Zdeněk Máčka Z7551 Metody fyzické geografie Geodetické metody v geomorfologii OSNOVA PŘEDNÁŠKY 1. Měřické aplikace v geomorfologii 2. Rozměry malých objektů/forem 3. Měření délek a úhlů 4. Laserové dálkoměry, nivelační přístroje a teodolity 5. Měření výšek objektů 6. Měření svahových profilů 7. Měření koryt vodních toků 8. LiDAR 9. GNSS Jaké geodetické aplikace v geomorfologii resime? Měření rozměrů malých objektů Měření výškových rozdílů (relativní převýšení, výška objektů) Měření rozměrů tvarů reliéfu (§, d, v) ■j length (m) width (m) ■ amplitude (m) length regression width regression ■ amplitude regression Rozměry karů (Evans 2012) 2000 1000 500 200 100 418 cirques, Wales and Cumbria 200 500 Size (m) 1000 Vytvoření geomorfologické mapy (body, linie, polygony) Pořízení dat pro vytvoření DEM (DTM, DSM) Fuzzy povaha tvarů reliéfu TEMENNI PLOSINA Neostré hranice tvarů komplikují jejich zaměření SVAH Měření rozměrů malých objektů/forem PŘÍKLAD 1: Zrnitostní analýza PŘÍKLAD 2: Rozměry nano-/rriikroforem Skalní dutiny: měření šířky, výšky a hloubky Voštiny Tafoni Demek (1987) sirka výška nanoforma do 5 m do 5 m mikroforma do 500 m do 50 m Summerfield (1991) délka plocha mikroforma do 500 m do 0,25 km2 Pomůcky pro měření malých objektů Posuvné měřítko alias šuplera rozlišení 0,1 nebo 0,05 mm; rozsah do 150 až 300 mm variantou je lesnická průměrka: rozlišení 1 nebo 5 mm; rozsah 30 až 100 cm ^ Svinovací metr i rozlišení 1 mm; rozsah do 5 až 7 m • Laserový dálkoměr rozlišení 1 mm; rozsah 0,05-100 m WD L měřeny rozmer 2 3,6 m m Digital Grovelometer Fyzické měření klastů je nahrazeno zpracováním obrazu (fotografie) Rychlý sběr dat, šetří čas Předpoklad: osa b je viditelná Zkresluje výsledky: podhodnocuje rozměry klastů 0 1 0.2 0,3 0.4 0 Ground Vytvoření projektu (File menu) Vložení snímků Image management menu) Měření velikosti zrn Measure grains menu) Generování výstupů (Report menu) i :> -i m [h r-i identification Csrtnue SACÍ Hrst corfiol port tep-lert corner Měření délek (vzdáleností) Délka v geodézii: vodorovná vzdálenost mezi dvěma body vyjádřená v délkových jednotkách, tj. násobcích dohodnutého normálu. 1 m (ČSN 01 1300)= dráha, kterou urazí světelný paprsek za 1/299 792 458 s Délka v geomorfologii: často nás zajímá vzdálenost vedená po zemském povrchu (např. skutečná délka svahu) Metody měření délek: • Přímé (pásmo, invarový drát, lať) • Nepřímé (trigonometricky, opticky, elektronicky) Měření pásmem Materiál: ocel, plast, invar Provedení: na vidlici, v pouzdře, na kruhu; délky 10,15, 20, 30 a 50 m Dělení pásma: první dm po mm, dále po cm; očíslovány jen dm a m Měří se ve vodorovné poloze pásma Každá z délek se měří dvakrát, rovinatý terén: tam a zpět, svažitý: po svahu dolů SVAŽITÝ TERÉN ROVINATÝ n. MIRNE SVAŽITÝ TERÉN b b z, : z2l b 1 b _ B první mereni s± = nb + z1 druhé měření s2 = z2 + nb + z3 hledaná délka Si +s2 s = —-— n ... počet kladů pásma b... délka pásma z1... zbytek délky Sab bt = b'cosPi n $AB — ^ V cos Pi + z cos Pi 1=1 Při přesné nivelaci je třeba vykolíkovat dílčí vzdálenosti a měřit převýšení Měření délek přes údolí Chyby vznikající při měření pásmem SYSTEMATICKÉ NAHODILE i Nesprávná délka pásma (v^ Změna délky pásma vlivem teploty (v2) Průhyb pásma (v3) length measured with tope suspended in catenary length required KOREKCE NA PRUHYB PASMA on-line: http://www.edumine.com/tools/tape-sag-correction-calculator/ Protažení pásma (v4) Nevodorovná poloha pásma (v5) Vybočení pásma ze směru Nesprávné určení sklonu nebo převýšení pásma Taková malá reminescence... ... jak se dříve měřily délky Měřický řetěz s=c ~~ *-----— Měření úhlů • Horizontální úhel (směr) • Vertikální úhel (zenitový úhel) Jednotky: • oblouková míra (radián) • stupňová míra - šedesátinné dělení (°), plný kruh 360° - setinné dělení (gon), plný kruh 400 gon 180° Okruží geodetických přístrojů jsou dělena v gonech (= grad, gradián) 1 rad = n 57,296° ~ 57°17'45" 1° = 7T 180c 1,715.10"2rad 7T 1 gon - 7r7-rrad « 1,571.10 2rad 5 200 Vodorovné a svislé úhly měříme teodolitem 1 rad = 57,29578° = 63,66198 gon 360° = 400 gon 1° = 10/9 gon Vodorovné úhly lze měřit kompasem 1 gon = 9/10° KALKULAČKA MAGNETICKÉ DEKLINACE http://www.ngdc.noaa.gOv/geomag-web/#declination Nivelace Aktuálně používaný výškový systém: Česká státní nivelační síť (ČSNS) (Balt po vyrovnání) Základní výškové bodové pole - spravuje Zeměměřičský úřad 12 základních bodů; I. řád (16. tis.), 2. řád (20 tis.), 3. řád (48 tis.) Podrobné výškové bodové pole (IV. řád) - spravuje Katastrální úřad _____* stanovisko , pristroje___. ■ — | " záměra vpřeo -*— • záměra vzad _nivelocm' sestava I I ! technická (TN): kilometrová odchylka okm< 5 mm, délka záměry max. 120 m (optimálně do 60-80 m) přesná (PN) velmi přesná (VPN) zvláště přesná (ZPN) nivelační sestava -> oddíl -> pořad Niveločnf přístroj Optický Laserový Urovnání záměrné přímky do vodorovné polohy: • libelové • kompenzátorové Způsob odečtu: • vizuální • digitální (čárový kód) nosník dalekohledu alhidáda elevační íroub limbus ustanovkc čep alhidády PŘÍSLUŠENSTVÍ: nivelační lať (+ krabicová libela) stativ nivelační podložka / hřeb krabicovo libela ^-kloub K pouzdra vodorovný kruh třínožka stavěči šroub pérová destička podkladní destička jpínací šroub stativu Postup měření 1. Pevné postavení statívu s přístrojem 2. Horizontace přístroje pomocí krabicové libely 3. Záměra vzad • zacílení na lať, zaostření • čtení na lati 4. Záměra vpřed vymezovací kruh bublina rektifikačni šroubky oprava výchylky o jednu polovinu čtení na lati cca 2m horní a spodní ryska Kontrolo o rektifikoce - krabicová libela Horizontovat přístroj pomocí libely, otočit o 180°, bublina musí zůstat v kruhu 1. rektifikačními šrouby opravit výchylku o Ví 2. stavěcími šrouby srovnat libelu, otočit přístroj o 180° 3. opakovat postup, dokud bublina nezůstane v kruhu - záměrná přímka - kontrola 1. postavit přístroj mezi dvě latě (50-100 m) 2. odečíst na latích al a bl, D=al - bl 3. postavit přístroj 2 m od latě, odečíst b2, a2 musí být b2 +D 4. je-li rozdíl větší než 1 mm, je třeba provést opravu rektifikačními šroubky Horizontal Teodolit / totální stanice teodolit s nitkovým dálkoměrem (=tachymetr) Československo: Carl Zeiss Jena, Wild Heerbrugg, Kern Sight axis Eyepiece '<9 Horizontal circle teodolit s laserovým měřením délek (=totální stanice) přesnost měření délek v mm hodnotách Výrobci: Trimble, Leica, Topcon, Zeiss, Nikon Optickomechanické teodolity: • minutové (nejmenší dílek stupnice 1 nebo 2 minuty) • vteřinové (1 nebo 2 vteřiny) • triangulační (desetiny vteřiny) 24 Okruží ve ° nebo g 6 5 Theo 020 Měření teodolitem Centrace a horizontace Základní jednotka měření je skupina = měření ve dvou polohách dalekohledu -> odstranění některých přístrojových chyb V ideálním prípade platí: I. poloha: svislý kruh vlevo (pi _ (pu = +200^ II. poloha: svislý kruh vpravo ?i + zn = 400g P, (levý cíl) ^ p^ ZENITOVÝ ÚHEL P2 I pravý cíl) 1. poloha sněr číslování no limbu liiiuW tul* imji I 1, itupi« 1 ] frWr r ■" 1 ntt. lí) + (l) l li) ti) (1) (♦> 1» w m IM m s 1 -4 1 j) 1 ** -J 1! * u) z 1 Ol 11 272 1 t 9/ i ftßS i j i 1 ._ , J 1 1 1 «ÍÍ7 1H 7Z 7S j i 1 n ! rt/K ' i i 1 ! ■ 1 1 'Bod Zenitové vzdálenosti i Výik^ cilívé Poloha Zápis -1— 1 2 HO) iti (12) 1131 ď 1 ž n 2i Z 1 dZ HO $3 II m a 4M 01 1 km Lze provádět i skenování (až 1000 bodů/min, tvorba mračen bodů) Někdy vestavěná kamera pro pozemní fotogrammetrii Cílí se na záměrný hranol, nebo přímo na objekty bez hranolu Polygonový pořad A1 A, B ... orientační body P, K ... začátek a konec pořadu 1, 2, 3 ... body pořadu, které zaměřujeme s ... měřené délky oboustranně připojený a oboustranně co ... měřené levostranné úhly orientovaný pořad Lomená čára tvořící liniovou síť bodů Používá se k určení souřadnic bodů podrobného polohového bodového pole. Měření výšek objektů U jakých objektů nás zajímá výška? např. tory, skalní věže, skalní sruby a defilé,... Lze použít postupy/pomůcky využívané v lesnictví (měření výšek stromů) h = L (tga1 + tga2) = h1 + h2 h = L (tga1 - tga2) = h1- h2 Výškomery založené na stejnolehlosti obecných trojúhelníků - Christenův výškomer Haglöf electronic clinometer Na objekt se cílí oběma očima DI5T Přístroj samotný neměří délky! Nastavení vzdálenosti k měřenému objektu. Výška objektu: záměr na patu a vrchol Sklon: náklon v požadovaném úhlu Měření svahových profilů SVAHOVÝ PROFIL = spojnice hřbetnice (rozvodnice) a údolnice, sleduje směr největšího sklonu (kolmá k vrstevnicím) Možnosti konstrukce profilu: MERENI V TERÉNU Praktické obtíže - přístupnost vybraných profilů Série délkových a sklonových měření podél profilu (rozlišení 0,5° a 0,1 m) Nepravidelný n. pravidelný krok měření délek, segmenty o délce do 5 m, často jen 1 až 2 m Doporučení: alespoň 50 měření na profilu Délka segmentů může ovlivnit četnosti sklonů (menší krok více reflektuje mikrotopografii) mikrotopografie lomy spádu TERÉN Jak vybrat reprezentativní soubor profilů? • udolni/ricni sít • bodové pole (grid) Co použít k měření? Znázorňování sklonových dat 70 SVAHOVÝ PROFIL SO rtli _j_1 AR. ÍÍIH.-B2. GRAF VZDÁLENOST - SKLON Slope NS Research Site M-1SD Mean M+1SD M+2SD M+3SD (2.51) {5 4) [8.29) (1118) i14 OE-i 0.0 2.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 16.0 HISTOGRAM ROZDĚLENI ČETNOSTI: • obvykle pravé sešikmení • logaritmus tg -> normální rozdělení Tišnov ilk..., O/JO 0,10 0^0 OJO 0/» 0L50 0,BO Sklon svahů (tg) 4s -ifl -<5 4P 4a op Sklon svahů (log tg) Laserový dálkoměr pulsy infračerveného záření time-of-flight princip MĚŘITELNÉ PARAMETRY • lineární vzdálenost • horizontální vzdálenost • vertikální úhel • výška objektu / výška mezi dvěma body Rozsah měření: 10 až 500 m Převýšení dvou bodů Vzdálenost bodu i* Target point Rozlišení do 100 m nad 100 m lineární L 0,5 m 1 m horizontální L 0,2 m 1 m Rangefinder (eyes) 17.0' Ang 223.8 Ho Měření koryt vodních toků • Příčný profil bankfull šířka (w) + šířka dna průměrná (d) a maximální hloubka (dmax) tvarový index (F = w/d) omočený obvod (p), hydraulický rádius (R = A/p) • Podélný profil vodní hladina, dno (terénní měření) závislost na měřítku: krátké úseky - ovlivnění dnovými formami, delší úseky -celkový trend podélný profil nivy (mapy, DMT) Dnové formy Půdorys P1N I—SPRING CLAMP SURVEYOR'S ROD SURVEYOR'S LEVEL ,— MEASURING TAPE Laserové skenování (LiDAR) 1 Letecké (airborne laser scanner, ALS) 1 Pozemní (terrestrial laser scanner, TLS) 1 Ruční (hand-held mobile laser scanner, HMLS) Nejčastěji měření tranzitního času (time-of-flight) / = ct/2 Measurement Range Accuracy Manufacturers technology [ml [mm] 100 10 Callidus, Leica, Time of flight Mensi. Opted). Riegl 1000 20 Optech. Riegl Phase measurement too 10 IQSun, Leica. Visimage. Zoller+Fröhlich Optical triangulation c 5 = 1 Mensi, Minolta Rychlost snímání 10 000 bodů/s -> point cloud (mračno bodů) Výrobci pozemních lase skenerů: Riegel Leica Trimble Minolta Optech Z+F iQSun Callidus Vislmage Příklady aplikaCÍ multi-temporální studie břehová eroze Globální navigační satelitní systémy (GNSS) Globální: NavstarGPS(USA) Glonass(Rusko) Galileo (EU) Compass (Čína) Typy přístrojů: Regionální: BeiDou (Čína), IRNSS (Indie) QZSS (Japonsko) • turistické polohová přesnost: < 5 m • pro sběr dat do GIS polohová + výšková přesnost: 10 cm pnjimac uzpůsobený příjmu korekcí blízkost referenční stanice • geodetické polohová přesnost: mm EGNOS: 5 m -> 1,5 m Korekce pro zpřesnění pozice: ZÚ (czepos): mm/cm až 10 cm přesnost 27 stanic registrace + zpoplatnění reálný čas (přes mobilní internet) n. postprocessing Monitoring svahových procesů permanentní + opakovaná měření Příklady aplikací GPS antenna GPS trackery Monitoring (horizontálních) pohybů zemské kůry