Térinformatika Házi feladat

Geodézia A geodézia vagy földméréstan, a Föld alakjának és méreteinek meghatározásával, valamint a Föld felszínén levő természetes alakzatok és mesterséges objektumok alakjelző pontjainak meghatározásával foglalkozó tudomány. A geodézia az élet sok területén nélkülözhetetlen; a földbirtok- és országhatárok, valamint az épületek alapjainak kitűzése, a térképek készítéséhez szükséges terepfelmérések elvégzése, de a földrajzi helymeghatározás és a navigáció is a földméréstan feladata. A geodézia és a térképészet rendkívül szorosan kapcsolódik egymáshoz, mivel a térkép nem más, mint a földmérők által meghatározott pontok helyzetének grafikus ábrázolása, esetenként kiegészítve a rendeltetésének megfelelő tematikus információkkal (turista-, autós-, topográfiai- stb. térképek, vázrajz).

Felsőgeodézia A felsőgeodézia vagy elméleti geodézia a Föld alakjának és méretének meghatározásával, a kapcsolódó módszerekkel, a nagy kiterjedésű, kontinentális vagy országos kiterjedésű felmérések elméleti alapjainak lefektetésével, továbbá a földmérési alappont-hálózatok felsőrendű pontjainak nagy pontosságú meghatározásával foglalkozik. Felsőgeodéziai meghatározás szerint a Föld felszíne egy teljesen szabálytalan felület, melyet a szilárd talaj és a vizek felszíne alkot, ez a fizikai földalak, amelyet a legjobban megközelítő elméleti földalak a geoid, hétköznapi számításokhoz azonban a matematikailag viszonylag egyszerű forgási ellipszoidot alkalmazzák.

Kozmikus geodézia A felsőgeodézia egy speciális szakterülete, amely a Föld helyzetének térbeli tájékozásával, a forgástengelyeknek a csillagokhoz viszonyított térbeli helyzetének változásával és egyéb, a precíziós mérésekhez elengedhetetlen alapkutatásokkal foglalkozik. A Föld forgástengelyének helyzete kismértékben ugyan, de folyamatosan változik; emiatt az egyes pontok csillagászati módszerekkel kapott koordinátái szintén folyamatosan változnak.

Alsógeodézia Az alsógeodézia vagy gyakorlati geodézia; kisebb kiterjedésű felmérésekkel, birtokhatárok, épületek, építmények kitűzésével, szintezéssel és részletpontok meghatározásával foglalkozik. A geodéziai méréseknek két fő fajtája van; a vízszintes, illetve magassági helymeghatározás, azaz magasságmérés.

Helymeghatározás A geodéziai mérések egyik fontos fajtája a helymeghatározás, a felmérendő pontok egyértelmű meghatározása. Ennek menete a következő: a domborzati viszonyok miatt különböző magasságokban levő pontokat egy egységes alapfelületre – általában a legközelebbi tenger szintje által meghatározott szintfelületre – kell vetíteni. Ezután a szintfelületen levő vetített pont helyzetének valamint az eredeti pont és vetülete közötti távolságnak (a tengerszint feletti magasságnak) meghatározása történik. Ha pont helyzetét a földrajzi helymeghatározással megegyező módon, a Föld tengelyéhez és egyenlítőjéhez viszonyítva határozzák meg, akkor abszolút helymeghatározásról, ha viszont a pontok egymáshoz viszonyított helyzetének meghatározása történik, akkor relatív helymeghatározásról beszélünk.

Abszolút helymeghatározás Az abszolút helymeghatározás során a vetületi pont helyét az alapfelületen földrajzi koordinátákkal adják meg, amely két szögértéket jelent: A földrajzi szélességet, amely a ponthoz tartozó sugárnak az egyenlítő síkjával bezárt szögét adja meg. Attól függően, hogy a pont az egyenlítőtől északra vagy délre helyezkedik el, megkülönböztetünk északi- és déli szélességet. Értéke 0°-90°-ig terjedhet. A földrajzi hosszúságot, amely a kezdő délkör és az adott ponton átmenő délkör síkja által bezárt, az egyenlítő síkjában mért szög. Attól függően, hogy a pont a kezdő délkörtől merre helyezkedik el, megkülönböztetünk keleti és nyugati hosszúságot. Értéke 0°-180°-ig terjedhet.

Geodéziai mérések A geodéziában megkülönböztetnek vízszintes és magassági szögmérést, mindkettő elvégzésének eszköze a teodolit, a szintezőműszer mellett a legáltalánosabban használt geodéziai mérőműszer. A távolságmérés mértékegysége a méter, eszköze a mérőszalag és a mérőléc, újabban a lézeres távmérő. A szintezés során a pontok egymás közti magasságkülönbségét és/vagy a pontok alapfelület (tengerszint) feletti magasságát mérik.

Földmérési pontjelek Ideiglenes pontjelek: kitűzőrúd (jelrúd); szeg; cövek; bipód (tripód); állványos gúla Állandó pontjelek: csap; vasszekrény; vasrúd műanyag fejjel; templomtorony; kémény; kő, betontömb (többféle méretben); vasbeton mérőtorony Szintezési pontjeleket: falicsap; szintezési gomb; szintezési kő (vasgombbal)

Iránytű Mágneses: a Föld mágneses térerősségén alapuló irányzó műszer, ami a mágneses északi irány kijelölésére szolgál (a kínaiak először 2000 évvel ezelőtt használták). Giroszkópikus: a Föld forgásából adódó Coriolis-erő ennél az eszköznél már jelentős szerepet kap, gyakorlatilag ez az erő fordítja a giroszkópot észak-déli irányba, mivel a giroszkóp forgástengelyén ekkor lesz a Coriolis-erő forgató-nyomatéka nulla, amire a szabadon felfüggesztett forgó testek törekednek.

Teodolit Két, egymásra merőleges tengely mentén forgatható távcsőből, illetve egy háromágú lábazatból (műszerállvány) áll. Giro teodolit: a föld forgását észlelve megállapítja a föld forgástengelyének irányát. Így elvégezhető a földfelszín alatt - például alagút építése során - is a műszer tájékozása (a kiindulási helyzet meghatározása), ahol nincs bemérhető alappont.

Tahiméter Távolságmérésre is használható teodolit: a keresőképbe vetített függvény segítségével a távolság bizonyos pontossággal a mérőlécen közvetlenül leolvasható (hasonlót harcjárművek irányzókészülékei is tartalmaznak). A teodolitot lézer távmérővel kiegészítve mérnek távolságot.

Mérőállomás: a teodolithoz kapcsolt lézertávmérőt és számítógépet együtt mérőállomásnak nevezzük. A mérőállomások adatfeldolgozásra készen rögzítik a mért adatokat. Lézerszkenner: olyan mérőállomás, amely automatikusan adathordozóra tárolja a kijelölt szegmensen belüli, az állomás által látott, és lézer távméréssel elérhető pontok (másodpercenként több ezer, gyakorlatilag pontfelhő) adatait.

Fotogrammetria A fotogrammetria olyan tudomány, amely a fényképről vett méretekből meghatározza a valós tárgyak kiterjedéseit. A légi fotogrammetriában a fényképeket a Földről készítik repülőről, vagy műholdról. A fotogrammetria szoros kapcsolatban áll a raszter és vektor alapú térinformatikával, a képfeldolgozási módszerekkel és a felületmodellezéssel.

A fotogrammetria alapegyenletei

A fotogrammetria matematikai alapjai A fotogrammetria az ún. kollinearitási egyenletre épül, amelynek lényege, hogy a terepi pont, annak képi leképződése és a kamera objektívének egyesített főpontja (a fókuszpont vagy vetítési centrum) egy egyenesen helyezkedik el. Az analitikus fotogrammetria sok ismeretlenes, nemlineáris egyenletrendszerhez vezet, melynek megoldása csak számítógépek használata révén lett kivitelezhető. A terepi pontosságot alapvetően a méretarány (repülési magasság) és a fényképi mérések pontossága (digitális képeknél a kép felbontása) határozza meg.

GPS (Global Positioning System) Az USA által kifejlesztett és üzemeltetett – a Föld bármely pontján, a nap 24 órájában működő – műholdas helymeghatározó rendszer (24 db, 6 pályán 20200 km magasságban folyamatosan keringő műholdból áll). Civil pontossága kb. 30 méter, de differenciális mérési módszerekkel akár mm-es pontosságot is el lehet érni, valós időben is.

Matematikai alapjai A műholdas helymeghatározó rendszer időmérésre visszavezetett távolságmérésen alapul. Mivel ismerjük a rádióhullámok terjedési sebességét, és ismerjük a rádióhullám kibocsátásának és beérkezésének idejét, ezek alapján meghatározhatjuk a forrás távolságát. A háromdimenziós térben három ismert helyzetű ponttól mért távolság pontos ismeretében már meg tudjuk határozni a pozíciót. A további műholdakra mért távolságokkal pontosítani tudjuk ezt az értéket.

A helymeghatározás lépései A GPS-vevő folyamatosan rendelkezzen a műholdakon lévő atomórák pontos idejével Legalább 4 műhold láthatósága esetén „háromszögeléssel” meghatározható a földfelszíni pozíció Ehhez ismerni kell a vevő és a műholdak pontos távolságát, amihez a műholdak aktuális pályájának és a kisugárzott jel megérkezési idejének ismerete szükséges Hibák és korrekciók

Kivitelezés A GPS vevő a műhold lesugározta jel alapján szinkronizálja saját óráját, és ismeri meg a műhold pályáját. A rádiójel megérkezésének időpontja alapján tudja a vevő a jel késleltetését, vagyis a műhold távolságát. Minél több műholdat lát egyidejűleg, annál pontosabb lesz a hátrametszés (legalább 3 kell)

Differenciális GPS A földfelszín egy adott, ismert pontján lévő rögzített vevőkészülék megállapítja, mennyi idő alatt érkezne be normál esetben a rádiójel a műholdból – amit regisztrál, ettől eltér. Az eltérés a rádióhullámok sebességét befolyásoló légköri torzító hatásoknak tudható be. Az (összes, fogható műholdra tapasztalható) eltérést a többi vevő felé szétsugározza. A vevők ezzel korrigálják az általuk mért időket, ami csak a földi állomás környezetében használható ki igazán (ez tipikusan néhány száz km), ahol a légkör állapota még megegyezik a földi állomás fölötti légkör állapotával.

A GPS-sel történő helymeghatározás előnyei napszaktól független földfelszín feletti magasságtól független mozgási sebességtől független (a műszerrel akár repülőgépen is mérhetünk, egy bizonyos sebességhatárig)

A GPS-szel történő helymeghatározás hátrányai a szükséges adatok vétele viszonylag hosszú időbe telik (bekapcsolás után több perc is lehet) csak nyílt, fedetlen területeken alkalmazható (pl.: alagútban nem) az épületekről visszaverődő jelek zavart okoznak a mérésben a ritkán előforduló erős napkitörések alatt használhatatlanná válnak.

Más GPS hálózatok GLONASSZ: a Szovjetunió (majd Oroszország) fejlesztette és telepítette az amerikaihoz hasonló műszaki tartalommal (24 műhold 3 pályán) GALILEO: az EU projektje, kizárólag civil alkalmazás, ingyenesen 10 m-es pontossággal, 30 műholddal BEI DOU: Kína kiépítés alatt álló rendszere India is tervez egy (egyelőre) lokális rendszert