Topográfia 7., Topográfiai felmérési technológiák I.
Mélykúti Gábor (2010)
Nyugat-magyarországi Egyetem
A topográfiai térkép tartalma szempontjából négy fő részből áll: a síkrajz, a domborzatrajz, a névrajz és a keretrajz. A felmérési munkák szempontjából ezek közül a síkrajzzal és a domborzatrajzzal kell foglalkoznunk. A síkrajz és domborzatábrázolás mind a megjelenési formákban, mind a meghatározásukhoz alkalmazható mérési módszerekben alapvető különbségeket mutatnak. A megjelenítési módszerek, a síkrajz alaprajszerű jelkulcsos ábrázolása, valamint a domborzatábrázolás alapvetően szintvonalas ábrázolási módszere az utóbbi évszázadban gyakorlatilag nem változott. Jelentős és folyamatos változáson mentek viszont keresztül a felmérési módszerek. A felmérési módszerek alapvetően két fő csoportba sorolhatók:
a helyszíni felmérések, melyek során a méréseket közvetlenül a terepen végezzük, és
a fototopográfiai eljárások , melyek során a térképezés túlnyomó részét fotogrammetriai mérésekkel, kisebb részét terepi munkával végezzük el.
A helyszíni felmérés történhet:
numerikus eljárással (tahimetria), vagy
grafikus (mérőasztalos) eljárással.
A fototopográfiai eljárásoknak három klasszikus módszere alakult ki, a:
kombinált eljárás, a
differenciált eljárás, és az
univerzális eljárás.
Az elektronika és számítástechnika fejlődésével kialakult új mérési és feldolgozási módszereket digitális jelzővel látjuk el, melyek lehetnek helyszíni felmérési-, fotogrammetriai-, egyéb adatnyerési- és adatfeldolgozási eljárások is.
A különböző technológiákról az 2. táblázat ad áttekintést, és a következő fejezetekben részletesebben is tárgyaljuk őket.
A II. világháború után a polgári topográfiai térképezési munkát a kedvezőtlen technológiai adottságok mellett kezdetben nehezítette és lassította, hogy a felmérők döntő többségének a nagyméretarányú, kataszteri térképezésben volt tapasztalata, holott a topográfiai térképkészítés egészen más terepszemléletet követelt meg. A topográfiai térképkészítés felmérési munkáinak sajátossága a nagyméretarányú, geodéziai térképezési módszerekkel szemben:
a terep domborzati viszonyait is mindig térképezni kell, a változatos magasságmérési módszerek alkalmazására az egész térképezendő területen, felületszerűen szükség van,
a kisebb térképezési méretarány kisebb pontossági követelményeket támaszt, (a nagyon pontos, aprólékos részletmérés eredménye eltűnik a kisméretarányú térképen, a ráfordított munka kárba vész, és a kezdetben alkalmazott numerikus felmérési módszer nem is segített ennek a problémának az időben történő érzékelésére, hiszen a térképszerkesztés csak a terepi munkát követően, az irodában történt meg),
a nagy területre kiterjedő, kevésbé részletes felmérési munkák és a kisebb pontossági követelmények egyszerűbb, hatékonyabb technológiák alkalmazását igénylik,
a topográfiai térképnek nemcsak geometriai feltételeket kell kielégítenie, hanem a terep, a táj jellegét is vissza kell tükröznie, ezért a közvetlenül a terepen (pl. grafikus felméréssel, légifényképek terepi minősítésével) készített térképek, illetve a terepi ellenőrzések szerepe megnő.
A helyszíni, terepi mérések legrégibb módszere a grafikus felmérés. A grafikus felmérés lényege, hogy a mérési eredményeket már a terepen, közvetlenül a felmérési térképlapra szerkesztjük fel és a méréssel egyidejűleg, folyamatosan rajzoljuk a térképet. Jegyzőkönyvbe csak azokat a műszer-, vagy lécleolvasásokat rögzítjük, melyek segítségével a mérés közben számításokat kell végeznünk ahhoz, hogy az irányzott pont térbeli helymeghatározó adatait megkapjuk.
A grafikus felmérés fő funkciói:
a vízszintes iránymérés grafikusan, egy rajztáblára rögzített rajzlapon,
a távolság meghatározása a kiválasztott irányban távméréssel,
az irányzott pont és az álláspont magasságkülönbségének meghatározása szintezéssel, tahiméteres, vagy trigonometriai magasságméréssel.
A grafikus felmérés előnyei:
a térkép közvetlen terepi szemlélet alapján, a helyszínen készül,
jól lehet ötvözni a fotogrammetriai módszerek eredményeivel.
A grafikus felmérés hátrányai:
a mérési munka lassúbb, mint a numerikus felmérés,
a mérési eredményeket csak a térkép őrzi grafikus formában,
érzékenyebb az időjárásra, mint a numerikus eljárás.
A grafikus felmérési módszer a topográfiai térképezés ősi módszere. Az első mérőasztalt Praetorius 1590-ben szerkesztette meg, mely segítségével vízszintes irányokat lehetett grafikusan meghatározni. Az irányzáshoz dioptrát használtak. A dioptra, a két végén egy egyszerű irányzó berendezéssel – függőleges réssel, vagy szállal – ellátott vonalzó. A poláris koordináta másik elemét a távolságot mérőlánccal, lépéssel, vagy becsléssel határozták meg, a távolságtól függően. Azonban később látni fogjuk, hogy csupán grafikus iránymetszéssel is nagyon jó pontmeghatározást lehet végezni (pl. előmetszés, oldalmetszés, hátrametszés). A dioptrát az 1800-as évek első felében már távcsőre cserélték, a nagyobb hatótávolság és a pontosabb irányzás érdekében.
A grafikus felmérési módszer közvetlen kapcsolatot biztosít a felmérendő terep és a térkép között, hiszen a mérőasztalra rögzített rajzlapon a munka előrehaladtával a terep vízszintes vetületű képe rögtön a kívánt méretarányban jelenik meg. A terep és a készülő térkép együttes szemlélésével közvetlenül megállapíthatók az eltérések, hiányosságok, és a térképi tartalom helyben kiegészíthető.
Felmerülhet a kérdés, miért tanuljuk még a grafikus felmérés módszereit? Hiszen a digitális helyszíni és fotogrammetriai eljárások sokkal hatékonyabbak és pontosabbak. Azért ismertetjük a grafikus felmérés módszereit,
mert a ma korszerű digitális felmérési módszerek egyike sem biztosítja azt a közvetlen terep – térkép kapcsolatot a munka során, mint a grafikus felmérés,
ennek a módszernek az alkalmazásával lehet legjobban megismerni a topográfiai ábrázolásmód és terepszemlélet sajátosságait,
ennek kapcsán lehet a legjobban érzékelni a méretarányból adódó ábrázolási nehézségeket, kifejezésmódot, hiszen a tereptárgyakat már a mérés pillanatában rajzi jelekkel kell kifejezni,
az alkalmazható mérési módszerek szemléletesek, egyszerű geometriai szerkesztésekre épülnek, rögtön kiderül, ha valamelyik adat hiányzik, hiszen nem tudjuk a pontot felszerkeszteni a térképre,
a mérés kreativitást tételez fel, pontról pontra megválasztható a legalkalmasabb pontmeghatározási módszer,
a mérőasztal felszerelés működése egyszerű, robusztus, igazi „terepes” műszer, nem függ külső körülményektől (nem merül le az akkumulátora, nem telik meg a memória, nem tűnik el a műhold, nem kódolják le az adást, stb.), segítségével közvetlenül előállítható a végtermék, a térkép.
Tehát összefoglalva, a TOPOGRÁFIA megismerésére, megértésére, (megszeretésére), még ma is a grafikus felmérés a legalkalmasabb módszer, függetlenül attól, hogy a topográfiai térképek előállításában a mérőasztalokat már nem használjuk.
A méréseket szemléltető ábrákon a vízszintes iránymérések szerepét a meghatározási tervben is alkalmazott jelölések mutatják.
A grafikus felmérés eszköze a mérőasztal felszerelés, melynek fő részei:
mérőasztal,
tahiméteres vonalzó,
távmérő léc.
A mérőasztal részei:
műszerállvány,
középszerkezet, és
rajztábla
szelencés libella,
tájoló.
A középszerkezet a műszerállvány és a rajztábla között helyezkedik el, segítségével lehet a rajztáblát a műszerállványhoz erősíteni, vízszintessé tenni, függőleges tengely körül elforgatni és rögzíteni munka közben . A rajtáblát akkorára készítették, hogy egy térképszelvény elférjen rajta (~50*50 cm2). A szelencés libella segít a rajzasztal vízszintessé tételében. A tájoló segítségével lehet a rajtábla tájékozását elvégezni, ha más, pontosabb módszert nem tudunk alkalmazni (pl. erdőben, völgyekben fordulhat ez elő).
A tahiméteres vonalzó , a tulajdonképpeni mérőműszer, egy irányzó és mérő berendezéssel ellátott vonalzó. Lehetővé teszi a vízszintes és magassági értelmű irányzást, a távolság- és magasságkülönbség mérést. Szabadon elhelyezhető a rajztáblán, tetszőleges irányba állítható. Fő részei:
a vonalzó, egy hozzá erősített oszlopon
a magassági kör és
a távcső.
A műszeroszlop biztosítja, hogy a távcső vízszintes irányvonala és a vonalzó mindig együtt mozog, ugyanabba az irányba mutat. A távcsővel megirányzott tereppontok irányát a vele együtt mozgó vonalzó éle jelöli ki a rajzlapon. Ez a grafikus iránymérés .
A távcső a vonalzó irányára merőleges vízszintes tengely körül forgatható, így magassági értelmű irányzásra is alkalmas. A távcső a magassági körön keresztül kapcsolódik a műszeroszlophoz. A magassági kör és a távcső szállemeze együtt több funkciót is betölt:
magassági szögleolvasás,
távolságmérés,
magasságkülönbség mérés.
A mérések elvégzése, a magassági körön és a távmérő lécen tett leolvasások , valamint ezek segítségével a vízszintes távolság és magasságkülönbség számítása az alkalmazott tahiméter típusától függ. (A MOM által gyártott mérőasztal felszereléseknél a tangens-tahiméter és a diagram-tahiméter változatokat alkalmazták. A tankönyvben a mérésekre mutatott példáknál a diagram-tahiméter alkalmazását mutatjuk be.)
A vonalzóra egy csúsztatható léptékvonalzó helyezhető fel, ennek segítségével lehet a mért távolságot a vonalzó éle mentén, azaz megirányzott pont irányában, a rajzlapra felszerkeszteni.
A mérőasztal felállítása az a folyamat, melynek során a mérőasztal felszerelést egy ismert helyzetű állásponton mérőképes állapotba hozzuk. Ez a meghatározás két kérdést vet fel, az egyik, hogy grafikus felmérésnél mit tekinthetünk ismert helyzetű pontnak, a másik, mikor lesz mérőképes állapotban a műszerünk?
Grafikus felmérés esetén ismert helyzetű a pont akkor, ha a
terepen egyértelműen azonosítható, és a
térképlapra fel van szerkesztve a képe.
Az ismert helyzetű pontokat a térképlapon tűszúrással jelöljük meg. Köré rajzoljuk a pont jelét (nullkör, háromszög), és megírjuk a számát, vagy nevét és a magasságát.
A mérőasztal felszerelés akkor van mérőképes állapotban, ha a mérőasztal:
az álláspont felett áll (pontra állás),
vízszintes, és
tájékozva van (tájékozás).
Először a középszerkezetet a szívcsavarral rögzítjük a műszerállványhoz, majd ráhelyezzük a rajztáblát, és ezt szintén a középszerkezethez rögzítjük a három erre szolgáló csavar segítségével. A rajztáblára rögzítjük a mérettartó alapra erősített, előkészített térképlapot. (Ezt a felmérési munka megkezdése előtt, általában csak egyszer, de akkor nagyon jól végezzük el. Nem vesszük le naponta a térképlapot a rajztábláról, mert annak mozdulatlansága igen fontos követelmény a terepi mérés és rajzolás közben.)
A pontra állás azt jelenti, hogy a mérőasztal úgy helyezkedik el a terepi pont fölött, hogy a terepi pont függőlegese átmegy a pontnak a térképlapra felszerkesztett képén. A pontra állást egy villásvetítő segítségével lehet pontosan elvégezni, hogy elkerüljük a külpontos mérést. Erre azonban csak nagyméretarányú felméréskor van szükség. Az 1:10 000 méretarányú térképezésnél a rajzon 0,1 mm a terepen 1 méternek felel meg. Az álláspont felszerkesztett képe sem lehet ennél kisebb, tehát a pontra állásnál elegendő, ha a terepi pont a rajztábla azon része alatt helyezkedik el, ahol a pont felszerkesztett képe található. A műszerállvány segítségével a rajztáblát olyan magasra állítjuk, hogy azon kényelmesen rajzolni is tudjunk, és úgy rögzítjük (tapossuk a végeit a talajba), hogy mérés és rajzolás közben ne mozduljon el, ne süllyedjen tovább.
A mérőasztal vízszintessé tételét a rajztáblára helyezett szelencés libella és a középszerkezeten található talpcsavarok segítségével végezzük el. A rajztábla vízszintessé tételét – a helyes vízszintes iránymérésen túlmenően – azért célszerű gondosan elvégezni, mert a részletpontok mérésekor minden esetben magassági értelmű mérést is kell végezni, ehhez pedig a magassági kör indexlibelláját be kell állítani. Ha a rajtábla vízszintes, akkor ez a művelet sokkal kevesebb időt igényel.
Mérőasztal tájékozása során a rajztábla függőleges tengely körüli forgatásával biztosítjuk, hogy térképre felszerkesztett geodéziai koordináta rendszer párhuzamos legyen a terepi, a valódi geodéziai koordináta rendszerrel. Ebben az esetben a terepen az álláspontból a különböző tereppontokra menő irányok és a térképen az álláspont képéből a megfelelő tereppontok képeihez húzott irányok szintén párhuzamosak egymással.
A rajztábla tájékozását kétféleképpen végezhetjük el:
ismert pontról ismert pontra történő tájékozással,
tájoló segítségével.
Ismert pontról ismert pontra történő tájékozás végrehajtása.
Az egyik ismert állásponton pontra állunk a mérőasztallal és vízszintessé tesszük a rajztáblát. A mérőműszer vonalzójának élét az A álláspont képe és a másik ismert B pont képe mellé illesztjük. A rajzasztalt a középszerkezet segítségével addig forgatjuk előbb durván, majd a paránycsavarral finoman, amíg a távcsőben a másik ismert B pontot a függőleges szállal pontosan meg nem irányoztuk. Ebben az esetben a távcső irányvonala a terepen, a vonalzó éle a térképen megy át egyidejűleg a két kiválasztott ponton. Tehát a terepi és a neki megfelelő térképi irány egymással párhuzamos. Ezzel a rajzasztal tájékozását elvégeztük. Ettől kezdve, amíg ezen a ponton mérünk, ügyelnünk kell a rajztábla mozdulatlanságára! Ezt részletmérés közben célszerű többször ellenőrizni.
A tájékozás elvégzéséhez mindig a leghosszabb irányt válasszuk. A tájékozó irány mindig hosszabb legyen, mint a meghatározandó irányok. A tájékozást mindig ellenőrizzük le egy másik ismert pont segítségével. Ennek elvégzéséhez emeljük fel a műszert, és helyezzük vissza úgy az asztalra, hogy a vonalzó éle az álláspont és a másik ismert pont képére illeszkedjen. Ha a tájékozás jó, akkor a távcsőbe nézve a másik ismert pontot a szálkereszt függőleges vonalán fogjuk látni.
Tájékozás végrehajtása tájoló segítségével.
A mérőasztal tájékozására a tájolót akkor használjuk, amikor az álláspontunkról nem látunk másik ismert pontot, nem ismerjük az álláspontunk helyét a térképen, vagy a tájékozáshoz felhasznált két pont a térképen közel van egymáshoz (t < ~10 cm).
A tájolóval történő tájékozást elő kell készíteni, meg kell határozni a tájolóállást , melyet kétféle módon végezhetünk el:
A tájolóállás meghatározásának egyik módja, hogy tájékozzuk az asztalt ismert ponton ismert pontra, majd a tájoló élét egy kiválasztott É-D irányú térképi vonalhoz illesztjük, és leolvassuk a tájoló állását. Ezt a jegyzőkönyvbe felírjuk. A térkép öt különböző pontján elvégezzük ezt a műveletet, és a kapott értékek számtani középértékét fogadjuk el tájolóállásnak.
A tájolóállás meghatározásának egy másik módszere, hogy az asztal ismert pontról ismert pontra történő tájékozása után úgy helyezzük el a tájolót a térkép keretvonalán kívül, hogy az iránytű pontosan 0-ra mutasson. Ekkor a tájoló éle mellett egy ceruzavonalat húzunk. Ezt több állásponton leellenőrizzük.
A tájékozás végrehajtása tájoló segítségével ezek után a két esetnek megfelelően úgy történik, hogy:
A tájoló élét a kiválasztott É-D irányú vonalhoz illesztjük, a rajztáblát először durván, majd a paránycsavar segítségével finoman addig forgatjuk, amíg az iránytű a korábban meghatározott tájolóállás értékre nem mutat.
A tájoló élét a keretvonal mellé húzott vonalra illesztjük, a rajztáblát először durván, majd a paránycsavar segítségével finoman addig forgatjuk, amíg az iránytű a 0-ra nem mutat.
Tájolóval végzett munka közben ügyeljünk arra, hogy semmilyen vastárgy (kulcs, zsebkés), elektromos vezeték, stb. ne legyen a közelben.
A tahiméterek segítségével elvégezhető mérések:
vízszintes iránymérés,
távolságmérés,
magasságkülönbség mérés.
A vízszintes iránymérés a tahiméteres vonalzók segítségével minden esetben grafikusan történik.
A távolság és magasságkülönbség méréshez a diagram-tahiméterrel a meghatározandó pontra függőlegesen felállított távmérő lécen, és a magassági körön elhelyezett diagramokon, esetleg a magassági szögbeosztáson leolvasásokat kell tenni, és a lécleolvasás különbségekből számíthatók a kívánt értékek.
A távcsővel az irányzást mindig úgy hajtjuk végre, hogy az irányzott pont a függőleges szál és az alapkör metszéspontjába kerüljön. Az alapkör helyzetét a lécen leolvassuk. A leolvasások előtt minden esetben ellenőrizzük az index libella beállítását!
A vízszintes távolság meghatározásához a 100-as, vagy a 200-as szorzóállandójú távmérőszál és a függőleges szál metszéspontjában olvasunk le a lécen.
A műszerhorizont és az alapszállal megirányzott pont közötti magasságkülönbség meghatározásához pedig a +10, +20, +50, vagy a -10, -20, -50 szorzóállandójú magassági diagramok és a függőleges szál metszéspontjában olvasunk le a lécen. Ez a tahiméteres magasság mérés.
A diagramszálnál és az alapkörnél tett lécleolvasások különbségét szorozva a megfelelő diagram értékkel, megkapjuk a keresett mennyiséget. A lécleolvasásokat mindig mm egységben végezzük el, és akkor az eredményt méter egységben kapjuk meg helyesen.
A diagram-tahiméterrel az irányzott pont magassági szögét is leolvashatjuk a látómező alján futó beosztáson. Ezt használhatjuk a trigonometriai magasságméréshez .
A 7-7. ábra szerint a leolvasások és a számított távolságok, ill. magasságkülönbségek:
7-1. táblázat - Leolvasások diagram tahiméterrel és a számított távolságok és magasságkülönbségek
|
a lécleolvasás helye |
leolvasás a szállemezen |
leolvasás a lécen |
számítás |
eredmény |
|
alapkörön |
a |
0000 | ||
|
100-as távmérőszálnál |
100 |
0230 |
100*(0230-0000) = |
23,0 m |
|
200-as távmérőszálnál |
200 |
0115 |
200*(0115-0000) = |
23,0 m |
|
-20-as magassági szálnál |
-20 |
0245 |
-20*(0245-0000) = |
-4,90 m |
|
-50-es magassági szálnál |
-50 |
0098 |
-50*(0098-0000) = |
-4,90 m |
|
magassági szög |
-12° 00’ |
tg(-12° 00’)*23,0 = |
-4,89 m |
A magasságmérések megkezdése előtt a műszerhorizont abszolút magasságát mindig meg kell határozni. Ezt kétféleképpen tehetjük meg:
Az ismert magasságú állásponttól megmérjük a rajztáblára helyezett műszer fekvőtengelyének a magasságát ( műszermagasság ), és ezt hozzáadjuk az álláspont tengerszint feletti magasságához.
A műszerhorizont magasságát egy ismert magasságú pontról határozzuk meg úgy, hogy műszerrel magasságmérést végzünk erre a pontra, és a mért magasságkülönbséget levonjuk az irányzott pont ismert magasságából. (A mérés történhet vízszintes helyzetű távcsővel (szintezéssel), vagy trigonometriai magasságméréssel.)