Ugrás a tartalomhoz

Geodéziai hálózatok 6., A szintezési hálózatok és a magassági alappontsűrítés

Dr. Busics György (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

6.3 Történeti áttekintés a magyarországi szintezési hálózatokról

6.3 Történeti áttekintés a magyarországi szintezési hálózatokról

Magyarországon – a sajátos történelmi helyzet és természetesen a technikai fejlődés következtében – eddig négy országos szintezési hálózat volt.

Az első hálózat 1873-tól kezdődően, az Osztrák-Magyar Monarchia területén létesült. A két világháború közötti második hálózat – bár elkészült a mérése –, de a kiegyenlítésére és használatba vételére már nem kerülhetett sor. A II. világháborút követően 1948 és 1964 között került sor a harmadik hálózat kiépítésére. Az 1970-es évektől megindult a kéregmozgási vizsgálatokra is alkalmas Egységes Országos Magassági Alapponthálózat (EOMA) kialakítása, amely 2006-ban fejeződött be. A hagyományos szabatos szintezési technológia szigorú szabályozásával, értő alkalmazásával és megújításával a magyar szakemberek jó eredményeket értek el az országos magassági hálózatok kiépítésében.

6.3.1 Az I. országos (katonai) szintezési hálózat

Szintezéseket végeztek a XVII-XVIII. században is, de ezek helyi jellegű, önálló, nem tengerszinthez kapcsolt magasságmérések voltak. Az első országos jellegű szintezési hálózat kiépítésére 1872-től került sor az akkori Osztrák-Magyar Monarchia tagállamaiban, a bécsi Katonai Földrajzi Intézet szervezésében. A munkát katonatisztek irányították és végezték, nevezik ezért „katonai szintezésnek” is. Hét főalappontot építettek ki hegységek felszíni sziklafelületét lecsiszolva és obeliszkkel védve.

6-4. ábra. Az I. szintezési hálózat elsőrendű vonalai

Egy ilyen főalappontot állandósítottak 1873-ban a Velencei-hegységben lévő Nadap községben, amelynek magasságát 1888-ban vezették le az Adriai-tenger középvízszintjéhez képest. Azóta ez a ma is létező pont, illetve ennek abszolút magassága Magyarország összes szintezési hálózatának számítási kiindulópontja. (Annak ellenére van ez így, hogy az Adriai középtengerszint meghatározása 1875-ben csak 9 hónapos mareográf-megfigyelésen alapult és azt már a következő években is 9 cm-rel eltérőnek találták, továbbá a hálózati méréseket is komoly hibák terhelték.). A nadapi főalappontot szintezési ősjegynek vagy őspontnak is nevezik.

6-5. ábra. A nadapi szintezési ősjegy obeliszkje

A pontok állandósítása a vonalak mentén 3-4 kilométerenként épületekben elhelyezett ún. furatos falitáblákkal történt, amelyhez függő léccel lehetett csatlakozni. Az átlagosan 2 km hosszú szakaszok más végpontjait csak festéssel, illetve véséssel jelölték meg megfelelő építmények, műtárgyak (hidak) vízszintes felületén.

A mérés egy-egy műszerállásban meglehetősen hosszadalmas volt, akár 20-25 percig is eltartott. A leolvasás ugyanis 3 irányszálon történt a léc egyik, majd másik oldalán, de a leolvasások előtt és után a szintezőlibellát is le kellett olvasni és a távcsövet a két leolvasás között a műszertalpból kiemelve át kellett forgatni. Csak egyetlen, fenyőfából készült lécet használtak, így azt a hátra-leolvasást követően át kellett vinni az elülső kötőpontra. A szintezés viszonylagos pontatlansága a következő tényezőknek volt tulajdonítható:

  • Az alkalmazott műszer szerkezete kezdetleges volt.

  • A fából készült lécek változtatták méretüket, és nem voltak megfelelő alkalommal komparálva.

  • A szakaszvégpontok egy részének állandósítása nem volt megfelelő.

  • Hosszú idő, néha több év is eltelt az oda-vissza szintezések között, a pontok közben elmozdultak.

6-6. ábra. Furatos falitábla és mérése függő léccel

6.3.2 A II. országos (Gárdonyi-féle) szintezési hálózat

Az első világháborút követően új államok jöttek létre a térségben, a monarchia felbomlásával a közös mérésügyi szervezet is megszűnt, az eredeti jegyzőkönyvek és adatok Bécsben maradtak. Az új határok közötti ország új szintezési hálózatának kiépítése 1921-ben kezdődött. A méréshez a Műegyetem tanárának, Oltay Károlynak a tervei szerint új, szabatos szintezőt készítettek a Süss gyárban, amelyen 3 szálon kellett leolvasni. A 3 méteres, fél cm-es sávos osztású lécek fából készültek, mindkét oldalukon (egyik oldalon piros, másikon fekete színű) osztásokkal, de a léceket naponta kétszer komparálták. A műszer-léc távolságot 50 méterben, a szintezési szakasz hosszát 1200 méterben maximálták. A hálózat kiépítése Gárdonyi Jenő nevéhez fűződik.

6-7. ábra. Szintezési tárcsa a magasság feltüntetésével

Az épületekben elhelyezett pontokat öntöttvasból készült falicsappal, illetve falitárcsával állandósították. Ez utóbbinál a pont tengerszint feletti magasságát is elhelyezték egy öntöttvas körlapon a tárcsára erősítve, amit természetesen csak a számítást követően lehetett megtenni. Vízszintes felületeken (hidakban) bronzból, majd öntöttvasból készült gombokat helyeztek el. Alkalmas építmény hiányában szintezési követ (kőben gombot, illetve csapot) alkalmaztak.

6-8. ábra. A II. szintezési hálózat poligonjainak záróhibái (mm) és kerülete (km)

Az elsőrendű szintezési poligonok száma 36, átlagos kerületük 260 km volt. Az elsőrendű poligonokon belül másodrendű vonalakat vezettek. A poligonzáró hibák és a középhibák azt mutatják, hogy ez a hálózat a kor színvonalát méltón képviselte, pontossága hasonló volt más európai országokénak. Sajnos, mire a hálózat teljesen kiépült, kitört a II. világháború, amelynek során a hálózat jelentős része, mintegy 60 %-a, elpusztult. A hálózat teljes kiegyenlítésére is csak a háborút követően, 1949-ben került sor, de a számítás eredményei – a pontpusztulás miatt – gyakorlati célokra csak kis mértékben szolgálhattak.

6.3.3 A III. országos (Bendefy-féle) szintezési hálózat

A háborús újjáépítést és a műszaki gyakorlatot szolgáló következő, immár III. hálózat 1948 és 1964 között épült ki. Célja az volt, hogy minden lakott településen legyen legalább egy szintezési alappont; – ez meg is valósult, közel 23500 pont létesült, ami 1 pont/4 km2 átlagos pontsűrűséget jelent.

6-9. ábra. Az III. szintezési hálózat első- és másodrendű vonalai

A hierarchikus felépítés szerint az országos felsőrendű hálózat első-, másod- és harmadrendű vonalakból illetve pontokból épült fel. Az elsőrendű hálózat 1948 és 1956 között készült el, és 33 poligonból állt. A másodrendű vonalakat 1950-1958 között, a harmadrendűeket 1950 és 1964 között mérték. A hálózat kiépítése, a munkálatok irányítása Bendefy László (1904-1977) nevéhez fűződik, nevezik ezért Bendefy-hálózatnak is.

8 darab ún. sziklás főalappont-ot létesítettek, hegységek sziklakibúvásaira telepítve; ezek földalatti üregben elhelyezett 3-3 gombot jelentenek, két fedlappal védve. Az előző hálózat meglévő pontjait természetesen felhasználták és más, helyi önálló magassági hálózatok pontjait is bevonták a mérésbe. Az alappontok állandósítása alapvetően nem változott: csap, gomb, illetve kőben gomb maradt. Kialakítottak ún. vállas szintezési kő-típust, amelynél a föld felett és a föld alatt is helyeztek el gombot. Használtak olyan előregyártott kőfejeket, amelyeket helyszínen betonozott cölöpre helyeztek.

6-10. ábra. Főalappont az 1950-es évekből

A mérőfelszerelés viszont lényegesen változott a korábbihoz képest: Wild N3 szabatos szintezőműszert és invárbetétes lécpárt használtak, kitámasztással, a szabatos szintezés szabályai szerint.

A hálózat kiépítése közben, 1960-ban rendelték el, hogy a kelet-európai szocialista országokban az Adriai alapszintről a Balti alapszintre kell áttérni. Ez lényegében a Nadap pont (és minden adriai rendszerű pont) magasságának 0,6747 méterrel való csökkentését jelentette. Az áttérés természetesen sok kellemetlenséggel járt.

6.3.4 A IV. országos szintezési hálózat, az EOMA

Az 1960-as évek közepétől, a nemzetközi geodéziai szervezetek részéről különös figyelem irányult az ismételt szintezésekre, amelyektől a földkéregmozgás függőleges összetevőjének meghatározását várták. Magyarországon is sor került egy szintezési hálózat tervezésére és kiépítésére, ugyanis ilyen célra a meglévő hálózat pontjai – állandósításuk miatt – nem voltak megfelelőek.

6-11. ábra. Főalappont és K-pont állandósításának metszete az EOMA-ban

Olyan új típusú, földalatti állandósítási módokat dolgoztak ki, amelyek a felszín mozgásaitól (talajvízszint-változás, fagyhatás, ülepedés) mentesítik a pont mozgását, hogy az valóban a földkéreg mozgását reprezentálja. Ezeket a kéregmozgásvizsgáló pontokat nevezzük K-pontnak (másképpen: KKP – Közbenső Kéregmozgási Pont). Mintegy 800 darab K pont telepítésére és mérésére került sor az 1960-as évek végétől kezdődően.

A K-pontok szemlélésével, állandósításával egyidőben tapasztalták azt a nagymérvű pontpusztulást, amit az építkezések, épület- és útfelújítások okoztak, s amit csak részben sikerült pótolni. Így merült fel egy újabb országos hálózat kiépítésének gondolata, amely célszerűen a kéregmozgásvizsgáló hálózatra épülhet. Ismeretes, hogy ebben az időben került sor az új magyar vízszintes vonatkozási rendszer (HD72) bevezetésére is (EOVA, EOV, EOTR). Így az ország geodéziai alapjainak korszerűsítése keretében dolgozták ki az Egységes Országos Magassági Alapponthálózat, röviden az EOMA koncepcióját. Az EOMA kiépítése – és az új geodéziai alapok kialakításának irányítása – Joó István nevéhez fűződik.

Az EOMA első-, másod- és harmadrendű hálózatra tagolódik, célja ennek is az 1 pont/4 km2 átlagos pontsűrűség biztosítása. Az elsőrendű hálózat azonos az ún. 0. rendű kéregmozgásvizsgáló hálózattal, amelynek mérését 1973 és 1978 között végezték. Egy-egy elsőrendű poligonon belül a másod- és harmadrendű hálózat kiépítését rendszerint egy munkafolyamatban végzik. 1980 óta folyik ilyen sűrítés, ez a munka azonban finanszírozási problémák miatt lassan haladt, 1998-ig csak az ország keleti felét érintő poligonokon belül készült el, majd 2000 után felgyorsult a sűrítés folyamata, amely végül is 2006-ban fejeződött be.

Az EOMA elsőrendű hálózatát 27 vonalból kialakított 11 poligon alkotja, ezek 22 szárnyvonallal csatlakoznak a szomszédos országokhoz illetve az európai szintezési hálózathoz. A hálózat csomópontjainak száma 17. Az elsőrendű vonalak teljes hossza 3900 km, ezek 90 %-a az előző hálózat valamely első-, másod- vagy harmadrendű vonalával azonos, és csak 10 %-ban új kiépítésű vonal.

Az EOMA tudományos szempontból legértékesebb részét a kéregmozgási pontok képezik, amelyek főalappontok vagy Közbenső Kéregmozgásvizsgáló Pontok (KKP) lehetnek.

6-12. ábra. A IV. szintezési hálózat (EOMA) elsőrendű vonalai (korabeli rajz)

Összesen 40 db főalappontja van az EOMA-nak, ezek közül 15 db sziklára telepített pont (ide tartozik az előző, Bendefy-féle hálózat 8 db főalappontja is), és 25 db különleges, mélyalapozású pont. A 17 csomópont mindegyike főalappont, de két olyan csomópont között is elhelyeztek főalappontot, amelyek egymástól 80 km-nél távolabb vannak.

A KKP pontok az elsőrendű vonalak mentén átlagosan 6 km-ként, a másodrendű vonalak mentén 12 km-ként helyezkednek el (harmadrendű KKP nincs). Két KKP közötti útvonal (mérés) jelenti a kéregmozgási szakaszt.

A KKP pontok földalatti aknában elhelyezkedő, mélyalapozású, speciális pontok kizárólag kéregmozgási célra. Minden KKP közvetlen közelében található egy hagyományos állandósítású alappont is (csap, kő), ami a gyakorlati célokat szolgálja.

Tapasztalatok az EOMA létesítésével kapcsolatban

Az EOMA újszerűségét a kéregmozgási pontok, a speciális állandósítási mód jelentik. Külön típustervet dolgoztak ki a nem sziklára telepített (alföldi) főalappontokra és a közbenső K-pontokra.

A nem sziklára telepített főalappontoknál két darab, 10-18 méterre lenyúló vascső hordozza a pontot, alul agyagtömítés van, a két cső között kavics kitöltés. Feltételezhető, hogy a pont mozgása így a környező talajmechanikai hatásoktól független. Nem egyetlen ilyen pontot telepítettek egy helyszínen, hanem biztonság okából, egymástól 40-60 m távolságban kettőt: ezek az ún. ikerpontok. Az ikerpontok köré további őrpontokat telepítettek, mégpedig egy K-pontot és további hagyományos felszíni pontjeleket (falicsapot, szintezési követ), így főalappont-csoportokról beszélhetünk. Még az 1960-as évek végn, több év távlatában tavaszi és őszi mérésekkel megvizsgálták három ilyen főalappont-csoport relatív mozgásviszonyait. A két ikerpont egymáshoz viszonyított helyzetében nem volt kimutatható mozgás, de a nem mélyalapozású pontok 2-4 mm süllyedést is mutattak az évek során.

A KKP pontok (amelyekből több mint 800 van) állandósítására is típustervet dolgoztak ki. A kérdés az volt, hogy mekkora legyen a pontjelet hordozó betoncölöp mélysége és átmérője. E célból egy homokos és egy agyagos altalajú helyszínen, egy-egy 10 méter sugarú kör kerülete mentén 5 illetve 6 különböző méretű kísérleti K-pontot építettek ki, majd mérték ezek elmozdulását egy közeli, mozdulatlannak tekintett ponthoz képest. Három éven át minden tavasszal és ősszel mérték a pontcsoportok relatív elmozdulását. Megállapították, hogy a pontcsoportok egymáshoz viszonyított elmozdulása elhanyagolható. Ebből következett, hogy a legrövidebb és legvékonyabb (4 m hosszú és 20 cm átmérőjű) betoncölöpöt választották ki a KKP-k kívánatos méreteként. A másodrendű hálózatban is, ahol a K-pontok 10-12 km-re követik egymást, a betoncölöp hossza átlagosan 4 méter.

A szintezés technológiájára, az észlelés módszerére vonatkozóan több kísérleti mérés történt, amelyek eredményei alapján alakították ki a végleges szabályokat. Néhány Magyarországon alkalmazott szabály és tapasztalat:

A maximális műszer-léc távolságot 35 méterre csökkentették. A tapasztalatok szerint a 25-30 méteres léctávolság a legkedvezőbb és a leggyakoribb.

A legmegfelelőbb lécleolvasási sorrend vizsgálatára három módszert vizsgáltak: HHEE, HEEH és HHEE-EEHH sorrendet. Szimultán mérések alapján a következő km-es középhibák adódtak a három sorrendnél: 0,81mm, 0,45 mm, 0,35 mm. Az elsőrendű hálózatnál javaslatként ezért a harmadik sorrendet tartották a legjobbnak, de a gyakorlatban időtakarékosság miatt a HEEH (hátra–előre–előre–hátra) sorrendben végezték az észleléseket. Az elsőrendű hálózatban kezdetben a jegyzőkönyvvezető manuálisan írta a jegyzőkönyvet, de semmilyen számítást nem végzett, hanem naponta postai úton a vállalat központjába küldte el a jegyzőkönyveket, ahol azokat feldolgozták. Így az oda-vissza mérések esetleges megismétlésére is a központból kapott utasításra került sor. Később a Sharp PTA 4000 kézi számítógépet használták a mérési adatok terepi rögzítésére, a jegyzőkönyvvezető ebbe billentyűzte be az észlelő által diktált leolvasásokat, ezzel lehetővé vált a leolvasások azonnali ellenőrzése és megismétlése, ha az egy állásban mért két magasságkülönbség eltérése a hibahatártól, azaz 0,24 mm-től jobban különbözött.

Magyarországon a 70-es évek óta szinte kizárólag a MOM gyár NiA3 (NiA31) kompenzátoros szintezőműszerét használták felsőrendű szintezésre, felváltva az addigi libellás Wild N3 műszert. Kísérletek alapján a km-es középhiba átlagos körülmények között a NiA3-nál 0,3 mm-re, a Wild N3-nál 0,4 mm-re adódott. Az 1990-es évek közepétől megjelentek a digitális szintezők és a vonalkódos szintezőlécek. A mérési időtartam alapvetően nem változott, egy műszerállásban átlagosan 3,5 percre tehető.

A kompenzátoros műszer rezgésérzékenységének csökkentésére olyan műszerállványt készítettek, amelynek fémcsőből készült lábaiban fagyálló folyadékban lévő fémtestek vannak, amelyek a rezgéseket csillapítják. A kézremegés csillapítására a mikrométer csavar rugós kiképzésű.

A lécek komparálását a mérési idény előtt és után végezték. Hőmérsékletet 4-6 műszerállásonként mértek, ma erre digitális hőmérővel minden állásban sor kerül. Kötőpontként vascöveket használtak, de a 80-as évektől ezt egyre inkább felváltotta a burkolatba vert Hilti szeg.

6-1. A négy országos szintezés összefoglaló adatai. táblázat -

I. hálózat

II. hálózat

III. hálózat

IV. hálózat

Létesítés ideje

1872-1914

1921-1939

1948-1964

1968- 2006

Km-es középhiba

4-5 mm/km

0,46 mm/km

0,79 mm/km

0,49 mm/km

I. r. poligonok száma

69

36

33

11

I. r. vonalak hossza

18210 km

6285 km

6143 km

3900 km

Főalappontok száma

1 (Nadap), 7(össz)

1db (Nadap)

1+ 8 db

1+8+32 db

Állandósítás

Furatos tábla, vízsz. felület

Falitárcsa, falicsap, kő bronzgombbal

Falicsap, vállas kő, gomb

„K” pont (földalatti), csap, kő, gomb

Mérőpálya

Vasúti töltés, földút

Közút, vasúti- és csatorna töltés

Közút, vasúti- és csatorna töltés

Csak közút

Szakasz hossza

1500-2500 m

1200 m

1200 m

1000 m (1500 m)

Műszer

Starke-Kammerer szintező

Oltay-Süss féle szintező

Wild N3 libellás szintező

MOM NiA3 kompenzátoros

Léc

Telítetlen fenyőfából készült 1 db kettősosztású léc + függőléc

3 m hosszú, fél cm-es, kétoldali beosztású, fából készült lécpár

Invarbetétes lécpár

Invarbetétes lécpár

Léctávolság

60-80 m

Max. 50 m

Max. 40 m

Max. 35 m

Kötőpont

Vassaru és acélcövek

Facövek gömbölyű fejű szeggel

Facövek és vascövek

Vascövek, hilti

Mérési idő (észlelés+átállás)

20-25 perc

6-8 perc

4-5 perc

3,5-4 perc

Hálózat rövid neve

„katonai”

„Gárdonyi-féle”

„Bendefy-féle”

EOMA

Munkát végző szerv

Bécsi Katonai Földrajzi Intézet

Háromszögelő Hivatal

Budapesti Geodéziai és Térképészeti Vállalat

BGTV, PGTV, vállalkozások


Külön szervezési feladatot jelentett annak biztosítása, hogy más észlelő, más napszakban végezze az oda- és a vissza irányú mérést, ami az elsőrendű hálózatban szabály volt. A másodrendű hálózatban ugyanazon észlelő végezheti az oda-vissza mérést, de ellentétes napszakban, kivéve a tartósan borult időt. A forgalom növekedésével egyre inkább gondot jelent a biztonságos, balesetmentes munkavégzés körülményeinek biztosítása.

A hibahatárok mm-ben: elsőrendű hálózatban

, másodrendű hálózatban

> , harmadrendű hálózatban

, ahol L a szakasz, a vonal, vagy a poligon hosszát jelenti km-ben, attól függően, hogy észlelési differenciáról, magassági záróhibáról vagy poligon-záróhibáról van szó. A kéregmozgási poligonoknál a poligon-záróhiba

értéknél mindig kisebb volt.

Az eredeti elképzelés szerint 20-25 évenként kerülne sor a kéregmozgási hálózat (EOMA elsőrendű hálózat) újramérésére és a mozgások kimutatására. 2007-ben elkezdődött az EOMA elsőrendű hálózatának újramérése, amit nemcsak a pontmozgások indokoltak, hanem a GNSS technológia magasságmeghatározásával szembeni pontossági igények is (az ellipszoidi magasságot minél kisebb transzformációs hibával lehessen tengerszint feletti magassággá átalakítani, amihez GPS/EOMA közös pontok is szükségesek).

A hálózat újramérésének szükségességét mutatja a pontok nagyarányú mozgása két alföldi területen. A III. és a IV. országos hálózat közös pontjai magasságának összehasonlításakor derült ki, hogy Szeged illetve Debrecen környéke 10-15 cm-t süllyedt az olajbányászat illetve a vízkivétel miatt. Ilyen mértékű kerethibák már a gyakorlati feladatok megoldását is veszélyeztetik.

Az EOMA másod- és harmadrendű hálózatának sűrítése az Alföldön 15 évet vett igénybe, mivel 1989-től a munka lelassult. Érthető, hogy a politikai változások, a privatizáció inkább a digitális térképek készítésének gyorsítását kívánták meg és nem az alapmunkák folytonosságát. Jó magassági alapadatokra azonban az autópálya-építéseknél, az árvízi töltések, műtárgyak stb. építésénél és számos más felhasználói igény kielégítésénél alapvető szükség van, ami csak megbízható magassági alaphálózatra támaszkodva lehetséges.