Transcript
Landmåling og kortlægning Landinspektøruddannelsens 5. semester 2009 Aalborg Universitet Institut for Samfundsudvikling og Planlægning Gruppe 6 Dijana Lubarda Malene Kobberø Regitse Vammen Titel/tema: Landmåling og kortlægning (Surveying & Mapping) Projektperiode: 5. semester, fra den 2. september 2009 til den 3. december 2009 Projektgruppe: Gruppe 6 Deltagere: Synopsis: Dijana Lubarda Malene Kobberø Regitse Vammen Vejledere: Jens Juhl Karsten Jensen Peter Cederholm Oplagsantal: 6 Antal sider og ord: 80 og Denne rapport tager udgangspunkt i 5. semesters overordnede tema omkring landmåling og kortlægning. Projektet er inddelt i fire faser. FASE 1: Her fremstilles et teknisk kort over et mindre areal mellem Hadsundvej og golfparken i Aalborg by. Desuden fremstilles en terrænmodel over et areal i den nordøstlige del af golfparken. Begge produkter udarbejdes med RTK-målemetoder. FASE 2: I denne fase afsættes cirka 50 punkter til skel og veje ved hjælp af RTK. Endvidere afsættes 8 punkter, som ud fra 4 modullinjer skal blive til fire hjørner i en bygning. Dette foretages med totalstationen i marken i sammenhold med de overbestemte hjælpepunkter til afsætning. FASE 3: I tredje fase fremstilles ved fotogrammetrisk måling et teknisk kort, svarende til kortet i FASE 1. Desuden fremstilles en DTM samt et ortofoto for den samlede fotogrammetriske model. FASE 4: Her sammenlignes nøjagtigheden af kortprodukter indbyrdes fra FASE 1 og FASE 3. Desuden sammenlignes disse med regionale og landsdækkende kortprodukter. Bilagsantal og art: 1 målebog og 1 bilags-cd Afsluttet den: 3. december 2009 Rapportens indehold er frit tilgængelig, men offentliggørelse (med kildeangivelse) må kun ske efter aftale med forfatterne. Forord Dette projekt er udarbejdet af projektgruppe 6 på landinspektøruddannelsens 5. semester på Aalborg Universitet i perioden fra 2. september 2009 til 3. december 2009 under temaet Landmåling og kortlægning (Surveying and Mapping). Formålet med dette projekt er ifølge studievejledningen for efteråret 2009: at give de studerende en indgående viden om udførelse af forskellige opmålings- og afsætningsarbejder. I projektarbejdet indgår følgende elementer: kravspecifikation fremstilling af kort på grundlag af GNSS og terrestrisk måling fremstilling af kort, digitale terrænmodeller og ortofoto ved fotogrammetri geometrisk konstruktion afsætning ved GNSS-måling og terrestrisk måling vurdering af løsninger [Studievejledningen, 2009] [Studievejledningen, 2009] Udarbejdede modeller og kort er som udgangspunkt lavet over området indenfor overlappet på billede 16 og 17. Hvor dette ikke har været muligt, er et område i golfparkens sydøstlige del ved golfbanen benyttet. Kortprodukterne er udarbejdet i GeoCAD. Udjævningen er beregnet i MatLab 2009b og Leica Geo Office, og de fotogrammetriske kortprodukter er udarbejdet i Image Station. I forbindelse med projektrapporten er vedlagt en række bilag: Bilag A: Bilag B: Målebog. CD indeholdende alle rådata, dokumentationsfiler, resultatfiler, resultatrapporter, koordinatfiler, observationsfiler, tegningsudvekslinger, tegninger og kort. Alle kort samt luft- og ortofoto, som indgår i rapporten, er nordvendt, medmindre andet er angivet. Billede på forsiden stammer fra Kildehenvisninger til anvendt litteratur er angivet som [Efternavn, Årstal] eller på følgende måde [Efternavn, Årstal, Sidetal/Formelnummer]. Indholdsfortegnelse 1. Indledning Indledende valg Anvendte landmålingsinstrumenter Kontrol af udstyr Kontrol af GPS Kontrol af totalstation Kontrol af nivellerinstrument Planlægning af RTK-måling Kravspecifikation FASE Det tekniske kort Opmåling Geometrisk nøjagtighed Kortets indhold Fuldstændighed Den digitale terrænmodel Opmåling Geometrisk nøjagtighed Model- og områdeafgrænsning Det tekniske kort Anvendte målemetoder Vurdering af måling foretaget ved hjælp af RTK Forventet nøjagtighed ved brug af de forskellige referencesystemer Kortkonstruktion Vurdering af bygningsdimensioner Vurdering af kortets nøjagtighed MV- og GI-planfikspunkter Vurdering af MV-planpunker Undersøgelse af MV-punkernes afvigelser Vurdering af GI-planfikspunkter... 26 8.2.1 Transformation på baggrund af GI-planfikspunkter Fladenivellement Opsamling FASE Kravspecifikation FASE Afsætning af skel og veje Bygningsafsætning Geometrisk nivellement Afsætning af skel og veje Geometrisk konstruktion af skel og veje Procedure for afsætning Kontrol og vurdering af afsætning af skel og veje Bygningsafsætning Geometrisk konstruktion af bygningsafsætning Bygningsafsætningstest Procedure for bygningsafsætning Geometrisk nivellement Udjævning Udjævning af geometrisk nivellement Fri udjævning Fast udjævning Udjævning i Leica Geo Office Fri GPS udjævning Fri terrestrisk udjævning Fri GPS + terrestrisk udjævning Fast GPS + terrestrisk udjævning Kontrol af bygningsafsætning Kontrol af bygningsdimensioner Opsamling FASE Kontrol af flybilleder Vurdering af billede 16 og Beskrivelse af de udleverede billeder Beregning af måleforhold Beregning af flyvehøjde... 55 Beregning af pixelstørrelse Beregning af billedoverlappet Beregning af solhøjden Beregning af basislængden Vurdering af billederne Kravspecifikation FASE Den indre orientering Ydre orientering Relativ orientering Absolut orientering Det tekniske kort Den digitale terrænmodel, DTM Ortofoto Orientering Relativ orientering Udarbejdelse af den relative orientering Vurdering af den relative orientering Absolut orientering Udarbejdelse af den absolutte orientering Vurdering af den absolutte orientering Det tekniske kort Fremstilling af det tekniske kort Kontrol af det tekniske kort Den digitale terrænmodel Fremstilling af den digitale terrænmodel Kontrol af den digitale terrænmodel Ortofoto Fremstilling af ortofotos Kontrol af 4 cm ortofoto Opsamling FASE Vurdering af kortlægningsmetoder Forventet nøjagtighed for kortprodukterne Forventet nøjagtighed for koordinatdifferenser... 74 25.3 Sammenligningsmetode RTK TK og TOP10DK RTK TK og Aalborg Kommunes TK RTK TK og Foto TK RTK TK og DDO RTK TK og ortofoto Foto TK og Aalborg Kommune TK Foto TK og ortofoto RTK DTM og COWI DTM RTK DTM og Foto DTM Foto DTM og COWIs DTM Foto DTM og TOP10DK Ortofoto og COWIs DDO Ortofoto og Aalborg Kommunes TK TOP10DK og COWIs DTM Opsamling FASE Konklusion Litteraturliste Figurliste Tabelliste... 91 1. Indledning Projektforløbet er delt op i fire faser, hvoraf de første tre faser omfatter landmåling og kortlægning i praksis, mens den fjerde og sidste fase indeholder en sammenligning og vurdering af forskellige kortprodukter, fremstillet på forskellige måder. I fase 1 foretages kortlægningen ved markmåling, lavet ved hjælp af RTK-baseret GPS-måling. Inden for den fotogrammetriske model laves der et teknisk kort for et senere defineret område, samt en digital terrænmodel for et ubebygget område. De to produkter testes for nøjagtighed, så der er grundlag for sammenligning og vurdering af dem i sidste fase, fase 4. I fase 2 afsættes der punkter til opførelsen af ny bebyggelse. Der afsættes ved hjælp af GPS en række punkter, der repræsenterer skelpunkter og stationeringslinjer for en vej. Efterfølgende afsættes en større bygning. Bygningsafsætningen fortages ved hjælp af totalstation. I næstsidste fase, fase 3, flyttes kortlægningen fra marken til kontoret. Ved hjælp af fotogrammetriske metoder kortlægges det samme område som i fase 1. Derudover konstrueres en digital terrænmodel for hele det område, den fotogrammetriske model dækker. Dernæst genereres et ortofoto over samme område som den digitale terrænmodel. Ortofotoet og det tekniske kort fra denne fase vil blive tjekket analogt sammen med det tekniske kort fra fase 1, så de på den måde kan indgå i sammenligningen og vurderingen i fase 4. I fase 4 sammenlignes de kort og højdemodeller, der er produceret gennem fase 1 og 3, med regionalt og nationalt dækkende produkter. Desuden vurderes der på de sammenlignede data. I studevejledningen er der angivet en række produkter, der skal sammenlignes, og dette vil blive fulgt. Den fotogrammetriske model er afgrænset af billederne 16 og 17, der omfatter et område i Vejgård. Projektet afsluttes med en konklusion, der vil samle op på de resultater, der er opnået gennem projektforløbet, samtidig med at det også vil fremhæve nogle af de tendenser, der er registreret gennem projektet. 9 2. Indledende valg Forud for opmålingen skal der træffes en række valg i forbindelse med valg af måleudstyr samt en forudgående kontrol af samme. Det er valgt at benytte RTK-måling til indmåling af fikspunkter og detailpunkter, terrestrisk måling ved hjælp af totalstation i forbindelse med afsætning samt at lave et geometrisk nivellement ved hjælp af en Leica Sprinter. Til kontrol af bygningsdimensioner er der benyttet et stålmålebånd. 2.1 Anvendte landmålingsinstrumenter Instrument Instrumentnummer (AAU) Leica GX 1230 GG GPS 17 og 20 Leica TCR Leica Sprinter Stålmålebånd Lexalit Tabel 1 - Anvendte landmålingsinstrumenter Udover de instrumenter, som er præsenteret i skemaet ovenfor, er der anvendt øvrigt landmålingsudstyr til opmålingen. Disse er listet op i tilfældig rækkefølge i skemaet nedenfor. Øvrigt landmålingsudstyr Tommestok Stokkestativer Stokkelibelle Centreringstrekant Prismestok Landmålerstokke Bundt stikker Træpæle Miniprisme Stadie, 4 meter Mukkert Jernpæle Tabel 2 - Andet landmålingsudstyr 10 3. Kontrol af udstyr For at sikre at udstyret, der anvendes til opmålingsarbejdet, er i orden, skal det verificeres, inden arbejdet påbegyndes. Dette er hovedsageligt gjort ved hjælp af vejledninger fundet i Øvelser i Landmåling af Karsten Jensen. [Jensen 2005b] Derudover tjekkes også nøjagtigheden på GPS ens to referencetjenester, GPSnet.dk og Leica Smartnet, også refereret til som Spidernet, for at kunne opstille krav til nøjagtigheden i kravspecifikationerne. 3.1 Kontrol af GPS Leica GX 1230 GG GPS AAU-nummer 17 og 20 er blevet kontrolleret ved at undersøge GPS-stokken for skævheder. Dette er gjort ved at rulle stokken langsomt hen over et bord, efter at håndtag og antenne er blevet afmonteret. Derudover er stokkens spids blevet kontrolleret for skævheder og centreringsfejl, som en del af en simpel kontrol. Denne blev fundet i orden. Herefter blev antennehøjden kontrolleret ved at sammenholde den med en tommestok og fundet i orden. Libellens verificering er kontrolleret ved at placere GPS-stokken i et stokkestativ og sammenholde den med et snorelod. For at kontrollere libellens følsomhed er GPS en blevet placeret i en døråbning og stille vippet fra side til side. Der blev ikke fundet nogen fejl ved libellen. 3.2 Kontrol af totalstation I dette projekt er totalstationen Leica TCR AAU-nummer benyttet. Forud for opmåling med dette instrument er dette samt tilhørende udstyr blevet kontrolleret ved hjælp af Øvelser i landmåling, Appendiks A. [Jensen, 2005b] 3.3 Kontrol af nivellerinstrument I forbindelse med det geometriske nivellement er Leica Sprinter AAU-nummer blevet benyttet. Denne samt tilhørende stadie er blevet kontrolleret ved hjælp af Øvelser i landmåling, Appendiks B. [Jensen, 2005b] 11 4. Planlægning af RTK-måling Ved RTKmåling kræves som minimum at: der er fri udsigt til himlen der findes 4-5 synlige satellitter på himlen PDOP skal være mindre end cirka 5 der kan opnås forbindelse via mobiltelefon [Cederholm, GPS2009] På dage, hvor der er foretaget RTK-målinger, er satellitforholdene i Aalborg-området blevet undersøgt ved at udarbejde en almanak med Leicas Satellite Availibility Program. Her undersøges hvor mange satellitter, der er til rådighed samt PDOP-værdien i løbet af dagen. Se bilag B. PDOP er et udtryk for, hvordan satellitterne er positioneret i forhold til hinanden og GPS-modtageren. En lav PDOP opnås, når satellitterne er placeret med en god geometri. Det vil sige, når satellitterne står spredt på himlen. Når satellitterne står tæt, opnås der en dårlig geometri og derved en høj PDOP. Derudover undersøges, om der er eventuelle driftsforstyrrelser eller fejl ved RTK servicesystemerne ved at gå ind på deres hjemmesider og 12 5. Kravspecifikation FASE 1 I studievejledningen findes en række krav til de arbejdsopgaver og metoder, der er tilknyttet første fase i projektet. [Studievejledningen, 2009] Her findes krav til det, der omfatter opmålingsopgaven, opmålingsmetoden, krav til indholdet og udarbejdelsen af det tekniske kort samt krav til den digitale terrænmodel. Kravspecifikationen vil blive delt op i to overordnede dele, der omfatter det tekniske kort og den digitale terrænmodel. Den del, der omfatter det tekniske kort, vil yderligere blive opdelt i afsnit omhandlende: - Opmåling - Geometrisk nøjagtighed - Kortets indhold - Fuldstændighed Dette bliver gjort, så kravspecifikationen er opstillet med udgangspunkt i TK99, der på samme måde inddrager de forskellige elementer. [TK99, 2000] Kravene til den digitale terrænmodel opstilles med udgangspunkt i studievejledningen. [Studievejledningen, 2009] 5.1 Det tekniske kort Kigges der på studievejledningen, er der følgende krav til det tekniske kort: Målingerne foretages i referencesystemet UTM32 (ETRF89) med højdeinformation i DVR90. Det tekniske kort skal udarbejdes med udgangspunkt i TK-standard jf. Specifikationer for tekniske kort fra Kommunalteknisk Chefforening. Det vil sige, at der skal udarbejdes et tillæg til standarden, så den tilpasses de aktuelle forhold. 13 [Studievejledningen, 2009] TK99-standardens krav for kortets geometriske nøjagtighed, indhold og fuldstændighed følges. [TK99, 2000] Opmåling Detailpunkterne vil for så vidt muligt blive registreret ved RTK-måling. De steder, hvor RTK-måling ikke er mulig, vil der blive benyttet terrestriske målemetoder med totalstation samt bueskæring eller fremskæring. Ved bueskæring noteres afstanden i målebogen. I målebogen vil der desuden være anført bemærkninger til forskellige punkter, hvis der er noget, der er værd at nævne. Ved fremskæring noteres der ligeledes i målebogen de afstande, der er brugt. De steder, hvor der benyttes polær måling, vil der fra frie opstillinger blive målt ud til mindst to hjælpepunkter, der af gruppen vil blive etableret ved hjælp af jernrør og overbestemt ved RTK-måling. Udover fremskæring med totalstation og bueskæring med RTK-punkter vil der bliver brugt forskellige målemetoder, der er beskrevet i GPS måling af utilgængelige punkter. [Cederholm & Jensen, 2006] Geometrisk nøjagtighed Da det tekniske kort er et kort over et byområde, er kortets geometriske nøjagtighed i planen bestemt til 10 cm i planen og 15 cm i højden ved måleforhold under 1:5000. [TK99, 2000] Hvis usikkerhederne regnes ud ved hjælp af Kai Borres udtryk for relativ punktspredning, fås: = + 2 = 2 = 10 2 = 7,1. = 15. [Borre, 1993] Det forventes dog, at målingerne kan udføres med en større nøjagtighed, da projektgruppens kort fremstilles ved hjælp af RTK-målinger, mens nøjagtighederne på 10 og 15 cm i plan og højde skal kunne gælde for fotogrammetrisk fremstillede kort. Disses nøjagtighed forventes ikke at være lige så god som ved RTK-måling. Punkter, der er utilgængelige for RTK-måling og derfor foretages ved hjælp af terrestrisk måling, forventes at have omtrent samme nøjagtighed, da de er afhængige af indmålingen af fikspunkter, foretaget ved hjælp af RTK-målinger. Målinger, der er foretaget ved hjælp af målemetoder, beskrevet i GPS måling af utilgængelige punkter, forventes at have en anden nøjagtighed end de øvrige målinger, da metoden er mere usikker end direkte anvendelse af RTK- og polærmåling på veldefinerede punkter. [Cederholm & Jensen, 2006] Da det ikke er muligt direkte at måle bygningshjørner ved hjælp af RTK-måling, vil de formentlig blive målt ved hjælp af linjeskæring. Her vil der blive benyttet et estimat på ±1 cm for punktspredningen. [Cederholm & Jensen, 2006] De beregnede punktspredninger til bygningshjørnerne gælder kun for veldefinerede punkter, da det er disse punkters spredning, der danner grundlag for beregningerne. Nøjagtigheden på 1 cm for bygningshjørnerne muliggør en beregning af grænsen for grove fejl. Denne grænse ligger på ±3 cm for veldefinerede punkter i bygningstemaet. Nøjagtigheden til de lokale fikspunkter i GI-nettet kontrolleres ved, at der bliver målt ud til fire GI-punkter, hernæst kan koordinaterne sammenlignes. Nøjagtigheden på GI-punkterne bør ifølge Kort- og Matrikelstyrelsens definition have en middelfejl på 1-2 cm/km. Middelfejlen findes ved at overbestemme punkterne. De valgte GI-planfikspunkter vil alle blive fundet ved hjælp af Valdemar, og de skal være egnede til GPS-måling. Der vælges punkter ud fra princippet om den mest tidsøkonomiske løsning, altså vil der blive valgt punkter, der ligger tæt på modellen. Polygonen skal dannes således, at der opnås en fornuftig geometri, og så tyngdepunktet af polygonen ligger forholdsvis tæt på modellens afgrænsning. MV-punkterne bør ifølge Kort- og Matrikelstyrelsen have en nøjagtighed på 6-7 cm/km. 14 MV-punkterne vælges, så der er også her måles til de MV-punkter, som ligger tættest på modellen. Desuden vælges ligeledes her ud fra princippet om at have en god geometri, så punkterne ligger spredt rundt om modellen og danner en firkant, der indrammer modellen så vidt muligt Kortets indhold For at finde ud af, hvilke objekter der skal medtages i det tekniske kort, er der kigget på den udleverede kodetabel samt TK3-standarden for detaljeret opmåling. [TK99, 2000] Figur 1 - Kodetabel fra TK99-standarden Der kan nu opstilles en række målepunkter, der vil blive fulgt: - Bygninger, der er under 10 m 2, måles ikke - Bygninger måles som fri mur over sokkel - Brugsgrænser, hegn og hække måles - Vej måles - Teknik og skabe måles - Drivhuse under 25 m 2 måles ikke - Krat/bevoksning registreres ikke - Træer med diameter over 20 centimeter eller trækrone med diameter over 5 meter måles på offentlige arealer - Elementer med tilknyttede restriktioner registreres - Teknik, såsom nedløbsriste og brønddæksler registreres Desuden ses der på Aalborg Kommunes tekniske kort, som er udarbejdet på baggrund af digitale luftfotos. Derved registreres der på Aalborg Kommunes tekniske kort oplysninger om tekniske detaljer, der kan ses fra luften. Dette er: - Veje og stier - Bygninger - Træer (i offentlige arealer) - Tekniske anlæg 15 5.1.3 Fuldstændighed Registreringen forventes foretaget med en fuldstændighed på 100 %, på baggrund af de terrestriske opmålingsmetoder. 5.2 Den digitale terrænmodel Den digitale terrænmodel udarbejdes på baggrund af et fladenivellement, indmålt ved hjælp af RTK-måling Opmåling Terrænmodellen måles ved hjælp af RTK-måling med referencesystemet Spidernet Geometrisk nøjagtighed Den udarbejdes således, så den færdige terrænmodel præsenteres ved hjælp af højdekurver med en ækvidistance på 0,5 meter. Dette er grundet i studievejleningens retningslinjer, samt at projektgruppens område er ret fladt. [Studievejledningen, 2009] Der måles minimum 25 kontrolpunkter for at sikre en nøjagtighed i terrænmodellen. Spredningen i terrænmodellen bør ikke overskride: æ,, [Borre, 1993] 16 6. Model- og områdeafgrænsning Projektgruppen er blevet tildelt en model, der omfatter overlappet mellem billederne 16 og 17. Inden for modellen skulle der vælges et område til det tekniske kort, svarende til cirka fem parcelhuse, samt disses haver og tilhørende vejarealer. Den digitale terrænmodel skal vælges, så den dækker et område svarende til en dags fladenivellement. [Studievejledningen, 2009] Projektgruppens område ligger i Vejgård og omfatter en lille del af Golfparken samt en del af et parcelhusområde. På Figur 2 er det illustreret, hvor projektgruppen udfører fladenivellementet og den tekniske opmåling. Figur 2 - Model (rød), fladenivellement (sort), detailområde (gul) På ortofotoet ses modellen afgrænset med en rød farve. Inden for modellen afgrænser den sorte farve det område, der laves fladenivellement over. Fladenivellementet udføres i den del af modellen, der ligger i Golfparken, og som ikke er bebygget. Slutteligt afgrænser den gule farve det om
