každý druhý bod a busolou se určí magnetický meridián) odchylka v uzávěru pořadu se rozvrhne graficky úměrně délkám stran převýšení stanovisek se měří v jedné poloze dalekohledu u busolních pořadů se převýšení měří dvakrát na různé výšky cíle odchylka ve výškovém uzávěru se rozvrhne úměrně délkám stran 7

1. Stolová metoda (metoda stolové tachymetrie) podrobné měření: ověření polohové správnosti převzatých podkladů zrušení neexistujících objektů a doměření nových objektů zaměření polohopisu i výškopisu současně na bodech polohopisu i na bodech terénního reliéfu (body terénní kostry) PB označení vpichem, pořadovým číslem po výpočtu z tach. zápisníku připsání nadmořské výšky bodům vrstevnice se řeší ihned v poli po zaměření ucelené části, případné nejistoty se odstraní doměřením polohopis vyznačen barevně kartografické značky výškopis vytažen tuší 1. Stolová metoda (metoda stolové tachymetrie) výhody ušetřil se počet bodů nedostatky je možné řešit na místě věrný polohopis i výškopis nevýhody menší výkon závislost na počasí tělesná námaha zraku i těla (topograf měří a zobrazuje) závislost na zkušenostech měřických pomocníků (pohybují se v terénu sami) 8

2. Metoda číselné tachymetrie http://www.vugtk.cz/slovnik 2. Metoda číselné tachymetrie vzdálenosti a převýšení PB vůči stanovisku jsou měřeny tachymetrem, číselné údaje jsou zapisovány do zápisníků nejprve naměřeny číselné údaje a zpracování následuje zpravidla až v zimě měřická četa = topograf (zavádí pomocníky s latí 2 a více) + technik (měří) + zapisovatel (zapisuje) body geodetických základů (trigonometrické a zhušťovací) zhuštěny pomocnými body (určeny protínáním zpět, polygonovými pořady s délkami měřenými paralakticky, tachymetricky, rajonem v obou polohách dalekohledu) podklad polního náčrtu modrotisk originálu ML s geodetickými základy a převzatým polohopisem (starší mapy, katastrální mapy, ) topograf do polního náčrtu zakresluje tvarové čáry kup, sedel, spočinků, plošin, hřbetů,, případně zakreslí topografické šrafy mezi horní a dolní hranou terénních zlomů, náspů, výkopů postup je výstižností srovnatelný s prací topografa přímo v terénu při stolové metodě 9

2. Metoda číselné tachymetrie náročná práce topografa: rozlišit převzatý a skutečný polohopis zakreslení nových objektů a značek do polního náčrtu vyšetření popisných údajů a geografického názvosloví sledování průběhu terénní plochy zavádění měřických pomocníků zakreslování polohy a čísel bodů do náčrtu sledování shody v číslování bodů podrobné body jsou vynášeny polárním koordinátografem z polárních souřadnic spočtených ze zápisníku mimo měřickou sezónu do originálu mapového listu a definitivně se řeší vrstevnice 2. Metoda číselné tachymetrie výhody větší výkon menší závislost na počasí než u předchozí metody zobrazovat může podle náčrtu i topograf, který nezaměřoval nevýhody není přímý kontakt s terénem při zobrazování detailů výškopisu značné nároky na teoretické znalosti a praktické zkušenosti topografa, který řeší vrstevnice ze souboru výškových bodů 10

3. Kombinovaná metoda (1953-1971) http://www.vugtk.cz/slovnik 3. Kombinovaná metoda (1953-1971) http://www.vugtk.cz/slovnik 11

3. Kombinovaná metoda (1953-1971) http://www.vugtk.cz/slovnik 3. Kombinovaná metoda (1953-1971) Fotogrammetrie je věda, způsob a technologie, která se zabývá získáváním dále využitelných měření, map, digitálního modelu terénu a dalších produktů, které lze získat z obrazového, nejčastěji fotografického záznamu. 12

3. Kombinovaná metoda (1953-1971) stolová metoda na podkladě fotoplánu fotoplán - vzniká překreslením a montáží leteckých měřických snímků (pokrývají celý ML, mají podélný a příčný překryt 20 30%) transformace ze středové projekce na pravoúhlou je možná jen u snímků rovinného terénu (např. Polabí, dolní tok Moravy, ) rovina snímku a mapa projektivní vztah nutno znát 4 vlícovací body (body identifikovatelné na snímcích, u kterých zjistíme zpravidla geodetickým měřením souřadnice), možno vlícovací body signalizovat v terénu 3. Kombinovaná metoda (1953-1971) překreslení pomocí vlícovacích bodů smontování (ořez na stycích rámu snímku) pokrytí celého ML doplnění bodů GZ, souřadnicová síť a rám polní práce se podobají stolové metodě (stanoviska lze volit na jednoznačně identifikovatelných bodech fotoplánu) polohopis neměříme je dán obsahem leteckých snímků, kromě zakrytých detailů v lesích apod. pro vystižení výškopisu určujeme výšky podrobných bodů v polní kanceláři se vyřeší výškopis, doplní průsvitka popisu a vše vyrýsuje na kopii fotoplánu 13

3. Kombinovaná metoda (1953-1971) výhody minimální doplnění polohopisu (cesty, potoky a hranice v lesích) nevýhody omezení jen na rovinný terén poměrně složitá výroba fotoplánu Fotoplán ukázky Fotoplán Neveklovska 1:25 000 http://archivnimapy.cuzk.cz/isar/data/soupisy/fond_d2.htm 14

4. Univerzální stereofotogram. metoda vhodné pro topografické mapování větších územních celků a libovolně členitý terén předpokladem je souvislé pokrytí území leteckými měřickými snímky se stereoskopickým překrytem (podélně 60%, příčně 20-30%) snímky 1:23 000 (topografické mapování 1:25 000 v letech 1953 1957) snímky 1:13 000 (topografické mapování 1:10 000 v letech 1957 1968) 4. Univerzální stereofotogram. metoda relativní orientace kolineární transformace postupně se odstraňují vertikální paralaxy (rozdvojení obrazu kolmo na oční základnu) na 5 bodech systematicky po stereodvojici. Model má obecné měřítko i polohu v prostoru. absolutní orientace 7-mi prvková transformace v každé stereodvojici aspoň 2 vlícovací body (o známých geodetických souřadnicích), které jsou signalizovány a je možné je identifikovat na snímcích a aspoň 3. bod o známé geodetické výšce. (V praxi se používají 4 vlícovací body v rozích stereodvojice). PB vyhodnocení vpichem do mapového podkladu nebo registrace souřadnic linie vyhodnocení tažením čáry pomocí spojitého pohybu měřické značky výškopis tažením vrstevnic nebo vyhodnocováním bodů v pravidelné síti nebo profily polohopis, geografické názvosloví 15

4. Univerzální stereofotogram. metoda výhody všechny fotogammetrické práce se provádí v laboratoři, nezávisle na počasí, možnost vícesměnného provozu metoda stereofotogrammetrie je nesrovnatelně výkonnější než klasická tachymetrie a stolová metoda mapování je homogenní obsahem i přesností nevýhody investice do přístrojového vybavení není možné pořídit kvalitní letecké snímky za oblačného počasí přesnost a úplnost vyhodnocení v lesních komplexech (nutné doplnění a přezkoušení tachymetrickou metodou) Geodetická měření Polohopis je množina vyšetřených (vybraných) a zaměřených objektů zobrazených většinou jako spojnice (posloupnost) významných podrobných bodů polohopisu, které charakterizují geometrické a polohové určení objektu Podrobné body polohopisu se obvykle zaměřují polární metodou, jako doplňující se používá metoda ortogonální, metoda konstrukčních oměrných a metoda protínání ze směrů či z délek. Polární metoda zaznamenala prudký vzestup zejména v posledních letech s rozvojem elektrooptických dálkoměrů. Doplňující metody se používají, pokud není možné nebo účelné podrobné body zaměřit polární metodou. Kromě uvedených geodetických metod měření polohopisu je možné použít také metod fotogrammetrických či GPS. Podrobné body polohopisu jsou číslovány v rámci dílčích měřických náčrtů, číslovány vzestupně od 1, a evidovány (ukládány v databázích podrobných bodů polohopisu) po katastrálních územích s úplným číslem bodu. Při výpočtu souřadnic podrobných bodů se používají měřické náčrty, zápisníky podrobného měření a seznamy souřadnic daných bodů. Čada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitola 8 16

Přehled měřických náčrtů Čada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitola 8 Polární metoda určujeme polohu bodu pomocí polárních souřadnic vodorovného úhlu (mezi orientačním směrem a určovaným bodem) a délky (od stanoviska k určovanému bodu) polární doměrek (měří se v případě, kdy je vnitřní roh budovy nepřístupný a my potřebujeme zaměřit délku) polární kolmice (měří se pokud na určovaný podrobný bod není ze stanoviska vidět) Při měření polární metodou mohou nastat dva případy: stojíme na známém stanovisku pevné stanovisko, stojíme na neznámém stanovisku volné stanovisko. Zápisník Výkres Čada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitola 8 17

Polární metoda určujeme polohu bodu pomocí polárních souřadnic vodorovného úhlu (mezi orientačním směrem a určovaným bodem) a délky (od stanoviska k určovanému bodu) polární doměrek (měří se v případě, kdy je vnitřní roh budovy nepřístupný a my potřebujeme zaměřit délku) polární kolmice (měří se pokud na určovaný podrobný bod není ze stanoviska vidět) Při měření polární metodou mohou nastat dva případy: stojíme na známém stanovisku pevné stanovisko, stojíme na neznámém stanovisku volné stanovisko. Zápisník Výkres Čada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitola 8 Ortogonální metoda podrobné body se zaměřují pravoúhlými souřadnicemi staničením a kolmicí k měřické přímce. staničení - délka měřená od počátku po měřické přímce kolmice - délka kolmá k měřické přímce měřená mezi měřickou přímkou a určovaným bodem je možné použít pevnou (je připojena na body ležící na této měřické přímce) nebo volnou měřickou přímku (je připojena na body ležící mimo tuto měřickou přímku) Výkres Čada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitola 8 18

Ortogonální metoda podrobné body se zaměřují pravoúhlými souřadnicemi staničením a kolmicí k měřické přímce. staničení - délka měřená od počátku po měřické přímce kolmice - délka kolmá k měřické přímce měřená mezi měřickou přímkou a určovaným bodem je možné použít pevnou (je připojena na body ležící na této měřické přímce) nebo volnou měřickou přímku (je připojena na body ležící mimo tuto měřickou přímku) Výkres Čada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitola 8 Metoda konstrukčních oměrných metoda se používá pro zaměřování pravoúhlých výstupků budov U metody konstrukčních oměrných jsou dány dva body, které se uvádí jako první a poslední bod záznamu. Maximální počet určovaných bodů je 8. Oměrná míra má záporné znaménko, pokud leží koncový bod oměrné od spojnice předchozích dvou bodů ve směru postupu předpisu vlevo. První oměrná míra se píše k druhému bodu a má vždy kladné znaménko. Čada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitola 8 19

Metoda protínání vpřed v případě nutnosti zaměření nepřístupných bodů nebo osamocených předmětů měření vzdálených od sítě pomocných bodů pro určení polohy neznámého bodu se změří směry či délky ze dvou známých stanovisek (protínání ze směrů a z délek) protínání vpřed ze směrů protínání vpřed z délek Čada, V. Přednáškové texty z geodézie: kapitola 8 21. století 20

Moderní metody geodetické GNSS (pro určení zhušťovacích bodů a stanovisek) elektronická tachymetrie (totální stanice pro podrobné měření) permanentní sítě stanic pro sdělování korekcí CZEPOS, fotogrammetrické digitální fotogrammetrie skenování analogových snímků snímky pořízené digitálně automatizované vyhotovení ortofotosnímků (polohopis) a digitálního modelu terénu (výškopis) určení vlícovacích bodů aerotriangulací GNSS globální navigační satelitní systémy stručná historie GPS a GNSS 60. léta: USA jak zjistit rychle a přesně polohu svých jaderných ponorek kdekoli na Zemi? 70. léta nalezení teoretického řešení a následná praktická realizace GPS (NAVSTAR), Následně byla vystavěna síť 24 družic. Květen 2000: zrušení S/A záměrné chyby zaváděné do GPS signálu. 2005 budování sítí referenčních stanic v ČR (CZEPOS, VESOG). GPS NAVSTAR (Spojené státy americké) GLONASS (Ruská federace) Galileo (Evropská unie) http://www.kosmo.cz/modules.php?op=modl oad&name=kosmo&file=article&sid=1025 21

Trend v metodách přímého sběru geodat elektronická tachymetrie + kombinace aparatur pro terestrická měření a RTKGPS měření v sítích referenčních stanic. Totální stanice v kombinaci s GPS anténou. http://czepos.cuzk.cz/ přijímá signály z GPS i GLONASS datum určení souřadnic: 31. 3. 2003 souvislé měření od podzimu 2004 od jara 2005 - poskytuje data do sítě VESOG, dále CZEPOS data jsou následně přebírána i sítí TopNET 22

Fotogrammetrické metody digitální fotogrammetrie skenování snímků / digitálně pořízené snímky vyhotovení ortofotosnímků (polohopis) a digitálního modelu terénu (výškopis) automatizovaně určování vlícovacích bodů aerotriangulací Fotogrammetrické metody poprvé použito pro vojenské účely v DPZ elektronické skenery na družicích ve FGM se využívá od konce 80. let výhody digitálního obrazu -??PROČ?? snadný přenos dat dokonalé kopírování možnost předzpracování, automatizace obrazová informace je převedena do číslicové podoby pixel elementární část obrazu picture element obrazová funkce nabývá určité hodnoty kódování obrazu obrazová funkce digitální obraz (rastr) má charakter matice o n řádcích a m sloupcích P [ i, j ] = f ( i, j ) 23

Letecká fotogrammetrie Laserové skenování Brázdil, K. Projekt tvorby nového výškopisu ČR. 24

Laserové skenování Navrhuje se vytvořit nový výškopis území České republiky metodou leteckého laserového skenování HLAVNÍ PARAMETRY SKENOVÁNÍ tři výšky letu v závislosti na relativní výšce a členitosti terénu 1800, 2100 a 2400 m nad mořem, střední výšky letu nad terénem 1500, 1500 a 1250 m, vzdálenost letových řad 750 m, příčný překryt od 35 do 50% hustota bodů větší než 1bod/m 2 Brázdil, K. Projekt tvorby nového výškopisu ČR. Ukázka dat řady bodů Brázdil, K. Projekt tvorby nového výškopisu ČR. 25

Ukázka dat automatická separace bodů Brázdil, K. Projekt tvorby nového výškopisu ČR. Prameny a literatura Brázdil, K. Projekt tvorby nového výškopisu ČR. ČÚZK Praha. Čada, V. Přednáškové texty z geodézie: http://www.gis.zcu.cz/studium/gen1/html/index.html Liesganig, J. (před 1780). Regna Galiciae et Lodomeriae Joseph II. at M. Theresiae Augg. Österreichisches Staatsarchiv, Allgemeines Verwaltungsarchiv- Finanz- und Hofkammerarchiv. Šíma, J. Přednáškové materiály k předmětu TOMA - topografické mapování. Terminologický slovník zeměměřictví a KN: http://www.vugtk.cz/slovnik/ Veverka, B. Topografická a tematická kartografie. Vydavatelství ČVUT Praha, 2001. ISBN: 80-01-02381-8. 26

Děkuji za pozornost Ing. Martina Vichrová Ph.D. vichrova@kma.zcu.cz 27