dome geodesique

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
FAKULTA STAVEBNÍ
JOSEF WEIGEL
VYŠŠÍ GEODÉZIE II
HE10_M01
ZÁKLADNÍ VÝŠKOVÉ BODOVÉ POLE
(NIVELAČNÍ BODY A NIVELAČNÍ SÍTĚ)
STUDIJNÍ OPORY
PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU
FORMOU STUDIA
Tento text neprošel jazykovou korekturou
© Josef Weigel, Brno 2007
2 (111)
OBSAH
1 Úvod 7
1.1 Cíle ........................................................................................................7
1.2 Požadované znalosti ..............................................................................7
1.3 Doba potřebná ke studiu .......................................................................7
1.4 Klíčová slova.........................................................................................7
1.5 Metodický návod na práci s textem ......................................................7
2 Počátky výškových měření...........................................................................9
2.1.1
Nejstarší výšková (nivelační) měření......................................9
2.1.1.1 Nilometry ................................................................................9
2.1.1.2 Dioptra ....................................................................................9
2.1.1.3 Chorobates ............................................................................10
2.1.1.4 Krokvice................................................................................11
2.1.2
Průhledítko (průzor) Jana Dubravia......................................11
2.2 První nivelační přístroje s dalekohledem ............................................13
2.2.1
Vědecké počátky nivelace.....................................................13
2.2.2
Nivelační přístroje s libelou ..................................................14
2.3 Trigonometrické měření výšek ...........................................................15
2.4 Barometrické měření výšek ................................................................17
3 Nadmořské výšky a střední hladiny moří ................................................19
3.1 Hladina moře (oceánu) a její měření...................................................20
3.1.1
Příčiny změn výšky mořské hladiny .....................................21
3.1.2
Mareografy – přístroje k měření výšky mořské hladiny.......21
3.1.3
Družicová altimetrie..............................................................24
3.1.4
GPS na bójích .......................................................................25
3.2 Střední hladina moře (MSL) ...............................................................26
4 Výchozí body výškových systémů .............................................................31
4.1 Výchozí body výškových systémů používaných na našem území .....33
4.1.1
Molo Sartorio v Terstu (Jadranský výškový systém) ...........34
4.1.2
Normaal Amsterdams Peil (Výškový systém Normal-Null) 36
4.1.3
Kronštadt (Baltský výškový systém) ....................................37
4.2 Další vybrané výchozí body výškových systémů používaných
v Evropě ..............................................................................................38
5 Základní nivelační (výškové) sítě na našem území..................................41
5.1 Rakousko-uherská nivelační síť - období do roku 1918 .....................41
5.2 Období „první republiky“ (1918 – 1939)............................................44
5.3 Válečné období 1939 – 1945 ..............................................................48
5.4 Vybudování ČSJNS (období 1945 – 1960)........................................48
5.4.1
Výškový systém Jadranský - ČSJNS ...................................50
5.4.2
ČSJNS – výškové systémy baltské .......................................51
5.4.2.1 Výškový systém Baltský B - 68............................................51
5.4.2.2 Výškový systém Baltský B - 46............................................52
5.4.2.3 Výškový systém Baltský - po vyrovnání (zkratka Bpv) .......52
3 (111)
5.4.3
Přibližný převod mezi výškovým systémem jadranským a
Bpv ....................................................................................... 53
5.5 Opakované nivelace a Zvláštní nivelační sítě, období 1961 – 1989 .. 54
5.5.1
Opakované nivelace ............................................................. 54
5.5.2
Zvláštní nivelační sítě........................................................... 57
5.6 Období po roce 1989 .......................................................................... 58
5.6.1
Česká státní nivelační síť - ČSNS ........................................ 58
5.6.2
Štátna nivelačná sieť na Slovensku ...................................... 59
5.6.3
Zapojení výškových geodetických základů do UELN ......... 59
5.7 Státní prostorové sítě .......................................................................... 61
5.7.1
Prostorové sítě NULRAD a DOPNUL ............................... 62
5.7.2
Základní geodynamická síť ČR (GEODYN) ....................... 64
5.7.3
Česká síť permanentních stanic pro určování polohy
(CZEPOS) ............................................................................ 65
5.7.4
Evropský vertikální referenční systém (EVRS) ................... 66
5.7.5
Celosvětový výškový systém (WHS)................................... 67
6 Nivelační body ............................................................................................ 69
6.1 Základní výškové bodové pole........................................................... 70
6.1.1
Základní nivelační body ....................................................... 70
6.1.2
Body ČSNS I. až III. řádu .................................................... 72
6.1.3
Označování nivelačních oblastí a nivelačních pořadů ......... 73
6.1.4
Číslování (označování) nivelačních bodů ............................ 76
6.2 STABILIZACE NIVELAČNÍCH BODŮ.......................................... 78
6.2.1
Nivelační značky .................................................................. 78
6.2.2
Typy stabilizací nivelačních bodů........................................ 81
6.2.2.1 Stabilizace Základních nivelačních bodů ............................. 82
6.2.2.2 Hloubkové a tyčové stabilizace............................................ 84
6.2.2.3 Stabilizace nivelačními kameny........................................... 87
6.2.2.4 Nástěnná stabilizace ............................................................. 89
6.2.2.5 Skalní stabilizace.................................................................. 90
6.2.2.6 Jiné typy stabilizací .............................................................. 91
6.2.3
Volba míst pro nivelační body ............................................. 91
6.2.3.1 Obecné zásady...................................................................... 91
6.2.3.2 Stabilita nivelačních bodů .................................................... 92
6.2.3.3 Místopisy nivelačních bodů a zákres bodů v mapě.............. 94
6.3 Dokumentace nivelačních údajů, databáze......................................... 96
6.3.1
Katalogy nivelačních bodů................................................... 96
6.3.2
Soubory nivelačních údajů ................................................... 97
6.3.3
Databáze ČSNS .................................................................... 97
6.4 Údržba a obnova ČSNS.................................................................... 100
7 Úkoly ......................................................................................................... 103
8 Závěr ......................................................................................................... 105
8.1 Shrnutí .............................................................................................. 105
8.2 Studijní prameny .............................................................................. 105
4 (111)
8.2.1
8.2.2
8.2.3
8.2.4
8.3
Základní literatura...............................................................105
Seznam doplňkové studijní literatury .................................105
Základní právní předpisy ....................................................106
Odkazy na další studijní zdroje a prameny .........................106
8.2.5
Elektronické zdroje .............................................................107
Seznam obrázků a tabulek.................................................................108
5 (111)
1
Úvod
1.1
Cíle
Předmět Vyšší geodézie II prohlubuje a doplňuje znalosti získané
v bakalářském studiu v předmětech Geodézie, Geodetické sítě a Vyšší
geodézie a základy kosmické geodézie. Hlavním cílem tohoto studijního
modulu je podat detailní informace o nivelačních sítích a nivelačních bodech se
zaměřením především na naše státní území.
V úvodní části je nastíněn vývoj výškových měření od počátků naší civilizace.
Do této historické části nebyly zahrnuty milníky spojené se studiem tíhového
pole Země, neboť budou začleněny do modulu zabývajícího se teorií výšek
obecně. Vývoj výškových sítí je v tomto modulu pojat nejen z historického
hlediska jejich vzniku, ale je i pojednáno o současných trendech spojených
s aplikacemi družicových technologií , které mají již převážně globální
charakter.
1.2
Požadované znalosti
Při studiu tohoto předmětu se předpokládá, že student zvládl bez větších
problémů teoretickou i praktickou stránku výškových měření zařazených do
předmětů Geodézie a Výuka v terénu. Předpokládá se samozřejmě dobrá
znalost metody geometrické nivelace i základní znalosti z vyrovnání
geodetických sítí.
1.3
Doba potřebná ke studiu
Studijní text není příliš náročný na znalosti z teoretických disciplín, má spíše
popisný charakter. Protože značná část textu je rozšířením a konkretizací již
známých poznatků, je doba potřebná ke studiu dána schopností studenta
zapamatovat si podstatné informace z těchto pasáží. Doba potřebná ke studiu
celého modulu byla odhadnuta na 12 hodin.
1.4
Klíčová slova
Altimetrie, GNSS, mareograf, nivelace, nivelační body, nivelační přístroj,
stabilizace nivelačních bodů, státní nivelační sítě, střední hladina moře,
prostorové sítě, výšková měření, výškové systémy, základní výškové bodové
pole
1.5
Metodický návod na práci s textem
Text je převážně faktografický, proto jeho studium nevyžaduje žádných
speciálních znalostí z matematiky nebo fyziky. V textu nejsou žádná
odvozování a pokud jsou uvedeny vzorce nebo vztahy, tak jen v jejich
7 (111)
výsledné podobě. Některé složitější metody jsou jen naznačeny, neboť se
student s nimi setká v jiných předmětech, např. v kosmické geodézii,
v geofyzice a geodynamice aj. Podrobněji je zmíněna tématika evropských a
světových výškových systémů, neboť ucelená literatura zatím neexistuje a
student by musel komplikovaně tyto informace získávat jinde. Podobný přístup
byl zvolen i k problémům vázaným k tzv. střední hladinu moře a metodám
jejího určení.
Vlastní studium textu by nemělo být náročné a předpokládá, že student si
doplňující informace, které ho zaujmou hlouběji, dohledá na internetu. Šíře
problematiky popisované v textu neumožnila vypsat internetové odkazy. Zde
odkazuji studenta na internetové vyhledávače. Na některé kontrolní otázky
bude moci student odpovědět jen po jejich vyhledání na internetu. Stručná
historie výškových měření
V této kapitole bude podán stručný přehled o historii výškových měření od
nejstarších dob po počátky přesných nivelačních měření. Další vývoj
nivelačních metod a nivelačních přístrojů bude náplní dalšího studijního
modulu.
8 (111)
2
Počátky výškových měření
Základní myšlenka využití vodní hladiny ve spojených nádobách k nivelaci je
stará několik tisíciletí před naším letopočtem. I když se nedochovaly žádné
písemné nebo obrazové záznamy, lze si jen stěží představit, že by velká
zavodňovací, zavlažovací a kanalizační zařízení v Egyptě, Babylónii a Číně
byla vybudována bez znalostí této měřické metody.
2.1.1
Nejstarší výšková (nivelační) měření
Nejstarší známé kanály a průplavy byly vybudovány v kolébce civilizace Mezopotámii již 4000 let př.n.l. pro zavlažování rozsáhlých území mezi řekami
Eufratem a Tigridem. Obdobné zavlažovací stavby jsou známy z Pákistánu a
severní Indie (2600 př.n.l.), z Číny (2300 př.n.l.) a z Peru. V Egyptě, za vlády
faraóna VI. dynastie Fiopse (Pepi I - Meryre) v druhé polovině třetího tisíciletí
př.n.l., byl pro plavbu lodí přes kaskády (cataracs).vybudován první kanál na
řece Nilu v blízkosti Asuánu. V té době byly též započaty práce na stavbě
kanálu Bahr Yussef (Josefova vodní cesta) spojujícího řeku Nil s jezerem
Moeris (nyní Birket Qarun).
2.1.1.1 Nilometry
Ke sledování výšky hladiny řeky Nilu byly zřizovány v chrámech v jeho blízkosti
nilometry (sloupy, schodiště nebo studny propojené s řekou), na jejichž stěnách byly
vytesány kalibrační stupnice, viz obrázky 2.1 a 2.2.
Obr. 2.1 :Nilometr v Asuánu
Obr.2.2: Nilometr v Kom Ombo
2.1.1.2 Dioptra
První podrobný popis nivelační metody uvádí ve svém spise Peri dioptrás
(Dioptrika, resp. O dioptře) Hérón Alexandrijský (kolem 10 – kolem 75), v níž
se v 35 kapitolách (z celkového počtu 37) zabýval postupy a měřickým
vybavením pro geodézii. Předpokládá se, že podkladem pro jeho práce byly
starší egyptské spisy, které zpracoval na způsob učebnice. V tomto spise Hérón
9 (111)
Alexandrijský popisuje dioptru, předchůdce teodolitu, a nivelační přístroj.
Nivelačním přístrojem (obrázek 2.3) byla trubice položená na dlouhém
pravítku. Vodorovná trubice byla na obou koncích zakončena svislými
skleněnými válci, které s ní tvořily spojité nádoby. Tyto válce byly chráněny
ochrannými rámci, v nichž se pomocí šroubů pohybovaly destičky
s vodorovnými štěrbinami - průzory, které se nastavovaly do výše vodní
hladiny ve válcích. Přístroj se upevňoval na stojan s kruhovou, ozubenou
deskou. Nivelační lať k tomuto přístroji (obrázek 2.4) byla rozdělena na dílky
(stupnici) a opatřena černobílým kruhovým terčem, zavěšeným na kladce. Lať
byla též vybavena olovnicí.
2.1.1.3 Chorobates
Jiný „nivelační přístroj“ popisuje Vitruvius Pollio v knize „De architectura“
z roku 13 př.n.l. Tento přístroj, zvaný chorobates (princip je na obrázku 2.6),
je dřevěná deska dlouhá 20 stop (asi 6 m), na koncích opatřená dvěma stejně
dlouhými, do pravého úhlu upevněnými podstavci (nohami). Mezi deskou a
každým podstavcem jsou příčky, přes které procházejí na desce zavěšené
olovnice. Podkládáním noh se olovnice přivedly do správné polohy, čímž byla
deska urovnána. Uprostřed desky byl rovněž vyřezán podélný žlábek dlouhý 5
stop (1,5 m) a široký 1 palec (2,5 cm), který sloužil k urovnání desky pomocí
vody nalité do tohoto žlábku. Voda byla používána při větrném počasí, kdy
nebylo možno použít olovnic. Obrázek 2.5 je z vydání Vitruvia z roku 1547.
Obr. 2.3: Hérónův nivelační přístroj
Obr 2.5: Vyobrazení Chorobates s
dalšími nivelačními přístroji
Obr. 2.6: Schéma chorobates
Obr. 2.4: Hérónova nivelační lať
Autor se v této knize zmiňuje také o přístroji „librae aquariae (vodní váha),
podrobný popis však neuvádí. Existuje názor, že to byl zjednodušený přístroj
Heronův, v jehož trubici plavaly speciálně upravené průzory.
10 (111)
2.1.1.4 Krokvice
U přístroje chorobates bylo využito k určení vodorovného směru i směru
svislého, realizovaného závěsem olovnice. K takto vytvořenému svislému
směru byl mechanicky zkonstruován pravý úhel.
Obr. 2.9: Krokvice s průzorem
Obr. 2.10: Krokvice závěsná
Obr. 2.7: Princip krokvice
Obr. 2.8: Schéma užití krokvice
Princip je znám z tzv. krokvice (A-frame level) obrázek 2.7 – rovnoramenného
trojúhelníku, urovnávaného do vodorovného směru pomocí olovnice. Na tomto
principu vznikaly i další „nivelační přístroje“ (obrázky 2.8 až 2.10). Dá se
předpokládat, že tento princip byl používán již v dřívějších dobách při stavbách
pyramid.
Na obdobném principu byl sestrojen i primitivní nivelační přístroj (tvůrce
Abderrahman el Chaziny zemřel v r. 1157), kterým byl pravidelný, trojboký,
dutý jehlan. V jeho vrcholu byla zavěšena olovnice, která při vodorovné poloze
základny směřovala do jejího středu. Vodorovná přímka se vytyčovala pomocí
průzorů ve stěnách jehlanu.
V knize Giovaniho Brancy z roku 1629 je vyobrazen hadicový výškoměr.
Kožené hadice jsou spojeny krátkými cínovými trubicemi, na jejichž koncích
jsou skleněné válce.
2.1.2
Průhledítko (průzor) Jana Dubravia
První popis nivelace v české literatuře se objevuje roku 1547 v díle De piscinis
od olomouckého biskupa Jana Dubravia (1486 – 1553). V knize II. kapitola 2.
se píše „O nivelaci v rybnících a nástrojích k tomu užívaných“. Protože
Dubraviovo dílo bylo podkladem pro práce Jakuba Krčína z Jelčan a Sedlčan
(1535 – 1604) při zakládání rybníků a stok v jižních Čechách, uvedeme pro
zajímavost citaci z tohoto díla (převzato z [1]):
11 (111)
„Měřič má povinnost, aby často chodil na místo, jež se hodí k založení rybníka a
důkladně je prozkoumával. Jakmile je častěji prohlédne a uzná je za dostatečně
způsobilé, nastane mu úkol, aby s použitím vodní krokvice vyměřil spád vod na
onom místě a pak rozhodl,jak vysoká hráz se má podle hloubky stojících vodu
rybníka postavit. Podle Vitruvia se pak spád vody vyměřuje průhledítkem,
vodováhou nebo krokvicí. Týž Vitruvius říká, že přesnějšího výsledku se dosahuje
vážnou latí, protože průhledítka a vodováhy
klamou. Vzor takové krokvice popisuje v 8.
knize velmi mnoha slovy a nadto i náčrtkem.
I my užíváme krokvice takřka všeobecně,
jakož i vodováhy a jako průhledítka, jež
také on popsal. Kdo však by se rád nosil na
cestách s krokvicí, dlouhou asi dvacet stop?
My tedy uvedeme v obecnou známost
průhledítko, přístrojek ne větší než dvě
dlaně, jaký bude moci každý kamkoliv
s sebou nosit, třebas i v měšci, a hned
vyměřovat rybník.Průhledítko se zhotovuje
takto: vede se úplně rovná měděná nebo
železná destička dlouhá sedm nebo osm
palců, široká na prsteník, zcela na konci se
k ní připojí přepážky, také tak hladce
vyrovnané a uprostřed provrtané, aby bylo
Obr. 2.11: Průhledítko Jana
možno otvory se dívat skrz. Uprostřed boční
Dubravia z roku 1547
strany se tyčí železná hůlka; na vrcholu má
kroužek a o něco níže závaží, zavěšené na
niti tak, jak to vidíš na našem nákrese“.(obrázek 2.11 – schéma průhledítka,
nejedná se kopií nákresu z originálu díla) „Průhledítka pak rybníkáři používají
jako základu svého umění, neboť dobře vědí, že bez krokvice údaje pouhého zraku
bývají klamné. Chtěl-li bys tedy někdy užít tohoto průhledítka při vyměřování
rybníků, připrav si nejprve tyč,rozdělenou po určitém počtu loket. Potom tuto tyč
zaraz do země v místě, odkud začneš s vyměřováním. Až to vykonáš, zarazíš železný
hřeb do oné tyče, opět ve vzdálenosti určitého počtu loket. Na tento hřeb zavěs na
kroužek průhledítko, ale svisle. Jinak totiž, nebude-li zvěšeno správně a rovně a
potom přiloženo k oku tou stranou, na které jsou přepážky s otvory, nebude jeho
údaj spolehlivý. Je k tomu třeba vybrat klidný a tichý den, neboť čím méně se bude
vítr do krokvice opírat, tím rychleji a lépe skončíš vyměřování rybníka. Budeš-li
v takový den právě vyměřovat maličké místo, hned jediným pohledem uvidíš a
změříš spád vody. Pakli by se naskytla větší plocha než abys ji mohl celou
najednou přehlédnout, nebo pakli snad by ji zastiňovaly a byly na překážku stromy,
tehdy s prvního stanoviště změříš takovou plochu, kterou bude moci oko pohledem
obsáhnout, a tak si budeš dále počínat na druhém stanovišti, potom třetím, pokud
nedokončíš započaté dílo. Na konci každého úseku si znamenej celým číslem výšku,
kterou ti v jednotlivých vzdálenostech ukáže průhledítko, abys tím bezpečněji a
přesněji znal vzájemné poměry celého místa od prvního do posledního stanoviště a
abys věděl, jak vysokou hráz máš podle těchto poměrů u rybníka zdvihnout. Je totiž
stejně špatnou službou přehnat služební úkony jako je nesplnit, jestliže svou práci
řídíme rozumným a náležitým způsobem.“
Text je dokladem nejen o konstrukci průhledítka, ale i pěkným popisem
měřického postupu a společenského postavení a významu tehdejší funkce
měřiče.
12 (111)
2.2
První nivelační přístroje s dalekohledem
V roce 1608 sestrojil holandský optik Hanz Lippershey (1570 – 1619)
dalekohled a patentoval jej jen několik týdnů před Jakobem Metiusem. Další
úpravu provedl v roce 1609 Galileo Galilei (1564 – 1642). Roku 1640 sestrojil
William Gascoigne (1610? – 1644) v Anglii nitkový kříž upnutím dvou vláken
v ohniskové rovině dalekohledu. Jeho vynález však zůstal nepovšimnut a mimo
jeho zemi nebyl známý. Později ho použil francouzský matematik a astronom
Jean Picard (1620 – 1682).
2.2.1
Vědecké počátky nivelace
Francouzi položili také vědecké základy nivelace. Byl to právě Jean Picard
v roce 1648. Jeho díla „L´école des arpenteurs où lón enseigne“ a .“Traité du
nivellement par M. Picard“ vydal opravené a rozšířené roku 1684 Fillipe de La
Hire (1640 – 1718). Ttitulní strana druhé publikace je na obrázku 2.12. Jsou
Obr. 2.12: Titulní strana Picardovy
publikace o nivelaci – vydání de La
Hireho z roku 1684
Obr. 2.13: Picardův nivelační přístroj
z roku 1674
v něm popsány přístroje Picardovy, de La Hirovy aj., jejich rektifikace a
obsahují také původní teorii o nivelaci, pracovní postupy a vzory nivelačních
zápisníků. Roku 1674 sestrojil Picard nivelační přístroj (obrázek 2.13 z de La
Hireho publikace – obrázek 2.12) kterým byla provedena nivelace okolo
Paříže, aby se mohl, z rozkazu krále Ludvíka XIV., vybudovat vodovod pro
Versailleský palác. Přístroj se skládal ze dvou trubic spojených ve tvaru kříže.
Vodorovnou trubici tvořil dalekohled, ve svislé byla zavěšena olovnice, která
13 (111)
se při vertikální poloze přístroje ztotožňovala se značkou v dolní části trubice.
Stativ připomínal malířský stojan.
Další nivelační přístroje jsou ukázány na obrázcích 2.14 až 2.16.
Obr. 2.15: Nivelační přístroj de La
Hireho
Obr. 2.14: Huygensův(?) nivelační
přístroj
Obr. 2.16: Maletův nivelační přístroj
Picardův přístroj byl později zdokonalen Christianem Huygensem (1629 –
1695) viz -obrázek 2.14, a Adrienem Auzoutem (1622 – 1691). Bylo jej možno
rektifikovat a byl menších rozměrů. Na obrázku 2.15 je nivelační přístroj de La
Hireho.
2.2.2
Nivelační přístroje s libelou
Za autora trubicové libely se také považuje francouzský cestovatel, matematik,
fyzik a diplomat Melchisédech Thévenot (1620? – 1692), který ji vyrobil asi
v roce 1660, neboť v únoru 1661 je o ní zmínka v jeho korespondenci s .
Huygensem. Podle některých autorů již byla ale známa dříve. Původně to byla
skleněná trubice naplněná vodou, později lihem. Jesse Ramsden (1735 – 1800)
v Anglii použil kolem roku 1768 k sestrojení libely již zakřivené trubice.
Antonie de Chézi (1718 – 1798) ji pak připevnil k dalekohledu. Přístroj již měl
14 (111)
podložku a stavěcí šrouby. V roce 1824 německý konstruktér Georg Friedrich
von Reichenbach (1722 – 1826) opatřil objímku libely rektifikačními šrouby.
Na obrázcích 2.16 až 2.20 jsou ukázky některých těchto přístrojů.
Obr. 2.17: Chéziho nivelační přístroj
Obr. 2.19: Ramsdenův nivelační
přístroj z roku 1818
Obr. 2.18: Boinův nivelační přístroj s
libelou
Obr. 2.20: Egaultův nivelační
přístroj, výrobek firmy Secrétan 1866
První dosti dokonalý nivelační přístroj sestrojil v roce 1820 inženýr Pierre
Marie Thomas Égault (1777 – 1839), v roce 1825 byl doplněn o třínožku se
stavěcími šrouby a hrubou ustanovkou a od roku 1830 jsou průzory nahrazeny
dalekohledem. Tato základní konstrukce se používala až do doby, kdy byly
nivelační libely na přístrojích nahrazeny kompenzátory.
2.3
Trigonometrické měření výšek
Výšky je možno určovat nejen nivelací, ale též trigonometricky. Za počátky
trigonometrie můžeme považovat její použití filosofem Thalesem z Miletu (asi
624 př.n.l.-asi 546 př.n.l), který určil výšku pyramidy z délky jejího vrženého
stínu a podobnosti trojúhelníků. Původcem arabské trigonometrie byl astronom
a matematik Al Battání (asi 855-929), který např. sestavil tabulky
goniometrických funkcí. (sinus a kotangens). Své poznatky čerpal též
z indického spisu Sindhind. Abúl-Wafá (940-997), zavedl všech šest
goniometrických funkcí, poprvé i funkce secans a cosecans.
Historii trigonometrických měření se nebudeme dále věnovat, neboť tento text
je věnován především nivelacím. Na obrázcích 2.21 až 2.23 jsou tři ukázky
dobových kreseb výškových měření.
15 (111)
Obr.2.21: Gemma Frisius: Radio Astronominco - 1545
Obr. 2.22: Kőbel, J : Von Kunstliche Feldmessen und ...,. - 1608
Obr. 2.23: Bramer, B: Kurzen bericht zu seinem Semicirculo..1651
16 (111)
2.4
Barometrické měření výšek
V roce 1643 italský fyzik a matematik Jan Baptista Torricelli (1608–1647)
dokázal svými pokusy existenci atmosférického tlaku vzduchu a následně
sestavil přístroj k jeho měření – rtuťový barometr, obrázek 2.24.
Na Torricelliho pokusy navázal francouzský matematik, fyzik a teolog Blaise
Pascal (1623–1647), který roku 1648 experimentálně prokázal možnost
barometrického měření výšek na hoře Le Puy de Dôme (nedaleko
francouzského města Clermont-Ferrand).
Uvádění výškových kót (výšek) na mapách je možno datovat již na počátek 18.
století. Za jednu z prvních takových map se považuje mapa Švýcarska z roku
1712 od švýcarského lékaře a přírodovědce J. J. Scheuchzera (1672-1733).
Zjednodušení barometrických měření v terénu přináší až vynález aneroidu, tj.
„barometru bez tekutiny“. První aneroid sestrojil ve Francii v roce 1843 Lucien
Vidie (1805-1866).
Obr. 2.24:. Ukázka historických rtuťových barometrů
Rovněž barometrické měření není předmětem tohoto textu, proto mu nebude
dále věnována pozornost.
17 (111)
3
Nadmořské výšky a střední hladiny moří
Určovat výškové rozdíly (převýšení) mezi dvěma místy na zemském povrchu
bylo nutno již před mnoha tisíci léty při stavbách zavlažovacích a
odvodňovacích kanálů, průplavů, viaduktů, chrámů, silnic a dalších staveb.
Znalost výškových poměrů je totiž nezbytná na stavbách všeho druhu. Při
těchto pracích se však většinou vystačilo s relativními výškami, tj. výškami
vztaženými k vhodně zvolené výškové úrovni (např. k hladině řeky či jezera,
ke dnu údolí, ke vstupům (prahům) do významných staveb - především kostelů
a chrámů apod.).
V pobřežních oblastech byla touto úrovní hladina moří či oceánů (především
při stavbách přístavů a hrází). Výšky vztažené k hladině moře (oceánu)
obvykle označujeme jako výšky nadmořské, nebo též absolutní výšky. Teprve
rozvoj trigonometrického měření výšek a barometrického určování výšek
umožnil aplikovat a využívat absolutní výšky i v oblastech značně vzdálených
od pobřeží.
Při barometrickém měření nezáleželo příliš na tom, zda se měřilo blízko
pobřeží nebo daleko ve vnitrozemí, neboť výška se určovala výpočtem z
barometrických vzorců, které tak nepřímo definovaly nulovou nadmořskou
výšku. Při trigonometrickém nebo nivelačním měření bylo nutno výškovým
pořadem „přenést výšku“ od pobřeží do vnitrozemí a tam ji na zvoleném bodě
zajistit. Hlavním problémem je skutečnost, že v přírodě neexistuje žádný
„pevný bod o nulové nadmořské výšce“, od kterého bychom mohli realizovat
výšková měření.
Výsledky trigonometrických a barometrických měření realizovaných v 18. a
19. století byly zatíženy mnoha systematickými vlivy, které snižovaly jejich
věrohodnost. Ostatně ještě i dnes se některé tyto vlivy jen obtížně modelují.
Z těchto důvodů bylo možno považovat výchozí mořskou hladinu za konstantní
nulovou výšku.
Na podnět pruského generála Johana Jakuba Baeyera (1794 – 1885) bylo
v roce 1863 založeno vědecké sdružení (stálou komisi) sedmi států s názvem
Středoevropské stupňové měření, jehož úkolem bylo zabývat se stupňovými
měřeními v jednotlivých státech (první trigonometrické sítě).
Co se týče výšek, již na 1. konferenci této organizace v roce 1864 bylo
doporučeno používat při určování výšek, namísto méně přesné technologie
trigonometrického měření, přesnější metodu - geometrickou nivelaci. Dále bylo
přímořským státům doporučeno pro stanovení střední hladiny moře budovat v
přístavech mareografy (vodočty), ke kterým by bylo možno navázat výšková
měření. Nivelačními pořady 1. řádu poté propojit jednotlivé oblasti a umožnit
tak vybudovat základy pro pozdější jednotný výškový systém všech
evropských států.
Po přistoupení dalších států (Rusko a Španělsko) se v roce 1867 tato
organizace přejmenovala na Evropské stupňové měření a v roce po přistoupení
dalších států mimoevropských států se v roce 1886 přejmenovala na
Mezinárodní měření Země (Internationale Erdmessung,
Association
Géodésique Internationale).
19 (111)
Přímořské státy postupně zřizovaly na svém pobřeží pevné výchozí (počáteční,
nulové) výškové body, jejichž výšky byly vztaženy k místně zvolené střední
hladině moře, které tak byla přisouzena nulová nadmořská výška.
Vnitrozemské státy si obdobně zřídily na svém území jeden nebo více
základních výškových bodů, které sloužily jako výchozí pro výšková měření
v daném státě. Tyto základní body byly postupně připojeny na některý z
výchozích výškových bodů na pobřeží, nebo na body v sousedním státě, které
již měly příslušné nadmořské výšky určeny.
Určení nulových výškových bodů a základních výškových bodů bylo v Evropě
realizováno převážně v druhé polovině 19. století.
3.1
Hladina moře (oceánu) a její měření
Problematikou proměnlivosti výšky mořské hladiny (ang. sea level) a ochranou
proti případným vlivům moře a záplavám pobřežních oblastí se zabývali a
zabývají lidé žijící v těchto oblastech prakticky odedávna. Přístavy, přístavní
mola a další stavby na pobřeží byly budovány na základě zkušeností mnoha a
mnoha generací rybářů, námořníků a dalších obyvatel. Velké zkušenosti
s ochranou proti vlivům moře mají zejména státy u kterých nadmořské výšky
velkých oblastí jsou těsně nad, nebo i pod úrovní hladiny moře (např.
Nizozemí, Belgie, mnohé ostrovní státy aj.), viz obrázek 3. 1.
Obr. 3.1: Výškové poměry na pobřeží Belgie (v metrech)
Proto již odedávna lidé sledovali kolísání vodní hladiny nejen u moří a oceánů,
ale také u velkých řek a jezer, a snažili si nalézt příčiny jejich výškových změn.
Důvodem byla snaha spolehlivě předpovídat takové jevy jako jsou přílivy a
odlivy či povodně, v poslední době též katastrofické záplavy, způsobované
tropickými bouřemi nebo tsunami.
20 (111)
3.1.1
Příčiny změn výšky mořské hladiny
Jak již bylo uvedeno, v přírodě neexistuje pevný bod, který bychom mohli
považovat za přírodou vytvořené místo s nulovou nadmořskou výškou. Hladina
moří a oceánů (dále jen mořská hladina) je totiž v neustálém pohybu a její
okamžitá výška je proměnlivá s časem, a to od sekundových změn, až po
změny v průběhu tisíců a miliónů let. K vybraným vlivům můžeme zařadit:
-
vlny (ang. wave, vznikají převážně působením větru, jsou pravidelné s
amplitudou až několik metrů a s intervalem opakování několik sekund),
-
změny atmosférického tlaku (vliv tlaku větru a atmosférického tlaku
způsobují amplitudy mořské hladiny kolem jednoho metru v intervalech
několika hodin, dní i týdnů. Odhaduje se, že zvýšení atmosférického
tlaku o 1 hPa (mbar) vyvolá pokles hladiny asi o 1 cm),
-
dmutí – příliv a odliv (ang. flood tide, ebb tide), vznikají působením
gravitačních účinků Měsíce a Slunce na rotující Zemi a jsou pravidelné
s amplitudou až několik metrů, výjimečně desítek metrů, a intervalem
mezi dvěma přílivy 12 hod 25 min. V Evropě je největší příliv ve
Francii v zátoce Mont-Saint-Michel, kde dosahuje rozdíl mezi výškami
hladiny při přílivu a odlivu až 13 metrů; na světě v kanadské zátoce
Fundy, kde dosahuje hodnoty až 31 metrů),
-
skočné a hluché dmutí (ang. spring tides, neap tides, způsobené vlivem
příslušné konstelace Měsíce a Slunce s amplitudou asi 1 m a s periodou
14 dnů),
-
další slapy (vliv eliptické dráhy měsíce kolem Země
několika dm a periodou 27,3 dnů; vliv eliptické dráhy
Slunce s amplitudou několika dm a periodou 6 měsíců;
cyklus 8,85 roků, Saros cycle s amplitudou několika
periodou 18,61 roků a další),
-
globální, regionální a lokální tektonické pohyby zemské kůry (zdvih a
pokles kontinentů, oblastí a ostrovů v řádu několika mm až decimetrů
s periodami desítek až tisíců roků),
-
globální klimatické změny (tání ledovců, efekty El Niňo aj.).
s amplitudou
Země kolem
roční cyklus,
centimetrů a
Na změnách výšek mořské hladiny se mohou projevovat též dlouhodobé
změny v mořských proudech, změny v teplotě, sanilitě či hustotě vody apod.
Náhlé změny výšky vodní hladiny až o několik metrů způsobují též tropické
bouře a smrště. Velmi nebezpečné jsou ničivé vlny tsunami, vyvolané
nejčastěji zemětřesnými jevy v oblasti oceánů.
3.1.2
Mareografy – přístroje k měření výšky mořské hladiny
K pravidelnému sledování a měření změn výšky mořské hladiny se používají
mareografy (ang. tide gauge, mareograph, česky vodočet), tj. zařízení pro
určování relativních změn výšky hladiny vzhledem k pevnému místu na zemi,
na kterém je mareograf obvykle umístěn. Z celého spektra výškových změn
(viz. stať 2.2.1.1) zaznamenávají tyto přístroje především změny tzv. klidné
vodní hladiny (ang. still sea level) – tj. hladiny bez vlivu vln.
21 (111)
Výkyvy vodní hladiny byly dříve sledovány jen běžným pozorováním
s případným vyznačením na pobřeží (na skalách, na přístavních hrázích,
molech apod.), kde se obvykle evidovala průměrná nejvyšší a průměrná
nejnižší výška a jejich kombinací se určovala průměrná střední výška, případně
Obr. 3.2 : Ukázka změn ve výšce mořské hladiny na stanici Neewlyn v UK
se zaznamenávaly výšky extrémní. Ukázka změny výšky mořské hladiny
v průběhu jednoho roku na stanici Newlyn v Anglii je patrná z obrázku 3.2.
K číselnému vyjádření změn ve výšce vodní hladiny dříve sloužily a stále ještě
slouží tzv. vodoměrné latě, tj. stupnice pevně zabudované na břehu a zanořené
do vody, na kterých je možno vizuálně odečítat okamžitou hodnotu výškové
úrovně vodní hladiny. Přesnost odhadu výšky vodní hladiny pomocí
vodoměrné latě je asi 5 až 10 cm.
První mechanické zařízení pro
měření a záznam výšky mořské
hladiny bylo instalováno v roce
1831 v anglickém Sheernes u ústí
řeky Temže. Na obdobném principu
pak vznikala zařízení další. Princip
mechanického mareografu (ang.
stilling well gauge) je zřejmý
z obrázku 3.3. Zařízení se skládá ze
studny, která je spojena pod vodou
s mořem, jejímž úkolem je odstínit
vliv mořských vln a zajistit pro
měření výšky uklidněnou hladinu.
Studna mívá v průměru od 30 cm až
po 1m a je to vlastně svislá
betonová, kovová nebo plastová
roura, propojená pod vodou
s mořem.
22 (111)
Obr. 3.3: Umístění mareografu na břehu
Někdy je taková roura přímo
ponořena do vody a je pod hladinou
ve své spodní části opatřena otvory.
(obrázek 3.4). Uklidněná vodní
hladina v rouře (studni) je sledována
pomocí plováku, jehož výška je
registrována
na
vhodném
záznamovém zařízení průběžně, nebo
ve zvolených časových intervalech.
Spodní část roury musí být opatřena
zařízením proti zanášení pískem a
nečistotami. Mechanický princip
měření výšky hladiny ve studni se
dnes
nahrazuje
mereografy
využívajícími i jiných fyzikálních
principů (tlakové, akustické, radarové
aj.).
Obr. 3.4: Mechanický mareograf
s rourou umístěnou přímo ve vodě
Tlakové mareografy (ang. pressure gauge) jsou speciální tlaková čidla
umístěná v určité hloubce pod hladinou a určující výšku hladiny nepřímo ze
změn tlaku vody. Existují dva nejčastější principy měření. U prvního se vhání
pomocí kompresoru pod vodu vzduch do speciální nádoby, ze které se vytláčí
voda (bubbler gauge) – obrázek 3.5 - a), u druhého je pod vodou pevně
umístěno přímo tlakové čidlo (pressure transducer). Správná funkce tlakových
mareografů vyžaduje dostatečnou eliminaci dalších faktorů (měření změn v
hustotě vody, v teplotě vody, v atmosférického tlaku, v tlaku větru na mořskou
hladinu, např. při bouřích, vlivu nárazů vln apod.). Někdy se tlakové měřiče
umísťují přímo do studny, nebo připevňují k mořskému dnu. Přesnost těchto
zařízení dosahuje centimetrových, ale i milimetrových hodnot, problémem je
někdy zajištění stability měřicího procesu.
Akustické mareografy (ang. acoustic gauge) využívají k určení výšky hladiny
ve studni měření tranzitního času mezi vysláním a přijetím akustického signálu
odraženého od vodní hladiny. Protože rychlost zvuku není konstantní a závisí
na klimatických podmínkách, bývají ve studni v různých hloubkách senzory,
umožňující kalibraci signálu. Přesnost měření výšky hladiny je asi 1cm.
Obr. 3.5-a: Schéma tlakového (Bubbler gauge) a radarového (Radar gauge) mareografu
Obr 3.5-b: Fotografie radarového mareografu v Liverpoolském přístavu
23 (111)
Radarové maroegrafy (ang. radar gauge) viz obrázky 3.5 -a, 3.5 -b, jsou
obdobou akustických mareografů, jen k odrazu signálu od mořské hladiny
využívají radaru. Protože radarové vlny jsou mnohem méně citlivé na
klimatické vlivy, umísťují se mareografy často přímo nad otevřenou vodní
hladinu. Přesnost těchto zařízení je na úrovni centimetru. Existují i mareografy,
které přímo registrují výškové změny plováku ve studni (ang. float gauge).
3.1.3
Družicová altimetrie
Rozvoj družicových metod v posledních desetiletích umožnil určovat výškovou
úroveň moří a oceánů i mimo pobřeží. Nejrozšířenější metodou je družicová
altimetrie (ang. satellite altimetry), která využívá k určení výšek mořské
hladiny (vodní plochy) altimetru (výškoměru) umístěného na družici. Altimetr
je zařízení, které vyšle z družice v okamžiku měření radarový signál směrem
k nadiru, tj. kolmo k mořské hladině, od níž se odráží a vrací zpět na družici.
Frekvence vyslaných signálů jsou dány typem altimetru (5.3 GHz, 13.6 GHz).
Z tranzitního času (jak dlouho letěl signál
z paluby družice dolů a po odrazu od
mořské hladiny zpět) se určí hrubá výška,
která po řadě korekcí (přístrojových, ze
šíření signálu atmosférou a stavu mořské
hladiny) dá korigovanou výšku. Známe-li
v okamžiku vyslání signálu dostatečně
přesně polohu družice na oběžné dráze,
můžeme vypočítat ve vhodném globálním
referenčním systému i její elipsoidickou
výšku, a z ní pak odvodit i elipsoidickou
výšku vodní hladiny (ang. sea surface
heightsSSH).
Princip
družicové
Obr. 3.6: Princip altimetrie
altimetrie je zřejmý z obrázku 3.6.
První zemí, která vypustila družici
s altimetrem na palubě byly USA
(programy Skylab a Geos3, Seasat – 1978
a
zejména
Geosat
–
1985).
V devadesátých létech minulého století to
byly dále družice ERS-1 (1991-1996),
Topex/Poseidon (od 1992- 2005), ERS-2
(od 1995), GFO – Geosat Follow-On (od
1998). V roce 2001 byla vypuštěna ve
spolupráci kosmických agentur CNES
(Francie) a NASA (USA) družice Jason1. Po vypuštění měla družice téměř
Obr. 3.7: Družice používající
identickou dráhu se systémem T/P, čímž
altimetry
byla provedena jejich vzájemná kalibrace.
Cyklus opakovaného měření je u obou systémů 10 dní. Evropská kosmická
agentura vypustila v roce 2002 víceúčelovou družici Envisat, která má na své
palubě vedle mnoha dalších přístrojů rovněž altimetr (obrázek 3.7).
V současnosti (2007) se připravuje vypuštění družice Jason-2. Poloha družic je
určována především metodami GPS, resp. DORRIS. Přesnost současných
altimetrů se odhaduje na úrovni jednoho centimetru až několika milimetrů.
24 (111)
Pojmem topografie moří a oceánu (ang. sea surface topography - SST)
rozumíme odchylky jejich střední hladiny (zbavené vlnění a vlivu tlaku
vzduchu na hladinu oceánu) od geoidu (geoid je plocha zvoleného
konstantního potenciálu tíže). Netotožnost topografie mořské hladiny s plochou
geoidu je vyvolána též oceánskými proudy, různou sanilitou (slaností) vody a
dalšími vlivy. Ukázka SST je na obrázku 3.8.
Obr. 3.8: SST vzhledem ke geoidu EGM96
3.1.4
GPS na bójích
Zcela samostatnou kapitolou jsou systémy, které měří výšku vodní hladiny na
otevřeném oceánu, moři, jezeru apod. Tyto systémy jsou v poslední době
vyvíjeny především jako hlásné systémy upozorňující na nebezpečí ničivých
vln tsunami. Na obr. 3.9 je ukázka bóje hlásného systému DART-II (DeepOcean Assessment and Reporting of Tsunami).
Obr. 3.10: GPS-bóje GFZ Potzdam
Obr. 3.9: Hlásný systém GPS-bójí
Umístění družicového přijímače GPS na bójích bylo úspěšně použito v roce
2001 pro kalibraci altimetrických měření z družic Jason-1 a Envisat. Ukázka
25 (111)
GPS-bóje je na obrázku 3.9. Výšková přesnost těchto zařízení se pohybuje na
úrovni decimetrů až centimetrů a závisí od schopnosti přijímat přesné korekce
GPS dat (např. při použití RTK-GPS nedaleko od pobřeží).
3.2
Střední hladina moře (MSL)
V současné době jsou celosvětově shromažďována data asi z 2000 stanic
(mareografů), z nichž 112 měřilo již před rokem 1900. Nejstarší záznamy jsou
z 18. století, pravidelné pak z počátku 19. století.
Stanovení výškové úrovně střední hladiny moře (ang. mean sea level - MSL) se
z důvodů uvedených v předcházejících statích neobejde bez dlouholetých
pozorování. Základním cyklem by mělo být pozorování s délkou minimálně
18,6 roků. Často se ale pracuje s cykly kratšími, obvykle ročními.
Střední hladina moře je ekvipotenciální plocha (plocha stejného potenciálu
tíže), jakou by zaujala nerušená mořská hladina, tzn. hladina kdyby nebyla
ovlivňována rušivými faktory (viz. faktory uvedené ve stati. 3.1)
Protože vzájemně propojené hladiny světových moří a oceánů netvoří jednu
společnou ekvipotenciální plochu, měli bychom raději hovořit o (lokální)
střední hladině moře v daném místě (ang. local mean sea level – LMSL).
Střední hladina moře je také definovaná jako průměrná úroveň vodní hladiny
v některém bodě (v daném místě), určená za zvolený časový interval.
Pro účely námořnictví, námořní navigace a tvorby námořních map jsou pro
pobřežní oblasti definovány různé výškové úrovně hladiny moře, které jsou
vázány ke konkrétnímu přístavu nebo oblasti.
Rozeznáváme následující výškové úrovně, jejíž názvy budou uvedeny pouze
v angličtině, neboť s jejich českými ekvivalenty se setkáváme jen zcela
výjimečně:
-
mean sea level (MSL) – střední hladina moře
chart datum (CD)
mean high water springs (MHWS)
mean low water springs (MLWS)
mean high water neaps (MHWN)
mean low water neaps (MLWN)
highest astronomical tide (HAT)
lowest astronomical tide (LAT)
Společně s MSL je další nejvýznamnější výškovou úrovní tzv. Chart Datum,
které je používáno na námořních mapách pro vyjádření hloubky moře (hloubky
dna v daném místě). Chart datum je prakticky identické (nebo velmi blízké)
úrovni nejnižší předpokládané hladiny (lowest astronomical tide) a k jejímu
překročení směrem dolů (směrem k mořskému dnu) dochází jen při zcela
výjimečných klimatických situacích. Použití této výškové úrovně totiž definuje
lodím v přístavech a u pobřeží vždy dostatečnou hloubku pro jejich plavbu.
Střední hladina moře i chart datum se počítají a uvádějí také pro místa
(zejména menší přístavy), kde nejsou žádné trvale měřící přístroje pro její
určení.
26 (111)
Vzájemný vztah mezi výškovými úrovněmi je zřejmý z obrázku 3.11.
Obr. 3.11: Vztah mezi výškovými úrovněmi mořské hladiny
Frekvence jednotlivých výškových úrovní nemá, jak by se nám suchozemcům
zdálo, normální rozdělení četnosti, ale dvojvrcholové rozdělení se střední
hodnotou MSL a vrcholy v místech MWHN a MLWN– viz obrázek. 3.12.
Obr. 3.12: Frekvenční křivka úrovní mořské hladiny
V následující tabulce 3.1 je ukázka jednotlivých výškových úrovní pro různé
přístavy na Novém Zélandu. Výšky jsou udávány v metrech vzhledem k Chart
Datum. Příklad byl zvolen proto, že Nový Zéland je „skupina ostrovů“
obklopených vodami prakticky jednoho oceánu. Situace na rozsáhlejších
kontinentech, obklopených mnoha moři či několika oceány je výrazně
komplikovanější.
27 (111)
Tabulka 3.1: Výškové úrovně pro přístavy Nového Zélandu (v metrech)
Standard Port MHWS MHWN MLWN MLWS
Spring Neap
MSL HAT LAT
Range Range
Auckland
3.26
2.72
1.00
0.45
2.81
1.72
1.85 3.63
0.03
Bluff
2.79
2.39
1.08
0.60
2.19
1.31
1.74 3.09
0.29
Dunedin
2.15
1.75
0.41
0.12
2.03
1.34
1.09 2.41
-0.16
Gisborne
1.99
1.73
0.72
0.47
1.52
1.01
1.23 2.18
0.26
Lyttelton
2.52
2.00
0.67
0.28
2.24
1.33
1.37 2.68
0.10
Marsden Point
2.69
2.25
0.90
0.44
2.25
1.35
1.57 2.99
0.12
Napier
1.84
1.44
0.40
0.12
1.72
1.04
0.94 1.97
-0.07
Nelson
4.24
3.17
1.48
0.49
3.75
1.69
2.32 4.66
0.03
Onehunga
4.17
3.32
1.45
0.56
3.61
1.87
2.42 4.54
0.12
Picton
1.49
0.96
0.48
0.02
1.47
0.48
0.74 1.62
-0.09
Port Chalmers
2.14
1.77
0.47
0.16
1.98
1.30
1.12 2.36
-0.07
Port Taranaki
3.57
2.72
1.20
0.37
3.20
1.52
1.97 3.94
-0.03
Tauranga
1.86
1.56
0.49
0.16
1.70
1.07
1.03 2.08
-0.12
Timaru
2.42
2.02
0.79
0.48
1.94
1.23
1.43 2.63
0.23
Wellington
1.75
1.43
0.73
0.47
1.28
0.70
1.08 1.84
0.37
Westport
3.22
2.52
0.99
0.28
2.94
1.53
1.76 3.61
-0.11
Whangarei
3.08
2.60
1.07
0.55
2.53
1.53
1.84 3.39
0.21
28 (111)
Měřením střední hladiny moří se zabývá mnoho institucí, organizací a
národních služeb. Celosvětově je zastřešuje, koordinuje, shromažďuje a
poskytuje naměřená data mezinárodní organizace Permanent Service for Mean
Sea Level (PSMSL), která sídlí v Proudman Oceanographic Laboratory (POL)
v Liverpoolu, do níž poskytuje data asi 200 národních organizací a služeb.
Rozmístění jejich maregrafů je patrno z obrázku 3.13.
Obr.3.13: Umístění mareografů na pobřežích kontinentů a ostrovů
29 (111)
30 (111)
4
Výchozí body výškových systémů
Vybrané mareografy sloužily v minulosti i dnes jako výchozí pro připojení
pozemních výškových (nivelačních) sítí a definování příslušného počátku
výškového systému (ang. height datum). V blízkosti každého takového
maregrafu byl zřízen výškový (nivelační) bod, tzv. (počáteční, nulový) výchozí
výškový bod. Jeho „nadmořská výška“ (výška nad střední hladinou moře MSL) byla určena prostřednictvím „dlouhodobých“ pozorování mareografu a
tato výška byla a je považována za výchozí výšku příslušného výškového
systému. I když samozřejmě docházelo a dochází na základě dalších
pozorování k postupnému zpřesňování této výšky a jsou registrovány případné
změny střední hladiny příslušného moře nebo oceánu, výchozí výška je již
považována (až na některé oblasti) za konstantní hodnotu.
Vzájemné výškové propojeni jednotlivých mareografů a zejména propojení
mareografů, které definují počátky výškových systémů bylo dříve možné jen
na základě nivelačních pořadů a nivelačních sítí vedoucích přes celý kontinent
a tedy i přes několik států.
Výškové propojení mareografů mezi kontinenty či ostrovy je ale nivelací
nemožné. To vše bylo příčinou vzniku samostatných výškových systémů nejen
na světě, ale i více systémů na jednom kontinentě, nebo dokonce i v jednom
státě.
Postupné propojení výškových (nivelačních) sítí s různými výškovými systémy
na jednom kontinentu prokázalo nejen sbíhavost hladinových ploch směrem k
pólům, ale i rozdílné výškové úrovně středních hladin příslušných moří. Tyto
nivelační práce byly realizovány v průběhu celého 20. století a byly
komplikovány válečnými událostmi i poválečnou situací tohoto období.
Druhá polovina 20.století přinesla velký rozvoj gravimetrických metod, které
spolu se zvyšováním přesnosti relativních gravimetrů výrazně přispěly ke
studiu geopotenciálu a ke zpřesnění průběhu geoidu, resp. kvazigeoidu.
Z více než 100 světových či evropských výškových systémů uveďme.:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Allicante – Španělsko,
Antalya – Turecko,
Cascais – Portugalsko,
Australian Height Datum (AHD) – Austrálie,
Canadian Geodetic Vertical Datum 1928 (CGVD28) – Kanada,
Helsinky 1960 (N 60) – Finsko,
Japanese Standard Levelling Datum 1949 – Japonsko,
Malin Head – Irsko,
Nivellement General de la France (IGN69) – Francie,
Normaal Amsterdams Peil (NAP) – Nizozemí, Německo,aj.
North American Vertical Datum 1988 (NAVD88) - USA,
Ordnance Datum Newlyn – (ODN) – Velká Británie,
South African Land Leveling – Jižní Afrika .
31 (111)
Na obrázku 4.1 jsou znázorněny výškové systémy jednotlivých států a skupin
států Evropy v barevném rozlišení podle jejich výchozích výškových bodů a
k nim příslušných mareografů.
Na následujícím obrázku 4.2 jsou pak odhadnuty rozdíly (v cm) jednotlivých
výškových systémů získané ze společného vyrovnání v síti UELN. (United
European Levelling Network)
Obr 4.1: Výškové systémy v Evropě a jejich
návaznost na mereografy (barevně)
Obr. 4.2: Rozdíly ve výškách počátků
evropských výškových systémů v cm
Rozvoj družicových technologií v posledních desetiletích umožnil vytváření
globálních referenčních systémů s vysokou přesností i ve vertikální složce.
Otevřela se tím cesta k určení rozdílů ve výškách středních hladin moří i mezi
různými kontinenty. Teprve v posledním desetiletí bylo možno určit rozdíly
středních hladin moří na počátečních bodech různých výškových systémů,
které dosahují výjimečně i metrových hodnot.
Většina výškových systémů je navázaná na jeden (nulový) výchozí výškový
bod, tzn. na jeden mareograf, některé na MSL určenou z více mareografů, např.
systémy AHD, CGVD aj.
Doporučuje se, aby u každého významného mareografu byla síť výškových
bodů (obvykle 5 ve vzdálenosti maximálně několika stovek metrů), z nichž
jeden je volen jako hlavní výškový bod (ang. Tide Gauge Benchmark - TGMB).
Hlavní bod by měl být nejstabilnější a nejlépe chráněn proti poškození. Dosti
často to bývá bod nejbližší k vlastnímu mareografu. Převýšení mezi hlavním a
jednotlivými zajišťovacími body se určují velmi přesnou nivelací a měly by být
pravidelně ověřovány.
32 (111)
Dalším, obvykle nově zřizovaným bodem, je výškový bod GPS (GPS
Benchmark - GPSBM). Buduje se v blízkosti (do 100 m) od mareografu a
TGMB. V některých případech je zřízena i permanentní stanice GPS. Celý
systém by měl být doplněn i bodem pro přesná gravimetrická měření.
Opakovaná nebo permanentní GPS měření a tíhová měření umožňují určovat
případné vertikální pohyby zemské kůry v okolí příslušného mareografu.
Schématicky je situace znázorněna na obrázku 4.3.
Obr. 4.3: Integrovaná měření u mereografu
4.1
Výchozí body výškových systémů používaných na
našem území
Česká republika, stejně jako dřívější Československo, je vnitrozemským
státem, což znamená, že spojení svého území s některým evropským mořem je
možné jen přes území jiných států. Tomu tak nebylo vždycky. Do koku 1918
jsme byly po mnoho let součástí bývalé Rakousko-Uherské monarchie, jejíž
jižní hranici tvořilo Jaderské moře. Nejstarším výškovým systémem
používaným u nás od konce 19. stol. byl Jadranský výškový systém někdy též
Jaderský výškový systém, tj. výškový systém. vázaný na výchozí bod
v nynějším italském Terstu u Jaderského moře.
Díky své středoevropské poloze a dalším geopolitickým událostem se
používalo na našem území postupně několik dalších výškových systémů.
vázaných svými počátky na jiná evropská moře.
V letech 1939-1945 byl u nás (Protektorát Čechy a Morava) závazný výškový
systém Normal-Null, jehož výchozím bodem byl původně bod berlínské
hvězdárny, připojený na mareograf v Amsterdamu u Severního moře. Od
padesátých let dvacátého století bylo postupně používáno několik výškových
systémů připojených na výchozí bod v Kronštadtu (Kronstadt) u Baltského
moře. Nyní je závazně používán výškový systém Balt po vyrovnání (ang.
Baltic Datum, Baltic Vertical System After Adjustment).
33 (111)
4.1.1
Molo Sartorio v Terstu (Jadranský výškový systém)
Výchozím výškovým bodem (Nr. 1) Rakouska-Uherska se stal bod na budově
celní stráže na Molo Sartoriu v Terstu, který leží na pobřeží Jaderského moře.
Zde byla vybudována v roce 1859 automatická stanice - mareograf
(Flutmesser) pro měření úrovně mořské hladiny. Přístroj společnosti
Accademia Nautica značky Schaub měl 24 hodinový záznam na otáčející se
buben s papírem s rychlostí posunu papíru 4cm za hodinu. V roce 1884 byl
nahrazen přístrojem firmy Strudhoff. Přístroj byl umístěn v budově Cassa
Rossa, zatímco přímá měření výšky mořské hladiny se prováděla pomocí
vodoměru na jiném konci mola. Tento vodoměr se skládal z litinové trubky
svisle zapuštěné do hráze, do níž se v okamžiku měření zasouvala měřící tyč.
viz obrázku 4.4.
Obr. 4.4: Schéma určení nulové výšky na Molo Sartoriu
Výškový bod zřídil v roce 1875 Dr. Farolfi,
profesor Námořní akademie věd v Terstu a
to ve výšce +3,3520 m nad střední hladinou
moře. Tato výška vznikla součtem výchozí
hodnoty odvozené z měření mareografem
(+1,128 m) a převýšení mezi nulovou
hodnotou mareografu a výškovým bodem
Nr.1, (+2,284 m).
Výškovou úroveň střední hladiny moře
získal Dr. Farolfi z 1223 naměřených dat
během jednoho roku, neboť jiné neměl v té
době patrně k dispozici. O přesnosti v určené
výšce střední hladiny moře Dr. Farolfi píše:
„Ježto se neopakují každoročně tytéž průměrné
údaje a meteorologické úchylky, lze uvedenou
nadmořskou výšku oceniti s přesností asi 1 cm.
Aby se přesnost zvýšila na 1 mm, bylo by nutno
založiti
aspoň
desetiletá
vodočetná
měření„.Následně zpracované údaje z měření
Obr. 4.5 : Mareograf
po dobu 94 měsíců a v pozdější době
postavené vodočty v Pulji, Rjece, Senji, Rogožnici a Dubrovníku a jejich
výškové propojení (1914) potvrdilo, že výškové údaje se nevztahují k jedné
34 (111)
střední hladině moře a že je mezi nimi rozdíl 8,99 cm. (+3,2621 m nad nově
určenou střední hladinou moře). To však již byly topografické a nivelační práce
v Rakouské monarchii v plném proudu, takže se původní výchozí výška již
neměnila.
Na obrázku 4.5 je jeden z novějších typů mareografů (Büssum – Ott) uvnitř
stanice. Na obrázcích 2.45 a 2.46 je současný pohled na vodoměrnou stanici na
Molo Sartoriu a jeden z jeho výškových bodů. Na budově místního Yacht
Clubu jsou od srpna 2001 zřízeny dva body pro měření GPS (zajišťuje
Universita v Boloni).
Obr. 4.6 : Současná výškoměrná
stanice na Molo Sartoriu v Terstu
Obr. 4.7: „Důkaz“ nulové výšky
výškového bodu na Molo Sartorio
Problematikou měření mořské hladiny se nyní zabývá Instituto Talassografico
v Terstu. Dlouhodobá analýza změny výšky hladiny moře v tomto místě
indikuje za období 1875 – 2004 trend změny její výšky o 1,3 mm ročně (viz.
obrázek 4.8), počáteční bod výškové systému se ale samozřejmě nemění.
Obr. 4.8: Změny střední výšky mořské hladiny v Terstu
Připomínáme, že v době Farolfiho měření roce 1875 patřil Terst k RakouskuUhersku a nyní přináleží k Itálii. Výchozím bodem tehdejších italských
výškových měření byl bod v přístavu v Janově.
35 (111)
4.1.2
Normaal Amsterdams Peil (Výškový systém NormalNull)
První známá výšková značka v Evropě byl městský vodoznak Amsterdams Peil
(A.P.), který byl pravděpodobně zřízen v roce 1602 a o asi 80 let později v roce
1684 zajištěn pomocí 5 mramorových desek umístěných na zdech pěti
propustků, nacházejících se v jeho blízkosti. Na obrázku 4.9 je jedna
z původních mramorových desek. Jejich přeměření o bezmála 200 let později
v roce 1876 nevykázalo diference větší než 4 mm. V roce 1880 byl AP použit
jako výchozí bod sítě 550 nivelačních bodů pruské železnice. Od roku 1891,
pro zabránění zmatků s výškami, byl zaveden systém výšek, který byl označen
Normaal Amsterdams Peil (NAP).
V roce 1879 německá říše, resp. Prusko, zavedlo pro tento systém označení
Normall-Null (N.N.) a výchozím výškovým bodem se stal normální nulový bod
(Normallnullpunkt), který se nacházel 37 m (přesně) pod normálním výškovým
bodem (N.H. nebo NHP- Normallhöhenpunkt) umístěném na kamenném bloku
severního pilíře budovy tehdejší berlínské hvězdárny. Výška 37,000 m tohoto
bodu
(obrázek
4.10)
byla
Obr.4.9: Mramorová značka
stanovena nad mořskou hladinou
v Amsterdamu.
Opakované propojení bodu v
Berlíně s počátkem v Amsterdamu
nivelačními pořady vykazovalo
samozřejmě řádově centimetrové
Obr. 4.10: Původní Normal Null
diference, které však byly
považovány
v té
době
za
nevýznamné. Krátce po zbourání staré berlínské hvězdárny byl v roce 1912 byl
základní bod přenesen do Hoppengardenu, který se nachází asi 40 km
východně od Berlína.
V období protektorátu Čechy a Morava (1939-1945), kdy jsme byli v područí
hitlerovského Německa, byl u nás zaveden tento výškový systém NormallNull. Tejdejší nivelační pořady byly vyrovnány v rámci V. bloku německé sítě
a byl stanoven vzájemný vztah mezi oběma systémy (Jaderským systémem a
systémem Normall-Null). Systém NN byl ihned po osvobození v roce 1945
samozřejmě zrušen.
36 (111)
Normaal Amsterdam Peil (NAP) se stal postupně výškovým základem pro
další evropské státy a je považován za základní bod nivelačních sítí v Evropě.
Současný „mereograf“- obrázek 4.11, který je v Amsterdamu ve veřejnosti
zatím nepřístupné části radnice. Ve třech válcích ukazuje úrovně mořské
hladiny v Ijmundenu, Vlissingenu a úroveň vody při katastrofických záplavách
v roce 1953 (+ 4,55 m nad MSL).
Obr.4.11: NAP nyní
4.1.3
Kronštadt (Baltský výškový systém)
Město a pevnost Kronštadt (Kronstadt) na ostrově Kotlin založil v roce 1703
Petr I. Veliký (1672-1725). Ostrov se nachází ve východní části Baltského
moře ve Finském zálivu asi 25 km od Sankt Peterburgu (Petrohradu,
Leningradu) - obrázek 4.12. S pevninou je ostrov spojen hrázemi.
Měření úrovně mořské hladiny v Kronštadtu jsou známa od roku 1707,
pravidelná od roku 1777, resp. 1806.
Základní výškový bod se nyní nachází na
pilíři Modrého mostu (kde je i kovová lať
3,6 m dlouhá) a je vzdálen 12 m od
mareografu (dodatečně vybudován pro
tento účel v roce 1950). V roce 1840 byla
výška určena z měření střední hladiny za
období 1825 – 1839. Do roku 1896 byl
mareograph v domečku asi 230 m od
mostu (obrázek 4.13).
V roce 1946 byla „nula Kronštadtského
mareografu“ prohlášena za počátek státní
nivelační sítě tehdejšího Sovětského
svazu a byl zaveden Baltský výškový
systém.
Obr. 4.12: Finský záliv
Československo se díky své politické
orientaci po roce 1948 připojilo
37 (111)
v padesátých létech na tento výškový systém a společně s dalšími státy tzv.
„východního bloku“ propojilo své nivelační sítě. Rovněž došlo k jejich
společnému vyrovnání až do podoby dnešního v České republice nyní
závazného výškového systému Balt po vyrovnání (Bpv).
Výstavba ochranných hrází a další
hydrologické důvody vedly ke zřízení
moderní geodynamické observatoře v
Shepelovo - „duplikátu“ Kronštadtského
mareografu. Shepelovská observatoř se
nachází na jižním pobřeží baltského
moře a je vzdálená asi 40 km západně
od Kronštadtu. V těchto místech je již
mořská hladina i geodynamická
observatoř mimo vlivy blízkého
velkoměsta. Do provozu byl mareograf
této observatoře uveden v roce 1988. Na
obrázku 4.14 je ukázka změny výšky
střední hladiny moře (roční průměry) za
v oblasti Kronštadtu (Kronštadtského
mareografu) za období 1777 - 1993.
Obr.4.13: Mareograf Kronštadt
Obr. 4.14: Vývoj střední hladiny moře mareografů v Kronštadtu
4.2
Další vybrané výchozí body výškových systémů
používaných v Evropě
V této stati budou jen obrazově uvedeny některé další evropské mareografy,
v jejichž blízkosti jsou výchozí body nivelačních sítí a na ně navázány výškové
systémy. Jejich rozšíření je zřejmé již z předcházejícího textu a obrázků.
Na následujícím obrázku 4.15 je vidět oblast Newlynu, výchozího bodu
výškového systému Velké Británie, který se nazývá Ordnance Datum Newlyn
(ODN). Na obrázku 4.16 je vlastní observatoř, nacházející se na jihozápadním
pobřeží Anglie. Data jsou na této stanici shromažďována od roku 1915. Výška
výchozího bodu byla určena z dat mareografu z let 1915 – 1921.
38 (111)
Francie má svůj výchozí výškový bod systému NGF a příslušný mareograf
v Marseille. Pohled na observatoř je na obrázku 4.17. Observatoř byla
postavena v roce 1884 a výška mořské hladiny je měřena od roku 1885.
Třetí zajímavou ukázkou je vznik výchozího bodu výškového systému
používaného ve Švýcarsku. Švýcarsko je, podobně jako ČR, vnitrozemský stát.
Používaný výškový systém Repère Pierre du Niton (RPN) má svůj počáteční
bod na jednom ze dvou skalních bloků vyčnívajících v ženevském přístavu ze
Ženevského jezera (obrázek 4.18). Jeho výška byla stanovena v roce 1845
hodnotou 376,86 m nad mořem. Po připojení k výškovým systémům několika
států (Francie - Marseille, Itálie – Janov, Rakousko - Terst a Německo Swineműnde) a s uvážením nejkratší délky pořadu k Marseille, byla v roce
1912 výška opravena na 373,6 m, tzn. že výšky na švýcarských topografických
mapách vydaných před rokem 1912 je nutno korigovat o hodnotu - 3,26 m.
RPN je nyní oficiálně připojen na mareograf v Marseille.
Obr.4.16: Newlyn – maják a
mareograf
Obr. 4.15: Přístav Newlyn
Obr.4.18: Repère Pierre du Niton
Ženevské jezero
Obr.4.17: Observatoř v Marseille
Albánie je připojena na mareograf v Durresu, Belgie v Ostende, Dánsko na 10
jejich mareografů, Nizozemsko, Lucembursko a Německo na Amsterdam
(bývalá východní část Německa - NDR byla připojena na Kronstadt),
39 (111)
Portugalsko na Cascais, Španělsko na Allicante, Turecko na Antalya,
Rakousko a Slovinsko na Terst, Bulharsko, Česko, Litva, Lotyšsko, Polsko,
Maďarsko, Rumunsko, Slovensko a Ukrajina na Kronštadt, Irsko na Malin
Head, Finsko na Helsinky, Norsko na Tregde aj..
Trenty ve změnách výšek vodní hladiny v Evropě jsou zřejmé z obrázku 4.19.
Obr. 4.19: Trendy změn výšek mořské hladiny v Evropě v mm/rok
Praktické důvody vedou ke skutečnosti, že změny výšek mořské hladiny nejsou
důvodem pro změnu výšky výchozího (počátečního) bodu výškového systému
a tím ani ke změně výšek v daném státě. Případné zavedení změny výchozí
výšky vede k nutnosti definovat nový výškový systém. Při takové změně se
obvykle mění i další prvky definující výškový systém.
40 (111)
5
Základní nivelační (výškové) sítě na našem
území
V této kapitole bude uvedena stručná historie vzniku a vývoje nivelačních sítí
na našem území. Nebudou zde již uváděny podrobnosti vázané na výchozí
body v různých dobách užívaných výškových systémů, které byly uvedeny
v předcházejících kapitolách.
5.1
Rakousko-uherská nivelační síť - období do roku
1918
Stálá komise pro Středoevropské stupňové měření (viz. úvod 3. kapitoly)
doporučila na svém prvním zasedání v roce 1864 zřizovat mareografy a vedle
trigonometrického měření výšek používat i geometrickou nivelaci. Na svém
druhém zasedání v roce 1867 zpřesnila toto sdružení požadavky kladené na
nivelaci tím, že doporučilo používat geometrickou nivelaci ze středu se stejně
dlouhými záměrami vzad a vpřed a s dvojím měřením (tam a zpět). Záměra se
nesmí blížit zemi těsně, aby refrakce nepůsobila nebezpečně. Pravděpodobná
chyba neměla překročit hodnotu 3 mm/1 km v nejkrajnějším případě 5 mm/1
km.. Konference též schválila návrh, aby každá členská země vybudovala
nivelační síť I. řádu. Na tento podnět byly souvislé nivelační práce zahájeny
v Evropě již v roce 1867. V bývalém Rakousku-Uhersku zaměřil základní
nivelační síť (nivelační síť I. Řádu) Vojenský zeměpisný ústav ve Vídni v letech
1873 – 1896. Výchozím bodem byl Farolfiho bod č.1 osazený u mareografu
v Terstu (viz stať 4.1.1). Rakouské nivelační pořady musely překonat na
několika místech Alpy. Nejvyšším místem rakouské nivelace byl přechod
pohoří Niedere Tauern s výškou 1734 m.
Protože Molo Sartorio leželo na okraji území Rakouska – Uherska bylo
k zajištění sítě stabilizováno dalších 6
základních
nivelačních
bodů
v lokalitách
vybraných
podle
geologických posudků, tj. v místech,
kde se předpokládalo, že nenastanou
geologické posuny. Body byly
stabilizovány v neporušených skalních
výchozech a chráněny třídílným
pomníkem – obrázek 5.1.
Obr.5.1: Základní nivelační bod
Na území dnešní České republiky byl
zřízen základní nivelační bod Lišov,
vybudovaný v r. 1877 v lomu nedaleko
stejnojmenné obce. Obec se nachází
v Jižních Čechách a je vzdálena asi 12
km severovýchodním směrem od
Českých Budějovic (lom s bodem leží
v blízkosti silnice České Budějovice –
Třeboň).
41 (111)
Do pomníku z roku 1889 byl vytesán latinský nápis: „Locus perennis
diligentissime cum libella librationis quae est in Austria et Hungaria confecta,
cum mensura graduum meridionalium et parallelorum, quam Europeam
vocant. Erectum MDCCCLXXXIX „.
Ve volném překladu to znamená: „Hlavní pevný výškový bod přesné nivelace
v Rakousku-Uhersku, zřízený v souvislosti s Evropským stupňovým měřením
poledníkovým a rovnoběžkovým. Zřízený v roce MDCCCLXXXIX „ (tj. 1889).
Dalšími základními body na území Rakouska–Uherska byly Ruše (Maria
Rast), - nyní Slovinsko, Průsmyk Červené Věže (pasul Turnu Rosu) – nyní
Rumunsko, Dilove (Trebusa, Trebušany) – nyní Ukrajina, Strečno – nyní
Slovensko, Nadap - nyní Maďarsko, a Fortezza (Franzesfeste) – nyní Itálie. V
současnosti se na území Rakouska nenachází žádný z těchto základních bodů.
Na pomníku chránícím slovenský bod Strečno byl vytesán stejný nápis
s letopočtem 1888. Bod se nacházel v blízkosti železniční trati Žilina – Vrůtky
a při jejím zdvojkolejnění byl v roce 1942 odstraněný a jeho výška byla
přenesena na 4 jiné výškové značky. Později byl bod obnoven na jiném místě
v blízkosti a pomník byl doplněn nápisem „Premiestený XV. V. 1942“.
Nivelační pořady byly vedeny převážně po železnicích a uzavíraly se ve velké
polygony. Síť byla měřena geometrickou nivelací ze středu. Měřilo se převážně
nivelačními přístroji vídeňské firmy Starke-Kammerer (obrázek 5.2) s citlivou
sázecí libelou a dalekohledem se 36 násobným zvětšením. Nivelační latě byly
dřevěné, 3 m dlouhé s profilem písmene H a dvěma stupnicemi (na obou
stranách). Celkem bylo k dispozici 8 měřických souprav. Do roku 1876 se
nezjišťovala průměrná délka laťového metru, od roku 1885 se začala zjišťovat i
při pracích v terénu. Průměrná délka záměr byla asi 50 m. Naměřená převýšení
byla opravována o normální ortometrické korekce (korekce ze sbíhavosti
normálních hladinových ploch).
Do sítě základních bodů byla
vložena síť bodů prvního řádu
(prvořadých) a bodů řádů
nižších
(druhořadých).
Celková
délka
hlavních
nivelačních pořadů byla 18
210 km a 467 km měly
odbočné pořady. Celkem bylo
zřízeno 3 252 nivelačních
bodů prvního řádu a 9 132
bodů druhého řádu – celkem
tedy 12 391 bodů.
Nivelační body prvního řádu
byly osazovány převážně do
budov při železničních, resp.
silničních
tratích.
Body
Obr. 5.2: Nivelační přístroj Starke-Kammerer
prvního řádu tvořily mosazné
značky 9 cm dlouhé ve tvaru
komolého kužele s větším průměrem 4 cm a menším 3cm. Kužel se osazoval
do zdiva budovy ve výšce asi 1,3 – 1,6 m nad zemí tak, aby osa kužele byla
vodorovná. V ose kužele byl vyvrtán otvor o průměru 4 mm, do kterého se
42 (111)
zasouvala tyčinka stejného průměru, ke které bylo připevněno krátké měřítko
nahrazující při připojování na bod nivelační lať. Počátek měřítka (nulové čtení)
byl přesně v ose otvoru ve značce. Značka byla chráněna litinovou deskou
s otvorem před dutinou kužele a nápisem HOEHEN MARKE (obrázek 5.3).
V Uhersku byl na desce nápis MAGASSÁG JEGY a v Chorvatsku či Slovinsku
nápis BILJEG VISINE.
Pozdější typ těchto značek měl výstupek ve výši středu otvoru, na který bylo
možno postavit přímo nivelační lať. I od těchto značek se později upustilo a
začaly se používat nivelační značky hřebové a čepové. Údaj o nadmořské
výšce se vtahoval k ose otvoru, tedy i k hraně výstupku. Body prvního řádu
byly osazovány v průměrné vzdálenosti mezi značkami 4,5 km.
Obr.5.3: Bod prvního řádu R-U nivelace
Mezi body prvního řádu (prvořadé) byly
osazeny body druhého řádu (druhořadé).
Obr. 5.4: Bod druhého řádu
Tyto body byly tvořeny v naprosté většině
kamennými znaky (kilometrovníky) na
železničních tratích, popřípadě jinými body osazovanými nebo vyznačovanými
na mostech, propustcích a dalších objektech. ÿVlastní výškový bod druhého
řádu tvořil křížek na horní ploše kamene doplněný o nápis H M (viz obrázek
5.4), nebo M J či B V. Průměrná vzdálenost nivelačních bodů druhého řádu
byla asi 1 km.
Nivelační pořady vytvořily 68 uzavřených nivelačních polygonů, z nichž
nejdelším byl polygon Praha – Pardubice – Okříšky – Znojmo – České
Budějovice – Praha.
Pro vyrovnání byla celá Rakousko-Uherská nivelační síť rozdělena na 3 části.
Západní část, kam spadá i převážná část území naší dnešní republiky, byla
tvořena pořady na západ od spojnice železničních tratí Terst – Lublaň –
Štýrský Hradec – Vídeň – Břeclav – Uherské Hradiště – Přerov – OstravaSvinov – Opava. Pro naše území (I. skupina nivelačních pořadů) byla dosažena
střední kilometrová chyba z vyrovnání sítě 4,1 mm a z odchylek mezi dvojím
měřením (tam a zpět) 1,4 mm. Výška základního bodu Lišov tak byla
vypočtena v Jadranském výškovém systému s hodnotou 565,1483 m.
Slovensko patřilo do severovýchodní části sítě (po spojnici Gänsendorf –
Bratislava – Nové Zámky – Parkáň-Nána – Budapešť – Debrecín – Satmár –
Marmarošsiget – Trebuša – Jakobeny - Sučava. Střední kilometrová chyba z
vyrovnání této části sítě měla hodnotu 4,1 mm. Jak již bylo uvedeno nacházel
se na tomto území i základní nivelační bod Strečno (výška 371,0012 m) a na
území Podkarpatské Rusi (nyní Ukrajina) to byl základní bod Dilove či
43 (111)
Trebuša (367,6209 m). I když nivelační síť Rakouska-Uherska byla budována
podle moderních zásad, měla z dnešního pohledu některé nedostatky.
Především to byla malá hustota nivelačních bodů a značné časové odstupy
mezi příslušnými měřeními tam a zpět (někdy i několik let). Měření se
samozřejmě nevyhnuly i některé hrubé chyby.
5.2
Období „první republiky“ (1918 – 1939)
Po rozpadu Rakouska-Uherska po I. světové válce vzniklo v roce 1918
samostatné Československo. Nejrozsáhlejší nivelační síť tvořila v té době
Rakousko-Uherská nivelace. V období let 1898 - 1918 byly však také
vybudovány nivelační pořady podél větších řek, jejichž výšky se vztahovali k
samostatným výškovým systémům. Např. Labe a Vltava byly vztaženy k
počátečnímu výškovému bodu v Cuxhafenu
Na území nově vzniklého Československa bylo v té době evidováno celkem 83
hlavních nivelačních pořadů a 63 odbočných pořadů Rakousko-Uherské
nivelace o celkové délce obou těchto typů pořadů 5 140 km. Pořady tvořily 38
uzavřených polygonů a 23 polygonů neuzavřených. Tato síť je znázorněna na
obrázku 5.5. Nivelační oblasti ohraničené nivelačními polygony byly označeny
velkým písmem P s číslem oblasti v dolním indexu a římskou jedničkou v
horním indexu (např. P1I). Pořady prvního řádu vedoucími mezi dvěma
oblastmi prvního řádu byly označeny písmeny obou sousedních polygonů
(např. pořad Okříšky- Rajhrad byl označen P18I P24I ).
V síti bylo 878 nivelačních bodů (značek) prvořadých (stabilizováno
roubíkovými značkami především na nádražních budovách, viz obr. 5.3) a
2727 značek druhořadých (kamenných – viz obr. 5.4). Průměrné délka jednoho
nivelačního pořadu byla přes 58 km. Průměrná vzdálenost prvořadých značek
byla asi 5,7 km a průměrná délka jednoho nivelačního oddílu (vzdálenosti mezi
dvěma sousedními nivelačními body) asi 1,3 km. Nejdelší nivelační pořad byl
pořad z Českých Budějovic do Prahy, který měřil 171 km a bylo na něm 227
nivelačních značek.
V Československu bylo problematikou jednotné organizace přesných
výškových měření (nivelací) pověřeno Ministerstvo veřejných prací (MVP),
které zřídilo v roce 1919 Ústřední nivelační službu. Na základě Vládního
nařízení č. 43 Sb. z ledna 1920 byla vydána podrobná Instrukce pro přesné
nivelace a byl sestaven Soupis výškových značek v nivelační síti I. řádu
Republiky československé. Na obrázku 5.6 je ukázka ze „Soupisu“ vydaného
v roce 1920 MVP. Ukázka je z části pořadu č. 40 Okříšky – Rajhrad, pořadu č.
41 Leva – Hrušovany a části pořadu č. 42 Hrušovany – Znojmo.
1. československá nivelace se budovala od západu na východ Vzhledem
k nedostatku odborného personálu i finančních prostředků bylo nutno práce,
vedoucí ke zhuštění nivelační sítě i zvýšení počtu trvale stabilizovaných bodů,
rozdělit mezi dvě složky. Území Čech, Moravy a Slezska připadlo MVP a
Slovensko s Podkarpatskou Rusí od roku 1921 připadlo Vojenskému
zeměpisnému ústavu v Praze (VZÚ). Proto se někdy nivelační síť Slovenska
Podkarpatské Rusi budovaná v letech 1920-1938 nazývá Nivelační síť VZÚ.
Rozdělení sítí mezi obě složky vedlo k nejednotnosti a odlišnému přístupu
v prováděných pracích. MVP budovalo pouze nové pořady, které bez ověření
44 (111)
připojovalo na body rakousko-uherské nivelace a výšky byly odvozeny
z prozatímního vyrovnání západní části sítě. VZÚ postupoval důsledněji,
ověřoval původní nivelace a vytvářel uzavřené nivelační polygony na menších
celcích. Při výpočtu výšek vycházel z hodnoty základního nivelačního bodu
Strečno, jehož vztah k základnímu bodu v Lišově však nebyl důkladně ověřen,
takže v hraniční oblasti mezi Moravou a Slovenskem docházelo k rozdílům ve
výškách. V pořadu Uherské Hradiště – Trenčanská Teplá byl již v roce 1921
zjištěn výškový rozdíl 97,1 mm.
Obr. 5.5: Nivelační síť Rakouska – Uherska na území nově vzniklého Československa v roce 1918
V roce 1922 se zjistilo poškození bodu Strečno, bod musel být později v roce
1942 dokonce přemístěn.
45 (111)
Na území Československa tak byly vlastně zavedeny 2 výškové systémy, pro
Čechy, Moravu a Slezsko Jadranský výškový systém - Lišov, pro Slovensko a
Zakarpatskou Rus Jadranský výškový systém – Strečno.
Obr. 5.6: Soupis výškových značek republiky Československé, str. 46 (r.1920)
Síť byla na území dnešní České republiky doplněna dalšími 4 základními
nivelačními body a sice body Mrač, Vrbatův Kostelec, Vlaské a Želešice.
Pracovníci Ministerstva veřejných prací používali při nivelačních měřeních
převážně nivelační přístroje firmy Zeiss typu III, ale též Kernův nivelační
přístroj, Hildebrandův přístroj a dva Wildovi nivelační přístroje. Vojenský
zeměpisný ústav používal výhradně nivelační přístroje firmy Zeiss.
Síť lze charakterizovat střední kilometrovou chybou z vyrovnání sítě 1,70 mm
a z odchylek z měření tam a zpět 0,55 mm. Přehled pořadů v západní části sítě
(dnešní ČR) je na obrázku 5.7.
46 (111)
Obr. 5.7: Československá jednotná výšková síť – západní část (1920-1938)
Síť nebyla nikdy dobudována, naopak došlo ke ztrátám řady bodů, zastarávání
pořadů a snížení jejich přesnosti.
Z těchto důvodů se jevilo nezbytné vybudovat v Československu novou
nivelační síť podle moderních zásad a vztaženou k jediné srovnávací hladině.
Toto rozhodnutí z r. 1938 nemohlo být uskutečněno v důsledku Mnichovských
událostí v roce 1939 a následného vzniku Protektorátu Čechy a Morava i
vzniku samostatného Slovenského štátu.
47 (111)
5.3
Válečné období 1939 – 1945
V tomto období byly České země okupovány Německem, které nařídilo
převést výšky do výškového systému Normal – Null (zkratka N.N. resp. NN)
s výchozím bodem v Berlíně, jehož výška byla vztažena k Amsterdamu (NAP)
– podrobnosti viz stať 4.1.2.
V letech 1939 – 1941 byly některé pořady nivelace I. řádu v Čechách a na
Moravě vyrovnány v rámci V. bloku německé sítě. Rovněž byl určen vztah
mezi vztažnými hladinami německé a české sítě hodnotou 248,6 mm. Přepočet
z Jadranského výškového systému - Lišov do Výškového systému Normal Null
se realizoval vztahem:
VNN = VJ – 0,2486 m
Na Slovensku, které bylo v té době samostatným státním útvarem, byl
používán Jadranský výškový systém – Strečno až do konce války v roce 1945.
Z popudu německých orgánů byla nivelační síť Slovenska v roce 1944
připojena na moravsko-slovenských hranicích na síť německou, do které v té
době již byla zahrnuta síť na území Čech a Moravy.
5.4
Vybudování ČSJNS (období 1945 – 1960)
Návrh Ministerstva veřejných prací z r. 1938 na vybudování jednotné nivelační
sítě na celém území Československa bylo možno v průběhu válečného období
a v důsledku válečných událostí realizovat jen v menší míře a na omezeném
území tehdejšího Protektorátu Čechy a Morava. Teprve po válce se tempo prací
zrychlilo. Nová síť byla nazvána Československou jednotnou nivelační sítí
zkratka ČSJNS (ang. The Czechoslovak Uniform Levelling Network) a jejím
výchozím bodem se stal základní nivelační bod Lišov u Českých Budějovic.
Síť tak byla opět vztažena ke střední hladině Jaderského moře.
Síť se skládala z Československé státní nivelační sítě I. až III. řádu (na obrázku
2.66 je ukázána nivelační síť I. řádu) a z Československé podrobné nivelační
sítě, kterou tvořila síť IV. řádu a plošné nivelační sítě. Pořady I. řádu byly
doměřeny v r. 1953 a pořady II. a III. řádu byly dokončeny v r. 1960.
V r. 1947 bylo na území dnešní ČR stabilizováno a postaveno dalších šest
základních nivelačních bodů (ZNB). Byly to body Svárov, Žirovice, Teplice,
Železná Ruda, Bojkovice a Krnov. Jejich umístění bylo vybráno ve spolupráci s
tehdejším Ústředním ústavem geologickým. Celkem se tak na území ČR
nachází 11 základních nivelačních bodů (ZNB) a na území Slovenska také 11
ZNB. Jsou to body: Bratislava, Kamenica nad Hronom, Plešivec, Poprad,
Pitelová, Strečno, Košice, Podhoroď, Nitra, Trenčín a Šarišské Jestrabie.
Síť I. řádu (obrázek 5.8) sestává z nivelačních pořadů I. řádu tvořících
uzavřené nivelační oblasti I řádu s průměrnou délkou obvodu 330 km. Síť má
na území bývalého Československa 27 uzavřených oblastí I. řádu (uzavřených
polygonů) a 35 neuzavřených oblastí (pohraničních), které byly propojeny
nivelačními pořady s nivelačními sítěmi některých sousedních států.
Označování oblastí, pořadů a nivelačních bodů bude uvedeno později.
48 (111)
Obr. 5.8: Československá jednotná nivelační síť (ČSJNS) – I. řád
49 (111)
Body byly stabilizovány převážně čepovými a hřebovými značkami z litiny. Ze
starších nivelací a nivelačních bodů byly převzaty jen ty, které vyhovovaly
svou kvalitou. Nivelační oblasti prvního řádu jsou označeny velkými písmeny
A, B, C, .. , P, na Slovensku bylo předsazeno písmeno S, tedy SA, SB, SC, …,
SL.
ČSJNS byla budována podle zásad přijatých pro přesnou nivelaci Mezinárodní
unií geodetickou a geofyzikální (IUGG). Nivelační pořady I. a II. řádu byly
měřeny metodou velmi přesné nivelace (viz kapitola 4.) a byly vedeny po
důležitějších silnicích. Nivelační pořady III. řádu byly zaměřovány metodou
přesné nivelace. Přesto i síť III. řádu vyhovuje mezinárodním kritériím kvality
stanoveným pro velmi přesnou nivelaci (VPN).
K měření byly použity přístroje nejvyšší přesnosti, především od firem Zeiss a
Wild s mikrometrem. Nivelační latě dvě vzájemně posunuté stupnice na
invarovém pásku. Ke komparaci latí v terénu byly používány etalonové
(normální) metry firmy Rost.
Měření byla realizována podle jednotné směrnice, vyžadující např. druhé
měření pořadu (v opačném směru) v různou denní dobu. Mezní hodnoty
(v milimetrech) pro odchylky mezi měřením tam a zpět byly stanoveny vztahy:
± 2√ R
pro I. a II. řády a
± 5√ R
pro III. řád,
kde R je délka nivelačního oddílu v km.
Přehled o obrovském rozsahu měřických prací v ČSJNS (v I. až III. řádu)
poskytuje tabulka 5.1.
Tabulka 5.1: Statistické údaje o ČSJNS
Střední
Počet
bodů na kilometrová
chyba m0
1 km
(mm)
Délka
pořadů
Počet
bodů
Počet
pořadů
I.
( km )
3 645
Průměrná
délka
pořadu
( km )
7 300
72
50,6
2,0
0,43
II.
5 594
11 400
228
24,6
2,0
0,41
III.
13 872
33 970
805
17,2
2,4
0,59
Celkem
23 111
52 370
1 105
20,9
2,3
Řád
5.4.1
Výškový systém Jadranský - ČSJNS
Vyrovnání státní nivelační sítě se realizovalo postupně. V roce 1949 byla
samostatně vyrovnána západní část sítě I. řádu s 16 polygony na území Čech,
Moravy a Slezska. Síť byla připojena na ZNB Lišov a výšky byly vypočítány
v Jadranském výškovém systému. Před výpočtem byly zavedeny k nivelačním
převýšením normální ortometrické korekce.
50 (111)
Po skončení měřických prací na Slovensku v roce 1952 byla vyrovnána
samostatně slovenská část a následně celá síť jako jeden celek. Rozdíly
mezi samostatným a společným vyrovnáním byly malé (do 10 mm), proto se až
do zavedení baltského výškového systému používaly v ČR výšky z odděleného
vyrovnání.
Vyrovnání sítě II. a III. řádu se realizovalo postupně v rámci polygonů vyšších
řádů a to síťovým vyrovnáním metodou nejmenších čtverců, obecným
aritmetickým průměrem nebo vetknutým nivelačním pořadem.
5.4.2
ČSJNS – výškové systémy baltské
Od roku 1948 dochází k politické orientaci Československa a rovněž dalších
států střední a východní Evropy na Sovětský svaz (tzv. státy východního
bloku).
Jednotlivé státy do té doby používaly pro své nivelační práce různých
výchozích (počátečních) výškových bodů, tj. různých srovnávacích hladin,
nestejného způsobu zavádění redukcí z tíže a sítě jednotlivých států byly
vyrovnány samostatně. V tomto období (v průběhu padesátých let) proto
dochází ke sjednocení výškových základů těchto států Na společných
jednáních bylo dohodnuto:
a) provést měřické spojení nivelačních sítí sousedních států na vybraných
hraničních přechodech,
b) předat do společného centra v Moskvě v dohodnutém rozsahu měřické
výsledky národních nivelačních sítí i hraničních spojů za účelem
společného vyrovnání nivelační sítě (1957),
c) pro výpočet výšek užít společnou srovnávací hladinu, a to střední
hladinu Baltského moře v Kronštadtu,
d) vytvořit systém normálních výšek na základě teorie Moloděnského, kde
při výpočtu redukcí z tíže se přihlíží ke skutečným hodnotám tíže,
(anomáliím tíže) zjištěným na zemském povrchu podél nivelačních
pořadů.
Tento rozsáhlý úkol započal již v době dokončování nivelačních pořadů III.
řádu. Přesto však byly i všechny nově vznikající pořady zpracovány ještě
v systému jadranském vzhledem k ucelení a jednotnosti celého díla ČSJNS.
5.4.2.1 Výškový systém Baltský B - 68
V roce 1952 započalo u nás podrobné topografické mapování (vojenské
mapování) v měřítku 1: 25 000 a z výše uvedených politických důvodů bylo
rozhodnuto výšky pro toto mapování již uvádět vzhledem k počátku v
Baltskému moři (Kronštadtu). Tento prozatímní a přibližný systém byl získán
odečtením konstanty 0,68 m od výšek v jadranském systému. Systém byl
označen B-68 (Balt minus šedesát osm).
Převod z jadranského systému do systému B – 68 je jednoduchý:
VB-68 = VJ – 0,68 m.
51 (111)
5.4.2.2 Výškový systém Baltský B - 46
V roce 1955 rozhodla tehdejší Ústřední správa geodézie a kartografie zavést
další prozatímní výškový systém baltský s označením B-46 (Balt minus čtyřicet
šest). Systém vznikl odečtením konstanty 0,46 m od výšek jadranského
výškového systému. Hodnota –0,46 m byla získána z rozdílu výšek na
identickém bodě naší a sovětské sítě v Čierné nad Tisou.
Výšky v tomto dalším prozatímním baltském systému se vypočítá jednoduše
podle vztahu:
VB-46 = VJ – 0,46 m.
5.4.2.3 Výškový systém Baltský - po vyrovnání (zkratka Bpv)
Pro mezinárodní vyrovnání nivelační sítě na území střední a východní Evropy
v letech 1956 - 1957 byly použity hodnoty měřených nivelačních převýšení na
pořadech I. řádu Československé jednotné nivelační sítě (ČSJNS) z let 1939 až
1955. Naměřená převýšení byla před vyrovnáním opravena o normální redukce
podle teorie Moloděnského, které zahrnují jak sbíhavost hladinových ploch
normálního tíhového pole Země, tak i jeho anomálie. V době vyrovnání této
sítě byla pro příslušné výpočty na území Československa k dispozici pouze
mapa Bouguerových anomálií v tíhovém systému 1957 z hodnot, zjištěných na
bodech gravimetrické sítě v měř. 1:1000000.
V roce 1957 byla naše nivelační síť vyrovnána společně se sítěmi států
východní Evropy a západní částí nivelační sítě Sovětského svazu podle výše
uvedených pravidel. Výsledkem vyrovnání byly výšky 3372 bodů vybraných
ve vzdálenosti po cca 2 km na nivelačních pořadech I. řádu (a dvou hraničních
pořadech II. řádu), včetně bodů uzlových pro něž byly základní údaje určeny ze
souborného vyrovnání v mezinárodním výpočetním centru v Moskvě.
Vyrovnáním mezi tyto body byly postupně počítány výšky dalších bodů pořadů
I. řádu a následně i výšky bodů v sítích II. a III. řádu.
Výšky všech bodů byly sestaveny do Katalogů nivelačních bodů (KNB), které
zahrnovaly výšky nivelačních bodů všech řádů vyskytujících se v příslušném
mapovém listu použitého podkladu.
Vzhledem k odlišnému zavádění tíhových korekcí v jadranském výškovém
systému (normální ortometrické korekce) a výškovém systému Bpv (normální
Moloděnského korekce) se oba systémy neliší již o konstantu, ale rozdíly výšek
dosahují na území Československa hodnot od – 0,36 m do – 0,42 m. Průměrná
hodnota je asi – 0,40 m (výška v Bpv je o 40 cm menší než výška v jadranském
systému).
Základní nivelační bod Lišov má v Bpv výšku 564,7597 m, je tedy jeho výška
o 0,3886 m menší než v Jadranském výškovém systému.
V roce 1960 byla ČSJNS dokončena. V síti prvního řádu bylo dosaženo
přesnosti vyjádřené hodnotou
celkové střední kilometrové chyby = 0,88 mm,
kde náhodná složka této chyby činí 0,44 mm a systematická složka 0,79 mm.
Všechny nivelační body I. až III. řádu ČSNS mají nyní stanovenu výšku ve
výškovém systému Bpv.
52 (111)
5.4.3
Přibližný převod mezi výškovým systémem jadranským a
Bpv
Výškový systém baltský po vyrovnání byl závazně zaveden na celém území
Československa (ČSSR). V některých oblastech a pro některé práce však bylo
povoleno dále používat výškový systém jadranský.
Podle § 4 Nařízení vlády č. 116/1995 Sb. byl mezním termínem pro používání
jadranského výškového systému na území ČR rok 2000. Protože se ale stále
setkáváme se staršími mapovými, projekčními a datovými podklady, které byly
vypracovány v jadranském výškovém systému, zpracoval Zeměměřický úřad v
Praze Pokyny (č.j. 632/1999-230) pro přepočet nadmořských výšek z výškového
systému jadranského do systému baltského – po vyrovnání.
V těchto pokynech jsou pro potřeby praxe zavedeny přibližné transformační
vztahy tak, aby platily plošně a spojitě pro celé území státu (a to i na úkor
přesnosti v extrémních podmínkách – např. v nadmořských výškách nad 1 000
m).
Body, jejichž výška HJ je známa ve výškovém systému jadranském lze určit
jejich výšku HBpv ve výškovém systému baltském – po vyrovnání podle vztahu:
HBpv = HJ – 0,403 + 0,00000051 ∆g HJ + 0,000000057 HJ 2 ,
kde
HJ je hodnota výšky určovaného bodu v jadranském výškovém
systému v metrech,
∆g je v určovaném bodě hodnota Bougerovy anomálie bez topokorekce
v systému S-Gr95 v miligalech.
Výsledná hodnota výšky HBpv určovaného bodu bude pak vypočtena v metrech.
Přesnost výšky bodu určená podle výše uvedeného vztahu je limitována
přesností původního výpočtu nadmořské výšky v jadranském systému. Pro
výšky přes 1000 m může chyba dosáhnout hodnoty až 5 mm.
V uvedeném Pokynu ZÚ Praha je doporučen ještě další zjednodušený vztah
pro převod mezi oběma výškovými systémy:
HBpv = HJ – 0,417 m + 0,00005 HJ .
Výška HJ se do vzorce dosazuje v metrech, výsledná výška HBpv bude také
v metrech.
Přesnost převodu podle tohoto druhého vztahu je charakterizována celkovou
střední chybou 3 mm, přičemž tato hodnota je limitní chybou pro většinu
území ČR. Překročena může být především v lokalitách, kde dosahují
Bougerovy anomálie a jejich gradienty velkých hodnot (horské oblasti - Krušné
hory, Jeseníky). Zde se mohou vyskytnout i rozdíly 2 cm proti přesným
hodnotám korekcí.
53 (111)
5.5
Opakované nivelace a Zvláštní nivelační sítě,
období 1961 – 1989
V průběhu nivelačních prací se stále zřetelněji ukazovalo, že ne všechny
nivelační body lze považovat za výškově stálé. Důkazem byly především
výsledky kontrolních měření při připojování nivelačních pořadů nižších řádů
na nivelační body řádů vyšších. Bylo zjištěno, že vertikální pohyby
geologických celků, jejichž intenzita byla odhadována prostřednictvím jiných
jevů v přírodě, skutečně existují a jsou měřitelné většinou jen metodami velmi
přesné nivelace. Tomuto problému se začala věnovat zvýšená pozornost i
v mezinárodním kontextu.
5.5.1
Opakované nivelace
Po zavedení jednotného baltského výškového systému ve státech východní
Evropy byly na schůzce zástupců geodetických služeb v Moskvě v roce 1961
dohodnuty hlavní zásady společného projektu opakovaných nivelací (ang.
repeated levellings). Byly stanoveny hlavní technologické zásady, schváleny
návrhy sítí a státy byly vyzvány ke zkušebním měřením. které umožnily vedle
koordinace na mezinárodní bázi též zajistit nebo obnovit potřebnou kvalitu
nivelačních prací v pořadech vyšších řádů, z nichž většina pořadů již
vyžadovala přeměření. V Československu byly zahájeny nivelační práce hned
v r. 1961 a postupně byla uskutečněna opakovací měření na vybraných
pořadech vyšších řádů.
Bylo postupováno podle přísnějších technologických hledisek:
-
k zajištění náročných technologických požadavků byly pořady a
nivelační body vybrány ve spolupráci s geology,
-
byl kladen zvýšený důraz na kvalitní stabi1izaci bodů (skalní
stabilizace, nově zavedeny hloubkové, tyčové a podzemní stabilizace),
-
byly zřízeny Výškové indikační body (zkratka VIB, ang. Vertical
Indication Point) a Výšková indikační pole (zkratka VIP, ang. Vertical
Indication Field). Jednalo se o zvlášť pečlivě vybrané a kvalitně
stabilizované body nebo soubory bodů , které slouží ke sledování
vertikálních pohybů určitých geologických jednotek.
-
byla zpřísněna kritéria pro observaci (např. zkrácení záměr a jejich
vyšší minimální výška nad terénem), byla zavedena metoda Zvlášť
přesné nivelace (zkratka ZPN, ang. Special Precision Levelling).
Podrobněji se touto technologií bude zabývat jiný studijní modul.
-
byla prováděna hlubší analýza výsledků opakovaných měření. Od roku
1970 byla dokumentace nivelačních bodů převáděna do Souboru
nivelačních údajů, uspořádaných podle nivelačních pořadů.
Po více než 10 letech zkoušek, přípravných prací a technologických
vylepšeních se v sedmdesátých letech se přistoupilo k zaměření mezinárodní
sítě opakovaných nivelací. Na území Československa byla tato síť z 90 %
totožná s nivelační síti I. řádu. Po spojení sítí opakovaných nivelací všech
zainteresovaných států vznikla homogenní mezinárodní nivelační síť na velké
části evropského kontinentu, která dovolila relativně s vyšší spolehlivostí určit
54 (111)
současný výškový vztah mezi třemi moři (Baltským, Černým a Jaderským) a
také výškové relace všech geologických celků. Většina měřických prací se
uskutečnila v letech 1975 až 1978, v některých případech byla použita měření
z let 1973 a 1974. Statistika měření je uvedena v tabulce 5.2.
Tabulka 5.2: Rozsah prací při opakovaných nivelacích v rámci mezinárodní
spolupráce
Roky
měření
Délka
pořadů
Počet
bodů
Počet
pořadů
4 031
Počet bodů
na 1 km
Střední
kilometrová
chyba m0
(mm)
4,0
0,38
( km )
( km )
1973-78
Průměrná
délka pořadu
16 216
85
47,4
Z celkového počtu 16 216 nivelačních bodů bylo více než 50 % z nich
stabilizováno na budovách. Podrobnější informace o druhu stabilizace
nivelačních bodů pro mezinárodní síť opakovaných nivelací podává tabulka
5.3. Podrobněji se jednotlivými druhy stabilizace zabývá kapitola 6.2. V roce
1969 byl zřízen základní nivelační bod na nově vybudované Geodetické
observatoři na Pecném. Tím byl zvýšen celkový počet ZNB v Československu
na 23 bodů (v nynější ČR je z nich 12 bodů). Bod tvoří soubor nivelačních
značek se skalní stabilizací.
Tabulka 5.3: Četnost jednotlivých druhů stabilizace nivelačních bodů (1973-1978)
Nástěnná
stabilizace
(budovy,
kostely apod.)
Skalní
Nivelační Hloubková
Tyčová
stabilizace
kámen
stabilizace stabilizace
Podzemní
nivelační
kámen
Jiná
stabilizace
(propustky,
mosty, kříže,
stožáry, opěrné
zdi, balvany
apod.)
8 145
bodů
3 365
bodů
2 304
bodů
481
bodů
198
bodů
186
bodů
1 537
bodů
50,2 %
20,8 %
14,2 %
3,0 %
1,2 %
1,1 %
9,5 %
Nově zavedená technologie VPN přirozeně změnila i některé souhrnné
statistické údaje - porovnej tabulku 5.1 s tabulkou 5.2. Zvýšila se zejména
průměrná hustota nivelačních bodů na 1km. Z hustoty 2,1 bodu/km
pro nivelace v období 1939-1949 se zvýšila na 4,0 bodu/km pro nivelace
z období 1973-1978. Průměrná délka záměry klesla z 29,3 m na 19,8 m,
respektive průměrný počet nivelačních sestav na 1 km se ze 17,0 sestav zvýšil
na 25,2 sestav.
Z obou tabulek vyplývá, že střední kilometrová chyba se sice trochu snížila (z
hodnoty 0,43 mm na hodnotu 0,38 mm), ale současně se zvýšily asi o 50 %
absolutní hodnoty odchylek v uzavřených nivelačních polygonech. Za příčinu
zvýšení velikosti uzávěrů se považuje zejména větší hustota nivelačních bodů a
55 (111)
podstatně zhoršené pracovní podmínky na všech druzích komunikací,
především v důsledku zvýšeného provozu na nich. Lze konstatovat, že
zpřísněná kritéria ani propracovanější metodika tak nevedly k výraznému
zvýšení přesnosti. Jedním z důvodů může být i častější fluktuace pomocného
personálu (především figurantů) a tím i méně jejich praktických zkušeností,
popřípadě nižší míra kvalifikace technického personálu.
Další souborné vyrovnání nivelačních sítí na území východní Evropy bylo
provedeno po ukončení opakovaných nivelací z let 1974 až 1978. Přestože byly
použity nové hodnoty nivelačního měření i nové (přesnější) hodnoty tíhových
redukcí, byly rozdíly výšek 70 uzlových bodů v novém systému, pracovně
nazvaném Bpv/1983 (t.j. rok, kdy bylo provedeno vyrovnání) na území ČR
proti dosud platným hodnotám malé (mezi 4,2 mm až -78,3 mm). Proto nebyly
nové výšky zavedeny do technické praxe. Důležité údaje ale poskytuje
srovnání obou etap pro určení geodynamických jevů na území České
republiky.
Porovnání opakovaných nivelací ze 70. let, výškově vyrovnaných v rámci sítě
pokrývající východní Evropu, s výškami původní baltské soustavy (rozdíl
středních epoch nivelací je asi 33 let) vedlo ke zjištění, že patrně existují
některé základní tendence geodynamické aktivity území ve „vertikálním“
smyslu se zřetelným náklonem území ČR ve směru SZ – JV, viz obrázek 5.9.
Obr. 5.9: Výškové rozdíly (v mm) na území Československa za období 33 let
Přesnost použitých nivelačních metod je dostatečně vysoká pro detekci takto
výrazné dynamiky zemského povrchu. Nelze však zcela spolehlivě statisticky
vyloučit možnost podstatného ovlivnění uvedeného zjištění o tendencích
vertikální dynamiky ČR kumulací systematických chyb. Teprve principiálně
odlišné metody (zejména GPS, resp. GNSS) mohou přinést nesporné potvrzení
uvedené hypotézy.
56 (111)
Použití metody nivelace pro určování změn výšek jsou dlouhodobě využívány
v oblastech se zvýšenou antropogenní činností. Vzhledem ke značné vertikální
dynamice poddolovaných území vybudovaly se na některých těchto lokalitách
tzv. Zvláštní nivelační sítě – viz. následující stať.
5.5.2
Zvláštní nivelační sítě
Od roku 1951 byly zakládány Zvláštní nivelační sítě (zkratka ZNS, ang. Special
Levelling Networks), které umožnily registrovat závažné výškové změny
zpravidla v oblastech spojených s intenzivní důlní činností. Nejznámější je
ZNS Ostrava, která byla založena v r. 1951, rozšířena a spojena v r. 1959 s
obdobnou sítí v Polsku, aby mohly být komplexně sledovány změny v celé
hornoslezské uhelné pánvi. Síť se pravidelně přeměřuje v několikaletých
intervalech. V rozmezí let 1951 až 1995 byla síť zaměřena dvanáctkrát. Další
ZNS byly založeny a jsou v několikaletých intervalech přeměřovány v Kladně
(od r .1961), v Mostě (od r. 1965), v Sokolovu (od r. 1967), v Žacléři (od
r.1980), v P1zni (od r. 1982) a v Rosících (od r. 1982).
Přehled provedených měření v nejdůležitějších ZNS (stav k roku 2005)
OSTRAVA
1951, 1952, 1953, 1959, 1962, 1966, 1970, 1974, 1979,
1984, 1988, 1995, 2001
KLADNO
1961, 1963, 1970, 1975, 1980, 1985, 1990, 1996, 2002
MOST
1965, 1968, 1974, 1981, 1986, 1991, 1998, 2003
SOKOLOV
1967, 1974, 1982, 1987, 1992, 1998, 2003,
Ostravská síť (Ostravsko – Karvínská síť) byla propojena s polskou nivelační
sítí.
Tento typ sítí však nebyl budován jen na typicky poddolovaných územích.
V roce 1972 byla vybudována pro potřeby vzrůstající aglomerace ZNS Praha,
která byla v roce 1976 ještě rozšířena. Další nivelační práce byly realizovány
v této síti v poslední době v letech 1998– 2002.
Vedle sítí zařazených do ČSJNS a měřicky garantovaných státní službou
existují i nivelační sítě vytvářené jednotlivými uživateli nebo skupinou
uživatelů.
57 (111)
5.6
Období po roce 1989
V roce 1990 došlo k přejmenování Československa na Českou a slovenskou
federativní republiku (ČSFR) a k 1. lednu 1993 došlo k jejímu rozdělení na dva
samostatné státní útvary Českou republiku (ČR) a Slovenskou republiku (SR).
Československá státní nivelační síť byla také rozdělena na českou a slovenskou
část. V tomto období došlo i k připojení obou nivelačních sítí k evropské
jednotné nivelační síti UELN (ang. United European Levelling Network).
5.6.1
Česká státní nivelační síť - ČSNS
Rozdělení ČSFR v roce 1993 na dva samostatné státy vedlo i k více či méně
formálnímu oddělení geodetických základů včetně nivelačních sítí.
Československá jednotná nivelační síť (ČSJNS) byla ve své české části
přejmenována na Českou státní nivelační síť (zkratka ČSNS, ang. Czech State
Levelling Network), na Slovensku byla postupně na základech ČSJNS
vytvořena Štátna nivelačná sieť (zkr. ŠNS).
Na obrázku 2.69 jsou znázorněny v ČSNS nivelační pořady I. řádu a k nim
příslušných 16 uzavřených nivelačních oblastí I. řádu (označené jsou písmeny
velké abecedy A, B, ... , P). Dalších 20 neuzavřených nivelačních oblastí I.
řádu, které se nacházejí v pohraniční, jsou označeny Z0, Z1, Z2, ... ,Z19, přičemž
po roce 1993 nově vzniklé dvě pohraniční nivelační oblasti se Slovenskou
republikou byly přeznačeny na Z18 a Z19, neboť nahradily dvě oblasti s
původním označením SA a SB, které bylo používáno v ČSJNS (viz obr. 5.10).
Síť ČSNS je vedena ve výškovém systému Balt po vyrovnání. Síť je nadále
vztažena k I ZNB Lišov. V roce 1990 byla dokončena měřická obnova
nivelační sítí II. řádu a postupně prováděna údržba a obnova sítí III. řádu. Tato
obnova byla dokončena v roce 2005.
Obr. 5.10: Nivelační síť I. řádu ČSNS
V posledních letech byla v ZÚ vytvořena datová báze výškových bodů všech
pořadů ČSNS, která je nyní přístupná po internetu.
Koncem roku 2005 obsahovala ČSNS 1306 nivelačních pořadů o celkové délce
24 913 km a 83 879 nivelačních bodů. Uvedený počet bodů je bohužel jen
58 (111)
evidenční, protože v posledních létech dochází ve zvýšené míře k jejich
znepřístupnění, poškození nebo i zničení, především z důvodů velkého nárůstu
stavebních oprav a rekonstrukcí budov (např. nových obkladů při zateplování
fasád apod.).
5.6.2
Štátna nivelačná sieť na Slovensku
Po vzniku samostatné Slovenské republiky v roce 1993 bylo nutno řešit i nové
uspořádání a modernizaci geodetických základů Slovenska včetně nivelačních
sítí. Návrh nové Státní nivelační sítě (Štátna nivelačná sieť, zkr. ŠNS) byl
zpracován v letech 1994 až 1996. Návrh vycházel z nivelačních pořadů I. až
III. řádu ČSJNS a z pořadů opakovaných nivelací. V letech 1995 a 1996 byla
proto vykonána fyzická kontrola všech pořadů I. až III. řádu ČSJNS. Pořady I.
řádu ŠNS jsou nyní vedeny po trasách I. a II. řádu ČSJNS a opakovaných
nivelací. Byly vytvořeny i nové pořady prvního řádu. Druhé řády byly
vytvořeny z ostatních pořadů ČSJNS. Vlastní práce na zřízení ŠNS započaly
v roce 1996. Celá nivelační síť je postupně přeměřována digitálními
nivelačními přístroji. V nivelačních polygonech I. řádu bylo základní měření
vykonáno v letech 1996 – 2002 (68 pořadů s celkovou délkou 3 787 km) a dále
pokračuje měření nivelačních pořadů II. řádů. Jedním z úkolů budování ŠNS je
i připojení co nejvíce bodů Slovenské prostorové sítě a bodů gravimetrické sítě
a dalších speciálních geodetických sítí, např. Lokální geodetická síť (LGS)
Tatry.
ŠNS byla vyrovnána v několika variantách a to jak ve výškovém systému Bpv,
tak i ve výškovém systému vázaném na počáteční bod v Amsterdamu. Tento
systém je proto označován zkratkou Ams. Při těchto vyrovnáních byl za
základní výškový bod pro Slovenskou republiku zvolen bod V. Pitelová , který
se nachází na středním Slovensku nedaleko Žiaru nad Hronou, tj. přibližně
uprostřed ŠNS.
Vytvoření ŠNS si vyžádalo i přeznačení a přečíslování pořadů a bodů této sítě.
Nivelační oblasti I. řádů jsou postupně od západu na východ a od jihu na sever
označovány písmeny velké abecedy A, B, atd., pohraniční neuzavřené oblasti
jsou doplněny písmenem Z, tedy ZA, ZB, atd.. Nivelační pořady I. řádu jsou
označeny písmeny obou oblastí a názvy míst, kde pořad začíná a končí (např.
AC Bratislava – Hlohovec). U pořadů kde jedna nebo obě oblasti jsou hraniční
se postupuje obdobně např. AZB, ZAZB apod.). Pořady II. řádu jsou označeny
písmenem oblasti I. řádu a jejich pořadovým číslem. Pořadová čísla byla
přidělována též postupně od západu na východ a od jihu na sever (např. A1,
C56, apod.). Číslování nivelačních bodů vychází z označení pořadu a
pořadového čísla bodu v pořadu, přičemž se začíná až od čísla 500 (např. AC –
555).
5.6.3
Zapojení výškových geodetických základů do UELN
Po změně společenských podmínek v roce 1989 bylo možno přikročit
k dokončení spojení ČSJNS i s tzv. „západními sousedy“. V případě
Československa to byly Rakousko a Německá spolková republika (SRN).
Připomeňme, že v té době bylo již Německo sjednoceno připojením území bývalé Německé
demokratické republiky (NDR) do NSR. Na území NDR, která předtím patřila do skupiny
59 (111)
tzv. socialistických států, byl používán výškový systém baltský, napojený na Kronštadtský
výchozí bod a vyrovnaný v rámci států východní Evropy (HN, HN-76 jsou východoněmecké
varianty našeho Bpv). Styčná měření mezi ČSR (resp. ČSSR) a NDR již byla realizována i
dříve v rámci budování společné nivelační sítě „socialistických států“.
Po roce 1989 začala příprava k zapojení ČSJNS do celoevropské jednotné
nivelační sítě UELN (ang. United European Levelling Network), která je
vedena v geopotenciá1ních rozdílech.. V letech 1991 a 1992 došlo ke styčným
měřením s Rakouskem a v roce 1992 byly zaměřeny spojovací pořady se SRN
(s Bavorskem a i se Saskem). Na geopotenciá1ní rozdíly byly převedeny
všechny pořady I. řádu včetně spojovacích pohraničních měření. K převodu
byly použity opakované nivelace převážně z let, 1973 až 1978:
V roce 1995 byly geopotenciá1ní rozdíly předány mezinárodnímu výpočetnímu
centru v Lipsku. Část sítě UELN na území ČR se ve velké míře shoduje s
nivelační sítí I. řádu.. Česká část sítě UELN je na obrázku 5.11, pPřehled celé
sítě UELN je ukázán na obrázku 5.12.
V roce 1999 byla do výpočetního centra UELN předána data ze sítí I. a II. řádu
ČSNS, jak v geopotenciálních rozdílech, tak v měřených převýšeních (včetně
všech korekcí) pro původní a opakovanou nivelaci. Obdobně postupovalo i
Slovensko.
Obr. 5.11: Česká část sítě UELN 95
Propojení nivelačních sítí I. řádů v západní a střední části Evropy nazývané
Celoevropská jednotná nivelační síť (ang. United European Levelling Network,
zkratka UELN) je vidět na obrázku 5.12. Evropská síť UELN jako síť
geopotenciálních kót je navázána na geopotenciální kótu nivelačního bodu na
kostele v německém Wallenhorstu.
60 (111)
Obr. 5.12: United European Levelling Network 1995 – stav 2003
5.7
Státní prostorové sítě
Prudký rozvoj družicových a dalších kosmických metod v osmdesátých a
devadesátých létech dvacátého století změnil zcela přístup k základním
geodetickým úlohám, používaným do té doby při budování geodetických
základů. Nyní se jedná především o metody, které umožňují řešit geodetické
úlohy přímo, tj. určit polohu geodetického bodu v geocentrickém prostorovém
systému (např. v systému ITRS resp. WGS-84). K definování takového systému
jsou používány metody kosmické geodézie (VLBI – Very Long Baseline
Interferometry, SLR – Satellite Laser Ranging, LLR – Lunar Laser Ranging,
GNSS – Global Navigation Satellite Systems a technologie DORIS – Doppler
Orbitography and Radio-positioning Integrated on Satellite). V
běžné geodetické praxi je pak z uvedených metod ve stále větší míře využíváno
globálních navigačních družicových systémů (GNSS), a to především
amerického systému NAVSTAR GPS, ve zkratce jen GPS (Global Positioning
System).
61 (111)
5.7.1
Prostorové sítě NULRAD a DOPNUL
V roce 1988 zahájila nově ustavená Mezinárodní služba rotace Země
(International Earth Rotation Service – IERS) realizaci globálního
geocentrického souřadnicového systému ITRS (International Terrestrial
Reference System ) výhradně metodami kosmické geodézie. Postupně vznikla
celá řada dalších realizací tohoto systému, zatím poslední realizace je
ITRS2000, jehož součástí je i referenční rámec ITRF2000 (International
Terrestrial Reference Frame), který obsahuje přes 500 prostorových souřadnic
stanic (bodů rozmístěných po celém světě) a jejich časových změn. V ČR je
součástí tohoto „mezinárodního rámce“ stanice GOPE (Geodetická Observatoř
Pecný), ve Slovenské republice stanice MOPI (Modrá Piesky), obě využívají
techniku GNSS.
Informace o časových změnách bodů jsou nezbytné, neboť se kontinenty (resp.
tektonické desky na kterých se kontinenty či ostrovy nacházejí) navzájem
pohybují. Pro euro-asijskou tektonickou desku dělá roční změna v poloze
přibližně 27 mm severovýchodním směrem. Proto Mezinárodní geodetická
asociace (International Asociation of Geodesy, zkr. IAG) navrhla používat
v Evropě souřadnicový systém, který bude vázán na tuto euro-asijskou
kontinentální desku. Tak vznikl referenční systém ETRS89 a referenční rámec
ETRF89 v epoše 1989.0 (European Terrestrial Reference Frame), do kterého
byly postupně připojovány další a další body v jednotlivých státech Evropy.
V ČSFR to bylo poprvé v roce 1991 v rámci kampaně EUREF-CS/H-91, kdy
došlo k připojení celkem 6 bodů (3 body v české a 3 ve slovenské části
republiky). V roce 1992 se uskutečnila kampaň NULRAD (10 bodů) a v letech
1993 a 1994 kampaň DOPNUL (jen v ČR). V ČR tak vznikla síť 176 bodů
s geocentrickými prostorovými souřadnicemi v ETRF89. Většinu těchto bodů
tvořily trigonometrické body vyšších řádů, na kterých bylo možno realizovat
družicová měření metodou GPS. Na obrázku 5.13 je zobrazeno rozmístění
bodů výše uvedených sítí
Obr. 5.13: Body sítě NULRAD a DOPNUL
62 (111)
Další zhuštění této sítě se uskutečnilo v letech 1996-2006 v rámci programu
„výběrové údržby“, kdy byly určeny prostorové souřadnice dalších 3 096
převážně trigonometrických bodů, které jsou poměrně rovnoměrně rozmístěné
po celém území ČR. Body byly voleny tak, aby na jednom triangulačním listu
(tj. území 10 x 10 km) se nacházelo 4 až 5 těchto bodů. Vznikl tak velmi
kvalitní základ pro polohová i výšková měření s využitím družicových metod.
Na bodech prostorové sítě tak známe prostorové souřadnice X,Y,Z v systému
ETRF89 současně s rovinnými souřadnicemi y,x v S-JTSK a výškami H ve
výškovém systému Bpv. Prostorové kartézské (pravoúhlé) geocentrické
souřadnice X, Y, Z lze snadno převést na geodetické zeměpisné souřadnice
(geodetickou zeměpisnou šířku φ, geodetickou zeměpisnou délku λ a
elipsoidickou výšku h ). Z hlediska výšek tak máme pro jeden bod určeny dvě
výšky a to elipsoidickou výšku h vztaženou k elipsoidu GRS80 a „nadmořskou
výšku“ H ve výškovém systému Bpv. Jejich rozdíl
ς =h−H
lze interpretovat jako převýšení kvazigeoidu nad elipsoidem GRS80.
Určíme-li metodou GPS (GNSS) prostorové souřadnice nového bodu, známe
tak pouze jeho elipsoidickou výšku. Výšku tohoto bodu v systému Bpv musíme
určit buď transformací na další identické body jejichž výšky v systému Bpv
jsou známé, nebo můžeme využít vhodného modelu kvazigeoidu. Známe-li pro
dané území model kvazigeoidu (pro ČR např. model vytvořený VÚGTK
s označením CR2000, nebo globální model EGM96), lze elipsoidické výšky
převést na výšky ve výškovém systému Balt po vyrovnání. Přesnost takto
získaných výšek v systému Bpv je limitována přesností použití družicových
technologií a přesností použitého modelu kvazigeoidu. V současnosti se jedná
o limitní přesnosti několika cm, v případě globálního modelu EGM96 několika
dm.
Na obrázku 5.14 je ukázka geodetických údajů jednoho bodu prostorové sítě.
Obr. 5.14: Trigonometrický bod 3420/15 prostorové sítě
Takové body jsou v mapě vyznačeny červeným trojúhelníčkem. Jejich
63 (111)
souřadnice lze získat na internetových stránkách ČÚZK prostřednictvím
databáze DATAZ, kterou spravuje Zeměměřický úřad.
5.7.2
Základní geodynamická síť ČR (GEODYN)
Základní geodynamická sít České republiky (ZGS) je tvořena geodynamickými
body, které primárně slouží ke sledování pohybu zemského povrchu. Body sítě
jsou v převážné většině tvořeny body hloubkových stabilizací základního
výškového bodového pole, tj. body, které byly budovány metodou velmi
přesné nivelace (VPN). Body ZGS byly připojeny na základní gravimetrickou
síť (S Gr 95). Základní geodynamická síť tak plní v současnosti i úlohu styčné
sítě, která umožňuje integrovat prostorové, polohové, výškové a tíhové sítě do
sítě integrované.
Základní geodynamickou síť tvoří 36 bodů (obrázek 5.15), z nichž některé
body jsou současně body ZPBP, nebo body gravimetrickými. Součástí sítě jsou
i permanentní body měření GNSS označené GOPE (observatoř Pecný) a
TUBO (observatoř Brno).
ZGS byla opakovaně zaměřena metodou GPS a předpokládá se její další
přeměřování touto technologií. V letech 1994 a 1995, kdy se síť budovala, se
uskutečnily čtyři etapy zaměření celé sítě metodou GPS. Měřické kampaně
byly označeny akronymem GEODYN a tak je toto označení často používáno i
pro označení základní geodynamické sítě.
V současnosti se budují na vybraných bodech ZGS stabilizace s nucenou
centrací, které umožní při měření přesnou centraci antény aparatury GNSS a
přeměřují se velmi přesnou nivelací vybrané nivelační pořady propojující body
ZGS.
Obr. 5.15: Základní geodynamická síť ČR (stav v roce 1999)
64 (111)
5.7.3
Česká síť permanentních stanic pro určování polohy
(CZEPOS)
V roce 1994 byla na geodetické observatoři VÚGTK na Pecném u Ondřejova
zprovozněna permanentní stanice GPS, která byla zařazena do světové sítě
permanentních GPS bodů, které tvoří síť bodů ITRS. Bod byl označen
zkratkou GOPE (Geodetická Observatoř PEcný). Bod je současně zařazen i do
evropské sítě permanentních stanic EPN (EUREF Permanent Network). V roce
2001 byl do sítě EPN připojen z České republiky i druhý bod s označením
TUBO (Technical University of BrnO), který je umístěn na střeše budovy
VUT v Brně.
Česká síť permanentních stanic s označením CZEPOS byla vybudována
převážně v roce 2005 a do plného provozu zprovozněna začátkem roku 2006.
Síť je tvořena 27 body stabilizovanými převážně na střechách katastrálních
úřadů a vybavenými aparaturami GNSS. Součástí sítě jsou body vědeckovýzkumné sítě VESOG. Rozmístění bodů a jejich označení je zřejmé z obrázku
5.16. Bod Praha byl do sítě doplněn v roce 2007, bod Pecný sítě CZEPOS je
totožný s bodem GOPE sítě EPN, obdobně bod Brno s bodem TUBO.
Obr. 5.16: Body sítě CZEPOS
Síť CZEPOS umožňuje na území ČR určování souřadnic nových bodů
v systému ETRS89 v reálném čase. S využitím vhodných transformací je
možno tyto prostorové souřadnice převést do pro praxi závazných
souřadnicových systémů (zejména do S-JTSK) a do výškového systému Bpv.
K přímé transformaci do výškového systému Bpv je nutno použít vhodného
65 (111)
modelu kvazigeoidu. Obdobné permanentní sítě jako je CZEPOS byly a jsou
budovány v řadě států. V Německu byla již před několik roky vybudována síť
SAPOS, ve Švédsku SWEPOS a v Rakousku APOS. Na Slovensku byla
spuštěna v roce 2007 síť SKPOS, v Polsku se začíná budovat síť ASG-EUPOS,
v rámci střední a východní Evropy se rozvíjí iniciativa mnoha zemí na
spolupráci v projektu EUPOS (European Position Determination Systém).
5.7.4
Evropský vertikální referenční systém (EVRS)
Evropská výšková (vertikální) referenční síť (European Vertical Reference
Network - zkr. EUVN) a Evropský výškový referenční systém (European
Vertical Reference System – zkr. EVRS) vznikly v rámci společného GPS
měření na uzlových bodech evropské nivelační sítě EUVN, permanentních
bodech GPS a dalších GPS bodech v blízkosti mnoha evropských mereografů.
Síť EUVN obsahuje 196 bodů, z toho: 66 bodů permanentí sítě EPN a 13
dalších bodů národních permanentních sítí, 54 bodů sítí UELN a UPLN a 63
mareografů. Síť byla realizována v roce 1997 v rámci 9 denního kontinuálního
GPS měření na uvedených bodech. Z ČR byly do této sítě zapojeny 4 body.
Umístění bodů je patrno z obrázku 2.73. Na následujícím obrázku 5.17 je
znázorněna celá síť EUVN.
Obr. 5.17: Evropská výšková referenční síť (EUVN)
66 (111)
Evropská vertikální síť je založena na geopotenciálních kótách a
Moloděnského výškách a je propojena s počátkem výškového systému
v Amsterdamu (výškový systém NAP), přičemž byla do vyrovnání vzata
měření na bodech v blízkosti dalších evropských mareografů.
5.7.5
Celosvětový výškový systém (WHS)
Celosvětový výškový systém (World Height System) je snahou o vytvoření
jednotného výškového systému pro celou Zemi. Metody kosmické geodézie a
zejména družicové geodézie, ve spojení s altimetrií a měřením skutečného
tíhového pole Země, umožňují propojení jednotlivých lokálních, resp.
národních výškových systémů (Local Vertical Datum, zkr. LVD) a stanovení
jejich výškových rozdílů. Je ke cti českým geodetům, že pracovní skupina pod
vedením prof. Burši vypracovala příslušnou teorii a takový výškový systém
definovala.
Na obrázku 5.18. jsou znázorněny odhady rozdílů výšek u hlavních existujících
výškových systémů. Rozdíly jsou vztaženy k ploše geoidu se zvoleným
geopotenciálem W0 = 62 636 856,0 m2s-2.
Obr. 5.18: Výškové systémy a jejich vzájemný výškový vztah (v cm)
67 (111)
6
Nivelační body
Geodetické sítě tvoří množina geodetických bodů, které jsou účelně rozložené
na zemském povrchu.
Geodetický bod (survey control point) je trvale stabilizovaný, popř. i trvale
signalizovaný bod, pro nějž jsou určeny ve stanovených geodetických
referenčních systémech souřadnice, nadmořská výška, tíhový údaj (nebo jen
některý z těchto údajů) se stanovenou přesností a s příslušnou dokumentací.
Geodetické údaje (geodetic data) je společný a nadřazený pojem pro označení
bodu, číselné geodetické údaje a místopis bodu. Je to vlastně soubor písemných
a grafických údajů o geodetických bodech, které jsou součástí
dokumentovaných výsledku zeměměřických činností nebo báze dat bodového
pole.
Geodetické sítě se podle stávající legislativy rozdělují na polohové, výškové a
tíhové, podle toho jaké geodetické body obsahují. V připravované legislativní
změně budou zavedeny i sítě prostorové.
V současnosti se však budují a vytvářejí prostorové geodetické sítě (např. sítě
NULRAD, GEODYN apod.), které v sobě integrují polohovou, výškovou a
případně i tíhovou složku, často v několika geodetických systémech. Můžeme
proto hovořit i o integrovaných geodetických sítích. Provázanost s globálními
geodetickými systémy (např. ITRS či ETRS) vytváří nutnost uvažovat
v současnosti i časový faktor nejen v měřených datech, ale i faktor změn
prostorové polohy bodů, změn tíhového pole aj.
Soubory geodetických bodů vytváří též geodetická bodové pole, která se podle
účelu standardně dělí na:
1. Polohové bodové pole obsahuje
A) základní polohové bodové pole,
B) zhušťovací body,
C) podrobné polohové bodové pole.
2. Výškové bodové pole obsahuje
A)
základní výškové bodové pole,
B)
podrobné výškové bodové pole.
3. Tíhové bodové pole obsahuje
A)
základní tíhové bodové pole,
B)
podrobné tíhové bodové pole.
Bod jednoho bodového pole může být současně i bodem jiného bodového pole.
V případě integrovaných a prostorových sítí mohou být informace z bodů
těchto sítí (polí) zpřístupněny i formou zpracování dat nebo příjmu příslušných
korekcí z permanentních stanic v reálném čase (např. v síti CZEPOS).
Vzhledem k zaměření tohoto textu bude v dalším věnována pozornost pouze
výškovému bodovému poli a z něho jen základnímu výškovému poli.
69 (111)
6.1
Základní výškové bodové pole
Výškové bodové pole obsahuje
A) základní výškové bodové pole, které tvoří
a)
základní nivelační body,
b)
body České státní nivelační sítě I. řádu,
c)
body České státní nivelační sítě II. řádu,
d)
body České státní nivelační sítě III. řádu.
B) podrobné výškové bodové pole, které tvoří
a)
nivelační sítě IV. řádu,
b)
plošné nivelační sítě,
c)
stabilizované body technických nivelací.
Pro Českou státní nivelační síť (ang. Czech State Levelling Network) se
používá závazná zkratka ČSNS.
Problematika podrobného výškového bodového pole byla detailně probírána
v předmětech geodézie. V tomto textu se budeme podrobněji zabývat
především tématikou budování a údržby základního bodového pole.
6.1.1
Základní nivelační body
Základní nivelační body (zkr. ZNB) tvoří v současnosti soubor dvanácti
základních nivelačních bodů, které jsou vhodně rozmístěny po celém území
ČR, zpravidla poblíž nivelačních pořadů I. řádů. Body byly voleny v
geologicky stabilních místech. V tabulce 6.1 je uvedeno označení základního
nivelačního bodu, rok jeho vzniku, nadmořská výška a jeho zeměpisná poloha.
Tabulka 6.1: Seznam Základních nivelačních bodů
Rok
vzniku
Výška v Bpv
[m]
Zeměpisná šířka
Zeměpisná délka
I.ZNB Lišov
1877
564,760
49° 00' 27,2"
14° 35' 09,2"
II.ZNB Mrač
1934
304,453 m
49° 49' 42,7"
14° 42' 12,4"
III.ZNB Vrbatův Kostelec
1935
378,098 m
49° 51' 32,0"
15° 56' 11,1"
IV.ZNB Vlaské
1937
450,509 m
50° 05' 22,5"
16° 53' 40,6"
V.ZNB Želešice
1947
210,552
49° 07' 19,8"
16° 34' 03,5"
VI.ZNB Svárov
1946
332,641
50° 47' 32,6"
15° 00' 37,3"
VII.ZNB Žírovice
1946
483,875
50° 08' 56,9"
12° 20' 31,1"
VIII.ZNB Teplice
1947
242,600
50° 38' 19,6"
13° 50' 49,3"
IX.ZNB Železná Ruda
1947
786,013
49° 08' 52,0"
13° 13' 29,3"
X.ZNB Bojkovice
1947
279,182
49° 02' 09,3"
17° 48' 16,4"
XI ZNB Krnov
1947
319,742
50° 05' 08,3"
17° 43' 23,5"
XII ZNB Pecný
1962
543,401
49° 54' 53,8"
14° 47' 17,7"
Označení bodu
70 (111)
Body jsou obvykle chráněny žulovým pomníkem, takže nejsou přístupny pro
běžná měření. V blízkosti každého ZNB je vybudována celá řada zajišťovacích
bodů, z nichž některé mají nivelační značku přístupnou, takže je přes tuto
značku nepřímo umožněno výškové připojování k základnímu bodu.
Základních bodů je celkem 12 a s jejich zajišťovacími body je jich celkem 87.
Na obrázku 6.1 jsou vyobrazeny nivelační údaje k základnímu nivelačnímu
bodu I. Lišov. V místopise, který je součástí geodetických údajů je vyznačena i
poloha jeho pěti zajišťovacích bodů I. Lišov – 1 až I. Lišov – 5. Rovněž je
z místopisu zřejmý způsob připojení ZNB ke dvěma bodům nivelačnímu
pořadu prvního řádu NZ14, který prochází po blízké komunikaci.
Obr. 6.1: Nivelační údaje bodu I ZNB Lišov
71 (111)
6.1.2
Body ČSNS I. až III. řádu
Nivelační síť I. řádu tvoří nivelační pořady I.řádu seskupené v nivelační
polygony o průměrné délce obvodu cca 320 km. Nivelační polygony ohraničují
nivelační oblasti I. řádu. Celkem je na území České republiky vybudováno 75
nivelačních pořadů prvního řádu o celkové délce více než 4000 km s více než
16 tisíci nivelačními body I. řádu.
Nivelační síť II. řádu tvoří nivelační pořady II. řádu vložené do nivelačních
oblastí I. řádu . Tyto pořady a příslušné části pořadů I. řádu ohraničují
nivelační oblasti II. řádu. Celkem je na území ČR 232 pořadů II. řádu s cca. 20
tisíci nivelačními body II. řádu.
Nivelační síť III. řádu tvoří nivelační pořady vložené do nivelačních oblasti II.
řádu. Celkem je na území ČR 985 pořadů III. řádu s cca. 48 tisíci nivelačními
body III. řádu.
V tabulce 6.2 jsou uvedeny evidenční údaje o počtu nivelačních pořadů a počtu
nivelačních bodů rozčleněných podle jednotlivých řádů. Údaje jsou platné ke
konci roku 2003. Z tabulky vyplývá, že Česká státní nivelační síť tvoří asi
1304 nivelačních pořadů I. , II. a III. řádu o celkové délce bezmála 25 tisíc km
a s více než 83 tisíci nivelačními body.
Tabulka 6.2: Přehled o stavu ČSNS k roku 2003
Inventarizace
k 31.12.2003
Počet
pořadů
Počet niv.
bodů
Délka
pořadů v
km
Průměrná délka
pořadu v km
Počet bodů
na km
87
Základní
nivelační body
12
Pořady I.řádu
75
16 134
4 142
53,5
3,9
Pořady II.řádu
232
19 741
5 759
25,2
3,4
Pořady III.řádu
985
47 714
14 925
15,3
2,8
Celkový součet
1 304
83 376
24 830
19,2
3,1
včetně bodů
zajišťovacích
4
Na obrázku 6.2 jsou barevně vyznačeny nivelační pořady patřící k jednotlivých
nivelačním řádům.
72 (111)
Obr. 6.2: Přehled nivelačních pořadů ČSNS
6.1.3
Označování nivelačních oblastí a nivelačních pořadů
Nivelační oblasti a jejich pořady se označují následovně:
Nivelační oblasti I. řádu se označují písmeny velké abecedy A až P. Hraniční
neuzavřené oblasti I. řádu jsou označeny průběžně značkami Z0 až Z19 viz. obr.
6.3, ve kterém jsou vyznačeny nivelační pořady a nivelační oblasti I. řádu.
Nivelační pořady I. řádu se označují velkými písmeny těch oblastí I. řádu,
které pořady od sebe oddělují, tj. kombinací značek dvou sousedních
nivelačních oblastí I. řádu a názvy obcí, mezi kterými pořady leží (např. BC
Praha – Teplice, JN Jihlava – Tábor, KP Brno – Slavkov apod.).
73 (111)
Na obrázku 6.3 jsou znázorněny v ČSNS nivelační pořady I. řádu a k nim
příslušných 16 uzavřených nivelačních oblastí I. řádu (označené jsou písmeny
velké abecedy A, B, ... , P). Dalších 20 neuzavřených nivelačních oblastí I.
řádu, které se nacházejí v pohraniční, jsou označeny Z0, Z1, Z2, ... ,Z19, přičemž
po roce 1993 nově vzniklé dvě pohraniční nivelační oblasti se Slovenskou
republikou byly přeznačeny z SB na Z18 a z SA na Z19, neboť nahradily dvě
oblasti s původním označením SA a SB, které bylo používáno v ČSJNS.
Nivelační síť I. řádu se zhušťovala nivelačními pořady II. řádu. Ty vytvořily v
každé oblasti I. řádu několik oblastí II. řádu.
Obr. 6.3: Nivelační síť I. řádu ČSNS
Nivelační oblasti II. řádu se označují samostatně v oblastech I. řádu malými
písmeny a,b,c…postupně podle abecedy. Ukázka oblasti I. řádu označené
písmenem K a rozdělené pořady II. řádu na oblasti II.řádu a až k je na obrázku
6.4. V obrázku je vyšrafována oblast II. řádu označená písmenem g , dále jsou
v obrázku jsou zakresleny i pořady III. řádu.
Obr. 6.4 : Rozdělení nivelační oblasti I. řádu na oblasti II. řádu
74 (111)
Nivelační pořady II. řádu se označují kombinací značek sousedních oblastí II.
řádu, uvedených za označením oblasti I. řádu. Označení nivelačních pořadů je
tedy tvořeno třemi písmeny. První je velké písmeno oblasti I. řádu, v niž se
pořad nachází, další dvě písmena udávají, mezi kterými dvěma oblastmi II.
řádu pořad leží. Pak následují místa počátku a konce pořadu, např. Bgh Žebrák
-Rakovník.
Označení oblasti I. řádu a II. řádu je důležité pro označování nivelačních
pořadů III. a IV. řádu. Zde již nejsou vyznačovány nivelační oblasti III.
případně IV. řádu, ale označují se jen nivelační pořady III. a IV. řádu.
Nivelační pořady III. řádu se označují pořadovými čísly průběžně v příslušné
oblasti II.řádu. Každý nivelační pořad III. řádu má tedy v označení dvě
písmena z oblastí I. a II., řádu, ve kterých je umístěn, a pak následuje arabské
pořadové číslo, které udává, o kolikátý pořad III. řádu se v dané oblasti II. řádu
jedná. (např. Bh 1 Ruzyně - Malé Přítočno apod.).
Nivelační pořady IV. řádu (které již patří do podrobného výškového bodového
pole) se označují podobně jako pořady III. řádu v rámci oblasti II. řádu. Pouze
v průběžném číslování pořadů v oblasti II. řádu se u těchto pořadů předsazuje
číslo 0. Příklad: Z1a 02 Cheb - Karlovy Vary. Také v označení pořadů III. a IV.
řádu se uvádějí obce, v nichž pořady začínají a končí.
Na obrázku 6.5 je ukázka z označení nivelačních pořadů III. a IV. řádu.
Obr. 6.5: Nivelační pořady III. a IV. řádu
Nivelační pořad je základní jednotkou pro dokumentaci výsledků nivelačního
zaměření jednotlivých bodů. Dokumentace o vybudování nivelačního pořadu
obsahuje doklady o stabilizaci nivelačních bodů, nivelačním měření a
výpočtech nadmořských výšek nivelačních bodů. Dokumentaci pořadů
náležejících k základnímu výškovému bodovému poli (tj. pořady I. až III. řádu)
eviduje ZÚ v klasické (tištěné) nebo u nově měřených pořadů v elektronické
podobě.
Oblastní a místní (plošné) nivelační sítě se označují obcí, kde byly
vybudovány, nebo obcí a technickým dílem, pro které ONS byla zaměřena,
např. PNS Plzeň nebo Ostravsko- Žermanice.
75 (111)
Zvláštní nivelační sítě se označí zkratkou ZNS a pomístním názvem, např.
ZNS Most, ZNS Praha, ZNS Ostrava aj. Zvláštní nivelační síť je síť vybraných
nivelačních pořadů v určité oblasti, která se měří a zpracovává jako jeden
celek. Výběr oblasti se řídí potřebami geodézie, geologie, výstavby apod.
Obdobně se označují geodynamické polygony nebo výškové profily (např.
Geodynamický polygon Lišov, Výškový profil Horní bečva apod.). Samostatné
značení má Zkušební nivelační okruh Podbaba.
Příklady na značení nivelačních oblastí a nivelačních pořadů:
Oblasti I. řádu: A, B, C až P (uzavřené nivelační polygony), Zo, Zl , Z2 až
Z19 (pohraniční neuzavřené oblasti).
Oblasti II. řádu: Aa, Ab, Ac;.., Z1a, Z1b, Z1c..aj..
Nivelační pořady prvního řádu: JN-Tábor-Jihlava, Z15Z16-Hranice –
Znojmo aj..
Nivelační pořady II. řádu: Nbc-Pelhřimov-Telč, SAde-Horní LidečPúchov (nově SA = Z19), Z15ab-Jemnice-Znojmo,..aj...
Nivelační pořady III. řádu: Oh4-Lachovice-Božice, Z16a3-HrádekJaroslavice, .. aj.
Nivelační pořady IV. řádu: Mf04-Záboří-Křemže, Zl4c-01 MajdalenaStaňkov, ..aj..
6.1.4
Číslování (označování) nivelačních bodů
Základní nivelační body se značí římskými číslicemi v pořadí podle data
založení a názvem bodu (např. II. Mrač apod.). Z nivelačních údajů na obr. 3.1
je zřejmé, že značení základních nivelačních bodů může být i mírně odlišné,
ale vždy jsou použity římské číslice, případně název bodu. Zajišťovací body
k ZNB jsou doplněny pořadovým číslem (např. I Lišov-1, I Lišov-2 atd.).
Všechny ostatní nivelační body V ČSNS se označují podle evidenčních
jednotek, kterými jsou nivelační pořady. Nivelační pořad je tvořen řadou za
sebou následujících nivelačních bodů.
Nivelační bod je jednoznačně určen označením příslušného nivelačního pořadu
a svým číslem Nivelační body v nivelačním pořadu se označují průběžnými
čísly.
Například označení bodu AB-55 znamená nivelační bod prvního řádu
s pořadovým číslem 55, označení Jab-21 je bod druhého řádu s pořadovým
číslem 21.
V každém nivelačním pořadu se přidělené číslo může použít jen jednou. Číslo
zničeného bodu nesmí být již použito pro jiný bod.
Při vložení nového nivelačního bodu mezi stávající body nivelačního pořadu,
např. při náhradě zničeného bodu, se nový bod označí číslem bodu původního a
pořadovým číslem za desetinnou tečkou.
Došlo-li např. ke zničení bodu Jac-3, který se nacházel mezi body Jac-2 a
Jac-4, a namísto zničeného bodu byly mezi tyto dva body vloženy 2 nové
76 (111)
body, označí se nové body Jac-3.1 a Jac-3.2. Pořadí bodů pak bude Jac 2,
Jac 3.1, Jac 3.2, Jac 4 .
V dalším bude pro přehlednost a snazší pochopení problematiky číslování
nivelačních bodů vynecháváno označení nivelačního pořadu a budou dále
uváděna pouze jejich čísla.
Vkládají-li se např. nové body mezi body již jednou vložené, použije se druhá
úroveň teček.
Například, když se mají vložit 2 nové body mezi body 25.1 a 25.2 označí se
25.1.1, 25.1.2. Pořadí bodů potom bude 25.1, 25.1.1, 25.1.2, 25.2.
Mají-li se vložit 2 nové body mezi body 28 a 28.1 bude jejich označení a
pořadí následující: 28, 28.0.1, 28.0.2, 28.1 .
Mezi body 22 a 22.2 se má obnovit zničený bod 22.1. Jeho nové označení
bude 22.1.1 a pořadí 22, 22.1.1, 22.2 .
Mezi body 14 a 16 byl zničen dříve vložený bod 15.1 . Při jeho obnově
bude použito číslo 15.1.1 . Pořadí bodů po obnově tedy bude 14, 15.1.1, 16 .
Body odbočných pořadů se označují číslem připojovacího bodu s písmenem
malé abecedy podle pořadí bodu v odbočném pořadu. Vkládá-li se nový bod
mezi dva body odbočného pořadu doplňuje se číslo předcházejícího nebo
nahrazovaného bodu tečkou a číslem podle stejných zásad jako u hlavních
pořadů.
Například odbočný pořad začínající na bodě Jab-22 bude mít další body
označeny postupně Jab-22a, Jab-22b, .. atd.
Čísla nivelačních bodů v ČSNS přiděluje a číslování eviduje Zeměměřický
úřad, který je správcem ČSNS. Zeměměřický úřad vede databázi základního
výškového bodového pole ČR a eviduje měřená data. Poskytuje nivelační údaje
pro všechny zájemce a další účelové výstupy pro jiné veřejné báze dat.
Zaměření stávajícího nivelačního pořadu nebo jeho části, pokud přitom dochází
k určení nových výšek nivelačních bodů, se zpracuje formou dodatku k
původnímu nivelačnímu pořadu. Dodatky se v každém pořadu číslují průběžně.
Čísla dodatků přiděluje ZÚ jako správce ČSNS.
Při každém dalším zaměření nivelačního pořadu se porovnávají hodnoty
nových a původních nivelačních převýšení. Body, u kterých se výška často
mění, se opatří vhodnou poznámkou v dokumentačních operátech tj. bázích dat
a v nivelačním údaji.
Nivelační údaje bodů ČSNS lze získat bezplatně prostřednictvím databáze
geodetických bodů DATAZ, která je zpřístupněna na internetových stránkách
Českého úřadu zeměměřického a katastrálního.
Průběh nivelačních pořadů je znázorněn na mapách v měřítku 1: 50 000. Mapy
se nazývají Přehled výškové (nivelační) sítě. Jedná se o Základní mapy ČR,
které jsou doplněny dotiskem průběhu nivelačních pořadů na tomto mapovém
listu. Nivelační pořady včetně jejich označení a vybrané nivelační body jsou
v mapě vykresleny červeně. Ukázka části mapy Přehledu výškové (nivelační)
sítě doplněná zde vysvětlivkami (legendou) je na obrázku 6.6.
77 (111)
Obr. 6.6: Jihovýchodní roh mapového listu 15-43 Ostrava v měřítku 1:50 000
6.2
STABILIZACE NIVELAČNÍCH BODŮ
6.2.1
Nivelační značky
Všechny body nivelačních sítí jsou stabilizovány nivelačními značkami.
Nivelační značka musí mít takový tvar, aby na něm bylo možno jednoznačně
definovat bod ke kterému je vztažena (přiřazena) výška. Současně by tato
výška měla být dalšími měřeními reprodukovatelná (kontrolovatelná,
využitelná). Materiál z kterého je značka vyrobena by měl být dostatečně
pevný a odolný, aby mohl výše uvedenou podmínku reprodukovatelnosti
splňovat po dostatečně dlouhou dobu (v nivelačních sítích po mnoho desítek
let).
Značky mohou být buď přirozené nebo mají být zhotovené z hmot, které
nepodléhají nebo vzdorují korozi (bronz, temperovaná litina, nerezavějící ocel
apod.).
a)
značky přirozené byly používány u Základních nivelačních bodů.
Jsou to nejčastěji vodorovné plošky o rozměru asi 15 cm x 15 cm,
vyhlazené v rostlé skále. Uprostřed plošky bývá u novějších ZNB
vybroušen polokulovitý výčnělek. V některých případech těžko
leštitelného podkladu je možno vložit blok kvalitnějšího kamene
78 (111)
b)
s vybroušeným výčnělkem,
značky kovové (litinové, bronzové, z nerezavějící oceli).
V ojedinělých případech byly použity pro zajišťovací body ZNB
značky ze zvláštních hmot, ze skla nebo Monelova kovu. Skleněné
značky se neosvědčily a od jejich použití bylo později upuštěno.
Základními typy nivelačních značek jsou litinové značky čepové (označení Č,
pro umístění ze strany) a značky hřebové (označení H, pro umístění shora nebo
ze strany). V dlouhé historii nivelačních měření se však můžeme setkat i
s jinými typy nivelačních značek.
Z bývalé rakousko-uherské sítě jsou ještě na některých místech zachovány tzv.
roubíkové značky (otvorové značky). Střed otvoru je bod, kterému je přiřazena
výška.Ukázka tohoto typu značky byla na obrázku 5.3. Z období 1920 až 1939
se zachovaly i další typy nivelačních značek. Především to byly značky
tehdejšího Ministerstva veřejných prací (MVP) a tehdejšího Čs. vojenského
zeměpisného ústavu (VZÚ). Dále to byly i značky používané některými jinými
subjekty. V souhrnu lze uvést, že byly používány převážně následující typy
značek:
- značka hranolová (otvorová), funkčně shodná se starším typem
roubíkové značky – obrázek 6.7-a,
- čepové litinové značky s válcovou hlavou a s podélným vybráním na
přední straně a polokulovým výčnělkem, typ I obrázek 6.7-b , typ II
obrázek 6.7-c,
- hřebové značky litinové typu III a IV. Typ III má kulovou hlavu a kratší
čtyřhranný dřík, typ IV má zploštělou hlavu a delší čtyřhranný dřík,
obrázek 6.7 -d,
- čepová s válcovou hlavou, polokulovým výstupkem a trojhranným
dříkem. Na přední straně má iniciály V.Z. ČS V.Z.Ú,
- hřebová kapkovitého tvaru, jejíž kulová hlava přechází do trojhranného
dříku,
- stupnicová, s možností přímého čtení na skleněné stupnici, připevněné
na čelní straně značky a chráněné kovovým krytem,
- čepová s kulovou hlavou – typ V, osazovaná v době německé okupace.
Na přední kruhové ploše má obvykle písmena H.P.
- čepová francouzského stylu, podobná typům I a II s přední plochou
dvakrát kruhovitě vybranou, nebo stejná značka v jejíž přední ploše je
ještě vyvrtán otvor.
79 (111)
Obr. 6.7-a: Roubíková značka
Obr.6.7-b: Čepová značka typ I
Obr. 6.7 -d: Hřebová značka
typ III
Při budování ČSJNS a jejího doplňování a obnově bylystarší
použity
především“
Obr. 6.7 -c: Čepová značka typ II
-
hřebové značky starší typ III (obr. 6.7-d), typ III a typ IV (obr. 6.7-e),
čepové značky typ V s kulovou hlavou (obr. 6.7 -f),
litinové čepové značky typ VI s kulovou hlavou přecházející ve válec s
polokulovým výčnělkem a dříkem (obr. 6.7-g).
80 (111)
Pro speciální účely byly některé značky vyráběny z bronzu nebo nerezavějící
oceli. Další typy značek byly používány pro hloubkové a tyčové stabilizace.
Obr. 6.7 -e: Hřebové značky typ III a typ IV
Obr. 3.7 -f:Čepová značka typ V
Obr. 3.7 -g: Čepová značka typ VI
V místopisech a jiných částech nivelační dokumentace se používají následující
zkratky pro jednotlivé druhy značek:
Č – čepová značka litinová,
ČB – čepová značka bronzová,
H – hřebová značka litinová,
HB – hřebová značka bronzová,
HO – hřebová značka ocelová (pro hloubkové stabilizace),
HT – hřebová tyčová značka (pro tyčové stabilizace),
O – otvorová značka (roubíková, hranolová), dnes se již neužívá,
S…– stupnicová značka, dnes se již neužívá,
M.. – značka ze zvláštních hmot (sklo, Monelův kov),
S – značka přirozená, skalní.
6.2.2
Typy stabilizací nivelačních bodů
Odpovědný výběr typu stabilizace a její kvalitní provedení je u nivelačních
bodů zvlášť důležitou činnosti. Velmi důležitý je zejména výběr místa kde
bude nivelační bod umístěn a použitý vhodný typ stabilizace.
81 (111)
Podle typu objektu, na kterém je umístěna nivelační značka rozeznáváme
následující stabilizace uspořádané přibližně podle stability objektů:
-
skalní stabilizace, při níž je nivelační značka hřebová nebo čepová
osazena přímo do skály, v některých případech (např. u ZNB) může být
využito jako nivelační značky přímo vyhlazené skalní plošky, nebo
skalního výčnělku,
-
hloubková stabilizace, kdy je obvykle hřebová značka HO osazena do
betonového jádra v ocelové pažnici,
-
podzemní nivelační kámen, nivelační kámen s hřebovou nivelační
značkou osazenou shora. Kámen je osazen v pevném podloží, obvykle
do hloubky asi 2 m pod terénem,
-
tyčová stabilizace, hřebová značka HT je umístěna na horním konci tyčí
zarážených do země,
-
nástěnná stabilizace, obvykle čepová značka se umísťuje na zdi a do
stěn budov,
-
nivelační kámen, hřebová nebo čepová značka je umístěna do hlavy
nivelačního kamene osazeného na zemském povrchu,
-
jiná stabilizace, hřebová nebo čepová značka je osazena na jiném
objektu (mosty, propustky, stožáry, balvany, kříže aj.).
6.2.2.1 Stabilizace Základních nivelačních bodů
ZNB se stabilizovaly na rostlé skále v místě, které je bez trhlin, puklin a spár.
Místo pro ZNB bylo vybráno po pečlivém geologickém posouzení jeho
podloží: Kromě geologických podmínek rozhodovala pro volbu místa i nutnost
možnosti blízkého připojení na nivelační pořad nejlépe I. řádu.
Skála na vybraném místě se opracovala až na neporušenou strukturu v rozsahu
asi 90 x 90 cm. Ve středu tohoto místa se ponechá vyvýšená vodorovná ploška
Obr 6.9: Fotografie ZNB I. Lišov
Obr 6.8: Schéma pomníku ZNB
o rozměrech 15 x 15 cm s leštěným povrchem a nejlépe vybroušeným
polokulovitým vrchlíkem uprostřed, který představuje vlastní nivelační značku.
Značka se chrání pomníkem, který je ve své spodní části dutý a má horní
82 (111)
odstranitelnou jehlancovitou část. Vlastní skalní značka je přístupná otvorem
po odstranění horní části pomníku. Některé pomníky jsou složeny ze tří
samostatných částí. Jednotlivé části pomníku jsou navzájem spojeny
cementem. Přímé použití nivelační značky uvnitř pomníku podléhá souhlasu
Zeměměřického úřadu.
Schéma ochranného pomníku je vykresleno na obrázku 6.8. Fotografie
Základního nivelačního bodu I. Lišov je na obrázku 6.9. Na obrázku 6.10 jsou
fotografie stabilizací všech ostatních ZNB, které jsou v České republice.
V blízkosti zajišťovacího bodu se stabilizují 2 až 4 zajišťovací body. Značky
zajišťovacích bodů jsou vyhotoveny z materiálu nepodléhajícímu korozi
(Monelův kov, sklo aj.), které se zabetonují do otvorů vysekaných ve skále.
Kolem každé značky se zřídí betonový nebo zděný rám, zakrytý betonovou
deskou o rozměrech 50 x 50 x 8 cm.
II. Mrač
VI. Svárov
X. Bojkovice
III. Vrbatův Kostelec
IV. Vlaské
VII. Žírovice
VIII. Teplice
XI. Krnov
XII. Pecný (celek)
V. Želešice
IX. Železná Ruda
XII. Pecný (detail)
Obr. 6.10: Základní nivelační body
Schéma zajišťovacího bodu je vykresleno na obrázku 6.11. Vzdálenost a
převýšení zajišťovacích bodů od vlastního základního bodu se volí tak velké,
aby jejich vzájemné propojení bylo možno zaměřit na jednu nivelační sestavu.
Rovněž použití zajišťovacích bodů je možné pouze se souhlasem
Zeměměřického úřadu. Pro snadnější připojení nivelačních měření je proto
83 (111)
v blízkost vlastního bodu osazeno několik volně přístupných nivelačních
značek. V okolí bodu je zřízeno ochranné pásmo geodetického bodu.
Obr.6.11: Schéma stabilizace zajišťovacích bodů (značek) ZNB
6.2.2.2 Hloubkové a tyčové stabilizace
Hloubkové stabilizace byly použity v ČSJNS v rámci opakovaných nivelací na
vybraných bodech nivelačních polygonů (pořadů), které sloužily především ke
studiu recentních pohybů zemské kůry. Hloubkové stabilizace se tedy použije
tehdy, když je potřeba zajistit zvlášť stabilní stabilizace a pevné podloží je ve
větší hloubce než 2 metry. Vlastní stabilizace bodu je zajištěna vystrojením
vrtu, jehož hloubka se podle geologických podmínek pohybuje zpravidla mezi
4 m až 15 metry. Podle možností by měl být vrt ukončen v mateřské hornině,
na místech zvodnělých (v údolí řek). v hornině, která nepropouští vodu (jíl).
Průměr vrtu (použitého vrtáku) byl nejčastěji 245 mm a vrt byl poté vystrojen
pažnicí o průměru 241 mm. Dovnitř pažnice se umístí další pažnice menšího
průměru (89 mm), která se ve své spodní část obsype betonem (asi 1m výšky),
potom se vyplní udusaným jílem (zátka proti případné spodní vodě) a zbytek je
vysypán okulaceným štěrkem (kačírkem), který tak vytváří vložku mezi vnější
a vnitřní pažnicí. Vnitřní pažnice je pak po celé své délce vyplněna celá
betonem: Horní konec vnitřní pažnice končí na úrovni terénu (podle potřeby
asi 10 až 15 cm nad nebo pod úrovní terénu, podle zvoleného způsobu
zakončení. Do betonu uvnitř menší pažnice se osadí speciální hřebová
nivelační značka (obr. 6.12 -b). Na vnější pažnici se nasadí poklop, který se
zabezpečí proti otevření. Kolem vnější pažnice je ještě vykopána šachta do
hloubky asi 1m, která se vyplní betonem.
Hloubkové stabilizace se chrání betonovou skruží o průměru 1 m, jejichž
vnitřní prostor se vysype vhodným materiálem, takže nivelační bod uvnitř
skruže není přímo přístupný. V případě, že by skruž mohla působit rušivě
84 (111)
(parky, zahrady, nádvoří apod.) chrání se bod vyzděnou šachticí, která má
na úrovni terénu litinový poklop 60 x 60 cm. Na obrázku 6.12 jsou vidět oba
typy ochrany (šachtice a skruž), obrázek je doplněn ukázkou hřebové nivelační
značky, používané u hloubkových stabilizací.
V blízkosti bodu se osadí ochranný tyčový znak (červeno-bílá tyč se štítkem,
na kterém je nápis „ Státní nivelace, poškození se trestá“) viz. obrázek 3.14.
Obr. 6.12: Horní část hloubkové stabilizace s ochranou
a) šachticí s poklopem, c) skruží se sypanou mohylou
Tyčové stabilizace jsou jednoduší variantou stabilizací hloubkových. Používají
se obvykle tam, kde pevné podloží se nachází hlouběji než 1 m pod povrchem.
Stabilizace je tvořena ocelovými tyčemi o průměru 25 mm, postupně
prodlužovanými pomocí spojek. Tyč se zaráží pomocí vrtacího
(pneumatického) kladiva svisle do podloží. Prvá tyč je opatřena ocelovým
hrotem a při zarážení je chráněna ocelovou hlavou, aby nedošlo k poškození
závitů pro spojování tyčí. Jak dochází k zajíždění tyče do země, tak se
postupně přišroubovávají další její části.
Obr. 6.13: Horní část tyčové stabilizace s ochranou
a) šachticí s poklopem, c) skruží se sypanou mohylou
Před začátkem zarážení tyčí se na místě budoucího bodu vyvrtá otvor o
průměru 175 mm do hloubky asi 80 až 85 cm. Do něho se zapustí centrační
pažnice, jejíž svislost se stanoví pomocí olovnice. Postupným pronikáním tyčí
85 (111)
do hloubky roste tření a zvyšuje se odpor a zpomaluje zarážení. Současně
vzrůstá stabilita tyče. Jednotlivé části tyče mají délku 1 m, v závěru se
používají podle potřeby tyče kratší. Po ukončení zarážení se do poslední tyče
našroubuje speciální koncovka ve tvaru hřebové nivelační značky (obrázek
6.13-b). Centrační pažnice se poté vytáhne ven, do vzniklého otvoru se zasune
ochranná pažnice o průměru 171 mm, která se uvnitř vyplní kačírkem a v horní
části zabetonuje. Na pažnici je potom připevněn ochranný kryt. Kolem bodu je
osazena buď ochranná skruž o průměru 80 cm, nebo je vybudována šachtice
s poklopem, obdobně jako u hloubkových stabilizací (obrázek 6.14).
V blízkosti bodu se osadí ochranný tyčový znak se štítkem, na kterém je nápis
„ Státní nivelace, poškození se trestá“.
Obr. 6.14: Ukázka ochrany hloubkové
stabilizace skruží - bod MZ14–12.2
Obr. 6.15: Ukázka pažnice bodu HVB
se třemi ochrannými tyčemi
Obdobou hloubkových stabilizací nivelačních bodů jsou tzv. těžké stabilizace,
používané na různých stavbách pro kvalitní zajištění stability geodetických bodů.
Tímto způsobem se např. stabilizují vybrané Hlavní výškové body (HVB) budované na
liniových stavbách (dálnice, rychlostní silnice, železniční koridory apod.). Ve většině
případů je u těchto stabilizací používána jen jedna ocelová pažnice, která je vytažena
v některých případech až do výšky asi 1,20 m až 1,40 m nad terén, kde je v horní části
opatřena zařízením umožňujícím nucenou centraci geodetických přístrojů (např.
centračním šroubem). Na obrázku 6.15 je fotografie stabilizace jednoho z takových
bodů vybudovaných na stavbě rychlostní silnice R35 v úseku jižního obchvatu
Olomouce. Body na stavbách jsou vystaveny zvýšenému nebezpečí jejich poškození,
proto jsou, pro větší bezpečnost vlastních bodů, osazeny kolem každého nich tři až
čtyři ochranné červenobílé tyče.
Na pažnici je v její spodní části obvykle přivařena čepová nivelační značka. (obrázek
6.16-a). V případě, že je bod stabilizován jen po úroveň terénu, je jako vlastní bod
nejčastěji použita hřebová nivelační značka, osazená do betonové výplně pažnice. Pro
přesnější centraci bývá do značky vyvrtán malý otvor o průměru asi 2 mm.
86 (111)
Na obrázcích 6.16 – b, c, d jsou ukázky situací, kdy jsou geodetické (nivelační) body
vystaveny situacím, ke kterým může na stavbách někdy docházet.
a)
b)
c)
d)
Obr.6.16: Některá ohrožení bodů na stavbách
a) poškození nebo odstranění ochranných tyčí,
b) bod byl při dočasné úpravě terénu do výše asi 1 m zasypán zeminou a vlastní
nivelační značka se tak stala nepřístupnou,
c) bod sice zůstal zachován uprostřed terénních úprav, ale okolí bodu je pro
měření přesnou nivelaci jen velmi málo stabilní,
d) rozvodněná řeka Morava, vlevo od auta vyčnívá z vody ochranná tyč bodu.
V některých případech (převážně na stavbách) se nivelační bod stabilizuje
těžkou stabilizací tak, že se vyhloubí dostatečně velká jáma (min 1 m hluboká,
nejlépe až pod zámrznou hloubku), jáma se vyplní zhutněným betonem,
povrchově upraví a do horní betonové plochy se osadí čepová nivelační
značka.
6.2.2.3 Stabilizace nivelačními kameny
V lokalitách, kde není možné zabudovat kovové značky do zdi ani do skály, se
používaly a používají nivelační kameny. V zásadě se používají dva druhy
stabilizací nivelačním kamenem a to:
1. podzemní nivelační kámen,
2. povrchový nivelační kámen.
Stabilizace podzemním nivelačním kamenem je spíše výjimečné, častější bylo
užití povrchového nivelačního kamene.
87 (111)
Podzemní nivelační kámen se stabilizuje ve volném terénu, je-li únosná
základová půda v hloubce 1,5 až 2 m. Tvoří jej žulový hranol o nominálních
rozměrech 25 x 25 x 100 cm s opracovanou horní plochou hlavy, do které byl
vyvrtán otvor pro osazení hřebové nivelační značky. Kámen je překryt
žulovým poklopem o rozměrech 25 x 25 x 20 cm, v jehož spodní ploše je
polokulovitá dutina, která umožňuje zakrytí vlastní nivelační značky.
Jáma pro osazení podzemního nivelačního kamene se vyhloubí o rozměrech
přibližně 1 x 1 metr do hloubky asi 2 m. Na dně jámy se udusá vrstva betonu
asi 10 cm vysoká, na kterou se usadí svisle nivelační kámen tak, aby horní
plocha kamene byla vodorovná. Poté se kámen obetonuje tak vysoko, aby
hlava kamene vyčnívala z betonu asi 5 až 10 cm. Do otvoru v hlavě kamene se
osadí bronzová hřebová nivelační značka, zalije se parafínem a opatrně zakryje
žulovým poklopem. Zbývající jáma se až do úrovně terénu zasype vykopanou
zeminou.
Pro
snadnější
vyhledávání se nad kámen osadí
centricky (případně i excentricky)
vyhledávací kámen o nominálních
rozměrech 12 x 12 x 60 cm
s opracovanou
hlavou
a
vytesaným písmenem N. Kámen
se osadí tak, aby vyčníval asi 10
cm nad terén. V blízkosti bodu se
osadí ochranný tyčový znak se
štítkem s nápisem „ Státní
nivelace, poškození se trestá“.
Podzemní
nivelační
kameny
Obr. 6.17: Podzemní nivelační kámen
nejsou volně přístupné a jejich
použití
podléhá
souhlasu
Zeměměřického úřadu. Schéma osazení podzemního nivelačního kamene je na
obrázku 6.17
Povrchový nivelační kámen se používá v těch místech nivelačního pořadu, kde
nejsou jiné vhodné stabilní objekty pro osazení nivelačních značek (budovy a
stavby, skály apod.). Kámen je tvořen žulovým hranolem o nominálních
rozměrech 25 x 25 x 110 cm (hmotnost asi 225 kg) s opracovanou hlavou. Na
horní části kamenného hranolu bývá osazena buď čepová litinová nivelační
značka z boční strany (starší stabilizace), nebo hřebová litinová nivelační
značka shora ve středu horní plochy opracované hlavy (novější stabilizace).
Pro jeho stabilizaci se vykope jáma 0,8 x 0,8 m hluboká asi 1m. Na dně jámy
se udusá asi 10 cm vysoká vrstva betonu na kterou se usadí svisle nivelační
kámen tak, aby horní plocha kamene byla vodorovná. Poté se kámen obetonuje
za stálého pěchování asi do 2/3 jeho výšky. Po zatvrdnutí betonu se zbytek
jámy zasype zeminou a udusá se tak, aby hlava kamene vyčnívala jen 10 až 15
cm nad terén. Dříve stabilizované body s čepovými značkami ze strany, které
jsou osazeny asi 15 cm horní plochou kamene, se osazovaly touto značkou
přibližně do úrovně terénu. Schéma osazení nivelačního kamene s hřebovou
značkou je na obrázku 6. 18 a s čepovou značkou na obrázku 6.19.
V blízkosti nivelačního kamene se osadí ochranný tyčový znak (OT). Jedná se
o železnou trubku o průměru 6 cm a délky 2,5 m, natřenou střídavě červenou a
88 (111)
bílou barvou po půl metrových pásech. Tyč je zasazena svisle do betonové
patky, zakopané v zemi (viz. obrázky 6.14 a 6.18). V horní části tyče je
připevněn štítek s nápisem „ Státní nivelace, poškození se trestá“.V případě
zvýšeného ohrožení se nivelační kámen chrání betonovou skruží o průměru 0,8
- 1 m.
Obr.6.18: Nivelační kámen s hřebovou
nivelační značkou a OT
Obr.6.19: Nivelační kámen s čepovou
nivelační značkou
6.2.2.4 Nástěnná stabilizace
Nejčastějším typem stabilizace, se kterým se můžeme setkat u více než 50%
bodů ČSNS, je nástěnná stabilizace. Jedná se především o hřebové nivelační
značky, osazené ze strany do stěn budov nebo jiných vhodných objektů
(podsklepené objekty, kostely, kaple, školy, úřední budovy apod.).
Čepová nivelační značka se osazuje tak, že se do objektu vyhloubí vodorovně
otvor vhodného průměru, do kterého se značka osadí. V případě cihlového
nebo kamenného zdiva se dbá na to, aby značka po osazení ležela na celé cihle
nebo kameni, zásadně ne ve svislé spáře.
Před osazováním se otvor se nejprve vyčistí, potom dokonale navlhčí a naplní
cementovou maltou obsahující hrubší písek. Nivelační značka se do otvoru
zasune tak, aby její hlava vyčnívala z otvoru přiměřeně daleko od stěny
budovy. Výhodné je využití vystouplých soklů na budovách, kdy se značka
osadí těsně nad sokl, případně se částečně do soklu zapustí. Po osazení se dřík
značky v otvoru utěsní kaménky a zbytek otvoru vyplní cementovou maltou a
jeho povrch se uhladí do roviny zdiva. Správně osazená značka se nesmí ihned
po osazení pohnout.
Výška značky nad terénem by neměla překročit 0,5 m. Nad značkou musí být
volný prostor minimálně 3,2 m tak, aby na značku bylo možno svisle postavit
nivelační lať 3 m dlouhou.
Do stěny budovy se ve výšce 1 – 1,5 m nad značkou umístí ochranný štítek
s nápisem „Výšková značka státní nivelace - poškození se trestá“, nebo s
nápisem obdobným. Osazení štítku se provede zabetonováním do předem
vysekaného rámečku v omítce objektu. U čepových značek typu VIa se
ochranné štítky neosazovaly, neboť byly nahrazeny nápisem „Státní nivelace“
přímo na čelní stěně značky (viz. obrázek 6.7-f).
Z důvodu ochrany proti korozi se litinové nivelační značky natíraly dvojím
89 (111)
nátěrem. Nejprve základovou barvou (miniem) a potom vrchní fermežovou
barvou (obvykle šedou).
Na obrázku 6.20 –a, je fotografie jednoho z bodů stabilizovaných nástěnných
stabilizací s čepovou nivelační značkou a ochranným štítkem.
Obr. 6.20: Nástěnná stabilizace – bod Kij - 8
6.2.2.5 Skalní stabilizace
Jedním z nejkvalitnějších typů stabilizací je osazení hřebových nebo čepových
nivelačních značek do rostlé skály, která vychází až na zemský povrch. Vlastní
hornina nesmí být zvětralá, nebo drobivého či lámavého charakteru. Rovněž by
neměla být rozpraskána puklinami. Nivelační značky se osazují na takových
místech skály, aby bylo možno bezpečně na ně postavit nivelační lať a nedošlo
k ohrožení laťaře případným sklouznutím nebo pádem ze skály. Dbáme přitom
i na možnost bezpečného a stabilního postavení nivelačního přístroje i
bezpečné podmínky pro práci jeho obsluhy (měřiče).
Nivelační značky se stabilizují obdobným postupem jako u nástěnných
stabilizací, to znamená, že se značka zabetonuje do předem vyhloubeného
(vyvrtaného, vysekaného) otvoru. Při osazování hřebových značek dbáme na
to, aby při postavení nivelační latě na značku nedrhla patka latě o skálu nebo
beton (cementovou maltu), do kterého je značka osazena. Z uvedeného důvodu
by měl vrchlík nivelační značky vyčnívat asi 1cm nad nejbližší okolí.
Důležité skalní stabilizace (výškové indikační body – zkr. VIB, hlavní a vedlejší
body výškových indikačních polí, zkr. VIP) se chrání obezděním betonovým
nebo zděným rámem, zakrytým betonovou nebo kamennou deskou. U těchto
bodů se používají čepové nebo hřebové nivelační značky z bronzu. Obvykle se
obezdění ještě zakryje vrstvou zeminy.
U značek osazovaných do skal se dbá také na to, aby nebyly v místech kde
90 (111)
může dojít k jejich zasypání padající sutí nebo zeminou.
Pro lepší vyhledání nivelačního bodu se osadí do skály v jejich blízkosti
vyhledávací tyč (o průměru asi 1-2 cm a délce 20 až 40 cm) nebo se do skály
dostatečně vysoko nad bod vyseká křížek asi 10 až 20 cm veliký. Vyhledávací
tyč se opatří ochranným nátěrem proti korozi. Tyče bývají nejčastěji natřeny
červenou barvou, aby se snáze vyhledaly. Rovněž křížek na skále bývá vyplněn
barvou.
6.2.2.6 Jiné typy stabilizací
Nivelační značky čepové a hřebové se osazují i do dalších objektů, které
poskytují záruku dostatečné a dlouhodobé stability. Takovými objekty velmi
často bývají:
-
betonové, kamenné i zděné pilíře mostních konstrukcí a nadjezdů
(značka by neměla být umístěna na vlastní mostovce),
-
opěrné zdi, rampy a stavební objekty obdobného typu,
-
patky stožárů, nosných sloupů, návěští apod,
-
mostky, propustky, vpustě a jiné obdobné stavby,
-
samostatné skalní bloky a velké balvany,
-
kapličky, kříže a další drobné sakrální stavby atd.
Pro výběr místa stabilizace nivelačních značek na těchto objektech platí kromě
dříve uvedených pravidel, zejména bezpečností hlediska (riziko pádu, úrazu
elektrickým proudem v blízkosti stožárů a sloupů pod napětím, riziko dopravní
nehody na silnicích a železnicích aj.).
6.2.3
Volba míst pro nivelační body
6.2.3.1 Obecné zásady
Nivelační pořad je tvořen řadou nivelačních bodů, které jsou od sebe
rozmístěny ve vhodné vzdálenosti. Tato vzdálenost není přímo závislá na řádu
nivelačního pořadu (viz tabulky 5.1 a 5.2). Hustota bodů se pohybuje
v průměru 2 až 4 body na 1 km. Trasy nivelačních pořadů a umístění
nivelačních značek se určují rekognoskací tak, aby byly splněny požadavky a
potřeby pro mapování a další technické díla. V územích poddolovaných a v
územích, v nichž se předpokládají hornické práce, se rozmístění nivelačních
bodů provádí vždy v součinnosti s příslušnou těžební organizací.
Maximální vzdálenost mezi dvěma sousedními body by měla být
v nezastavěném území menší než 1,0 km. V zastavěném území (ve městech,
obcích i menších sídlech) by měla být menší než 0,3 km. Doporučuje se, aby
v každé zastavěné části byly minimálně 3 nivelační body. Doporučuje se
rovněž osadit nivelační body v blízkosti křižovatek a odboček, kde lze
předpokládat jejich využití při napojování dalších nivelačních pořadů.
Při konfiguraci nivelačního pořadu se vzhledem k použitým technologiím
měření doporučuje, aby terén mezi dvěma nivelačními body měl monotónní
průběh, tj. aby stále stoupal, nebo stále klesal, popřípadě vedl rovinou.
91 (111)
Nivelační body by se měli proto osazovat na vrcholech stoupání (v sedlech),
v nejnižších místech pořadu i všude tam, kde dochází k výraznější změně
výškového průběhu nivelačního pořadu. Pořad by měl být (pokud možno)
veden po zpevněných komunikacích a ne po zatravněných, nebo místy, kde
jsou málo únosné půdy (bažiny, močály, zaplavovaná území, volné písky
apod.) apod. V současnosti se z bezpečnostních důvodů doporučuje, aby
nivelační pořady nebyly vedeny po komunikacích s intenzivním provozem.
Toto kritérium je však jen obtížně splnitelné.
Při pracích v ČSNS je nezbytné dodržovat ustanovení zákona č. 200/1994 Sb.,
o zeměměřictví, který stanoví zásady vstupu na nemovitosti a postup při
osazování geodetických bodů. Obecně platí, že užívání nemovitosti pro
zeměměřické činnosti ve veřejném zájmu je vlastník nemovitosti povinen
strpět. Provádění prací je třeba předem oznámit, např. formou veřejné
vyhlášky. Záměr osadit na nemovitosti značku je třeba rovněž předem oznámit
majiteli nemovitosti nebo oprávněnému uživateli. O stabilizaci bodu se
vyhotoví rozhodnutí a provede se o něm záznam na příslušném tiskopise. aby
stále stoupal, klesal nebo vedl rovinou.
Umístění nivelačního bodu státní sítě na cizí nemovitosti se realizuje
rozhodnutím Zeměměřického úřadu po předchozím projednání s vlastníkem
nebo oprávněným uživatelem. Nivelační bod musí být umístěn tak, aby mohl
být strpěn vlastníkem nemovitosti; na umístění bodu na zemědělském pozemku
se nevztahuje ochrana zemědělské půdy podle zvláštního zákona. Část
pozemku, na kterém je umístěna značka, je osvobozena od daně z nemovitosti
podle § 4 zákona č. 338/1992 Sb.
Body se umísťují do svislé nebo vodorovné plochy konstrukce staveb tak, aby
nivelační značka nevyčnívala z konstrukce více než 70 mm (u nemovité
kulturní památky 50 mm); tvar, barva ani způsob umístění značky nesmí
narušit vzhled stavby. Nivelační bod nesmí ohrozit stabilitu stavby nebo
omezovat užívání stavby. Nivelační body na plochách komunikací a staveb
sloužících provozu vozidel nebo chůzi v úrovni jejich povrchu se umísťují do
šachtice s krytem v úrovni povrchu. V současné době je dovoleno v ČSNS
používat značek v souladu s vyhláškou č. 31/1995 Sb.
6.2.3.2 Stabilita nivelačních bodů
Při volbě místa pro umístění nového nivelačního bodu je důležitou součástí
kvalitní stabilizace nivelačního bodu. Ta závisí ve značné míře na volbě míst a
objektů pro jejich stabilizace. Vyhledání konkrétního místa se řídí možnostmi
ochrany před rušivými vlivy, předpokladu trvalého zachování bodu a jeho
dobrým a bezpečným přístupem.
Při výběru místa je nutno dbát na to, aby stabilizace nebyla volena v místech,
kde můžeme předpokládat uložení inženýrských sítí. V blízkosti se obvykle
nacházejí kanalizační šachtu a poklopy, hydranty, transformátory, sloupy
veřejného osvětlení, rozvodové skříňky, ochranné tyče apod., které signalizují
nějaké podzemní inženýrské sítě. Jistotu lze získat jen nahlédnutím do měřické
dokumentace správce sítí, respektive jejich vyhledáním nebo vytyčením přímo
v terénu.
Základy objektů vybraných pro osazení nivelačních značek mají být alespoň
v hloubce 1 m. Na objektech a pozemcích se vybírají místa, chráněná před
92 (111)
poškozením v důsledku jejich užívání. Vylučují se budovy s trhlinami
svědčícími o sedání objektu a deformacích stavby.
Nevhodné pro stabilizaci jsou snadno zvětrávající skály, neúnosné základové
půdy, močály, zaplavovaná území a území s vysokou hladinou podzemní vody.
Nevhodné jsou okraje svahů a náspů, rokle, kotliny, strže a místa v těsné
blízkosti vodních toků.
Ze staveb jsou nevhodné komunikace s velkým dopravním ruchem a budovy
vystavené otřesům nebo proměnlivému zatížení. Též se vylučují místa
ohrožená sesuvy.
Nivelační body (nivelační kameny) se neosazují v blízkosti stromů, u nichž je
stabilita bodu ohrožena rozrůstajícími se kořeny.
Stupně klasifikace stability nivelačních bodů jsou uvedeny v tabulce 6.3.
Tabulka 6.3 Stupně stability nivelačních bodů
Stupeň
Charakteristika míst pro osazení bodu (značky) a jejich typy
1
celistvé, masivní skály z hornin odolných proti zvětrávání a
vyluhování,
dokonale usazené budovy nejméně 10 let staré a nevystavené tlakům
a otřesům,
hloubkové stabilizace a podzemní nivelační kameny zakotvené ve
skalách, štěrcích, štěrkopíscích nebo píscích (nezvodnělých,
nepohyblivých),
2
celistvé, vrstevnaté skály méně odolné proti zvětrávání,
zachovalé, podsklepené budovy s dobrými základy alespoň 3 roky
staré a nevystavěné tlakům a otřesům,
hloubkové stabilizace a podzemní nivelační kameny zakotvené
v hlinitopísčitých a písčitohlinitých půdách nebo jílovcích,
povrchové nivelační kameny osazené na skalnatém nebo štěrkovém
podkladu,
3
budovy obdobného charakteru jako u stupně 1 a 2 u nichž však nelze
zaručit, že nepodléhají tlakům, budovy bez hlubších základů,
hloubkové stabilizace nebo podzemní nivelační kameny zakotvené ve
zvodnělých štěrcích nebo píscích,
povrchové nivelační kameny zakotvené v únosném a suchém
podkladu,
krajní opěry velkých mostů, hluboké betonové základy stožárů,
4
budovy vystavené tlakům a otřesům, drobnější a chatrnější stavby,
povrchové nivelační kameny zakotvené v jílovitých nebo mokrých
půdách,
méně hluboké základy stožárů, mostovky, propustky,
5
drobná komunikační zařízení a stavby (malé propustky, vjezdové
můstky, základy návěští, předzahrádkové zdi apod.)
93 (111)
6.2.3.3 Místopisy nivelačních bodů a zákres bodů v mapě
Pro každý nivelační bod se vyhotoví místopis a jeho poloha se vyznačí v mapě.
Místopis se vyhotovuje jen v rámci nivelačního pořadu, ve kterém se nivelační
bod eviduje. Pro vyhotovení se použijí předepsané formuláře, standardizované
zkratky a standardizovaný značkový klíč. Místopisy slouží k vyhledání bodů v
přírodě, k ověření jejich totožnosti, k zákresu nivelačních bodů do map a jsou
podkladem pro vyhotovení Nivelačních údajů.
Místopis se skládá z části textové a z polohopisného náčrtu, který může být
doplněn detailním nákresem. Polohopisný náčrt se vykreslí trvanlivým
způsobem.
Místopis se vyhotoví samostatně pro každý nivelační bod. V případě, kdy je
osazeno několik nivelačních bodů pohromadě, zakreslí se všechny do
polohopisného náčrtu jednoho z bodů a v kresbě se ke každému bodu připíše
jeho číslo. V místopisech ostatních bodů se vyplní pouze textová část. Je vždy
nutno zakreslit a zaměřit všechny geodetické body, které se v rozsahu kresby
vyskytují.
Kresba a mapové značky se orientují k severu a popisy rovnoběžně s
komunikací. Náčrt není nutno kreslit v přesně stanoveném měřítku, musí však
vyjadřovat správné poměry vzdáleností a zachovat konfiguraci zobrazených
předmětů. Měřítko se volí tak, aby vždy byl zachycen vztah nivelačního bodu k
význačnému prvku terénu, který je zobrazen v mapách středních měřítek a o
němž lze předpokládat, že se jeho poloha v budoucnu nezmění. V náčrtu je
nutno zakreslit i další podrobnější vztahy, které mohou sloužit pro vyhledání
bodu.
Při vyhotovení místopisů se nepodstatné detaily a předměty netrvalého rázu
vynechají. Kresba musí zásadně zachytit komunikaci, po níž je nivelační pořad
veden. Uvedou se i názvy ulic a náměstí, pokud se vyskytnou v náčrtu. K
bližšímu určení se silnice označí názvy sousedních obcí, případně osad nebo
místních částí. U železnice se uvedou jména konečných stanic podle údajů
jízdního řádu.
Podrobnější vztahy nivelačního bodu se určí měrami zejména k předmětům
trvalého charakteru. Při nedostatku měr jsou vhodné i předměty dočasného
charakteru, jako telegrafní tyče, rozcestníky, označení zastávky veřejné
dopravy apod. Způsob zaměření je závislý na hustotě pevných bodů a jejich
vzdálenosti od nivelačního bodu. Směr a počátek staničení se v náčrtu vyznačí.
Vzdálenost od osy komunikace se zaměří u všech nivelačních bodů, hlavně u
těch, které nevystupují nad terénem (nivelační kámen, skála, balvan, propust na
odbočující cestě ap.). U budov (dům, kostel ap.) se vzdálenost k ose
komunikací uvádí jen tehdy, přesahuje-li 30 m.
Míry se udávají v metrech s přesností úměrnou kvalitě pevných bodů, k nimž je
zaměření polohopisu vztaženo. Na centimetry se udávají oměrné míry na
stavebních objektech a staničení a délky kolmic, jestliže je možno polohu
výchozích bodů určit s touto přesností. Na decimetry se uvádějí ostatní míry,
které jsou vztaženy k jednoznačně identifikovatelnému bodu a jsou kratší než
100 m. Na decimetry se udává také výška značek nad terénem a vzdálenost
ochranné tyče nebo vyhledávacího znaku od nivelačního bodu.
94 (111)
V náčrtu se používá k vyznačení polohopisu mapových značek užívaných pro
mapy velkých měřítek. Rozměr značek se přizpůsobí měřítku kresby. Kříže,
pomníky nebo sochy, stožáry elektrického vedení apod. se kreslí smluvenou
značkou. Je-li ale na těchto objektech osazena nivelační značka, vykreslí se
jejich půdorys. Pro vyznačení polohy nivelačního bodu se užívá mapová
značka.
Nový nivelační bod se zakreslí do "Základní mapy ČR 1:50 000" s nátiskem
nivelační sítě nebo její kopie. V místě, kde se bod nachází, se v mapě narýsuje
kolmice k trase pořadu dlouhá asi 2 cm. Kolmice se rýsuje vždy na tu stranu od
komunikace, kde je bod osazen. Číslo bodu se orientuje ve směru pořadu. Je-li
v jednom místě osazeno více nivelačních bodů, uvedou se všechna čísla k
jediné kolmici.
Nový nivelační bod se současně zakreslí do mapy v měřítku 1:5 000 (SMO,
Státní mapa 1:5 000 apod.). Poloha bodu se vyznačí smluvenou (mapovou)
značkou.
Evidenční mapa, tj. Základní mapa ČR 1:50 000 s nátiskem nivelační sítě,
obsahuje vybrané nivelační body, které jsou exportovány z databáze ČSNS.
Ukázka polohopisných náčrtů místopisů je na obrázku 6.21.
Obr. 6.21: Místopisy nivelačních bodů – ukázka polohopisných náčrtů
95 (111)
6.3
Dokumentace nivelačních údajů, databáze
Důležitou součástí České státní nivelační sítě je její dokumentace. Při vzniku
ČSJNS se nivelační pořady přehledně zakreslovaly do evidenční pořadové
mapy v měřítku 1:200 000. Poloha pořadů i s nivelačními body se vykreslovala
do mapy většího měřítka 1:75 000.
6.3.1
Katalogy nivelačních bodů
Po převodu ČSJNS do baltského výškového systému byla vytvořena ucelená
celostátní dokumentace v podobě Katalogů nivelačních bodů (KNB), které
obsahovaly potřebné údaje o každém výškovém (nivelačním) bodě včetně
místopisu (topografie).
První díl obsahuje údaje pro body I. až III. řádu s pracemi již ukončenými,
druhý díl pro body IV. řádu a k nim připojené místní nivelační sítě. Práce v
tomto oddílu sítě nejsou a nikdy nebudou ukončeny, takže druhý díl katalogu
se bude stále rozšiřovat. Katalog základních nivelačních bodů s jejich body
zajišťovacími se vyhotovuje pro celé státní území. Též katalogy sítí velkých
měst a katalogy nivelačních bodů v poddolovaném území se vedou samostatně.
Katalogy byly sestaveny pro jednotlivé mapové listy v měřítku 1 : 100 000.
Každá mapa se dělila na čtyři mapy 1 :50 000 a v nich byly zakresleny všechny
pořady a nivelační body I. až IV. řádu, podrobné a zvláštní nivelační sítě.
Přitom se dodržovalo odlišení pořadů různými barvami. Pořady I. řádu jsou
vyznačeny rumělkou, II. řádu kobaltovou modří, III. řádu svinibrodskou zelení
a IV. řádu fialově. Pořady podrobných nivelačních sítí jsou nakresleny šedě.
Uvedené barvy jsou použity i pro přehlednou mapu nivelační sítě I. až III. řádu
v měřítku 1 :50 000.
Do evidenčních otisků mapových listů 1 : 50 000 s potlačenou kresbou se
fialově tisknou různými druhy čar pořady, jejich označení a poloha bodů na
nich.
Poloha bodů se vyznačuje vzhledem
k nejbližší komunikaci kolmicemi k
čáře pořadu a číslem bodu v
prodloužení kolmice, vždy na stranu
komunikace, při níž leží bod. . Ke
kolmicím se psala čísla nivelačních
bodů, která jsou pořadová od čísla 1
(obrázek 6.22). Obvody místních
nivelačních sítí se vyznačují fialově
čárkovaně, obvody samostatných
nivelačních
sítí
v
okruhu
poddolovaného území tečkovaně.
V seznamech se uvádí čísla bodů,
zkratka stabi1izace (Z, M, Č, H, O,
S),
stručný
slovní
místopis,
Obr. 6. 22: Zákres nivelačních bodů
vzdálenosti značek od počátku
pořadu, nivelované převýšení, opravy
z tíže a vyrovnání, nadmořská výška v m na desetiny mm u bodů I. až III. řádu
a na mm u bodů IV. řádu.
96 (111)
Nivelační údaje pro každý nivelační bod na samostatném listu formátu A4
obsahovaly všechny důležité informace a údaje potřebné pro další geodetické
práce. Byly to zejména: název nivelačního pořadu, místopisný náčrt a
místopisné údaje, číslo nivelačního bodu a bodu předcházejícího, délka oddílu,
délka od počátku pořadu, měřené převýšení, opravy z tíže a vyrovnání,
vyrovnaná výška H v metrech na 4 desetinná místa u pořadů I. až III. řádu,
výškový rozdíly v jadranském systému, druh značky a stabilizace, rok
zaměření a záznam o změnách.
6.3.2
Soubory nivelačních údajů
Od r. 1970 se v dokumentaci výškové sítě postupně přecházelo od Katalogů
nivelačních údajů k Souborům nivelačních údajů, které jsou sestaveny podle
nivelačních pořadů. Zákres pořadů zůstával stejný. Zkvalitnily se však
nivelační údaje pro každý bod. Každý soubor obsahuje titulní údaje, přehled
prací a počtu nivelačních údajů, statistické údaje o hlavním pořadu a
odbočných pořadech, záznam o sdělení nivelačních údajů a nivelační údaje.
6.3.3
Databáze ČSNS
Výsledky prací v ČSNS se ukládají do databází jejichž správou je pověřen
Zeměměřický úřad a souborně se evidují ve výsledných operátech, jež tvoří
-
operáty nivelačních měření,
-
operáty z údržby bodů ČSNS,
- soubory nivelačních údajů.
Od roku 2002 jsou uvedené operáty vedeny v elektronické podobě.
Databáze Základního výškového bodového pole jsou počítačově vedeny od r.
1990, kdy byly na PC převedeny veškeré nivelační výpočty. Jsou doplňovány
průběžně všemi daty z nivelačních výpočtů nově zaměřených pořadů při
měřické obnově pořadů ČSNS a měření v ZNS. Od roku 2004 je databáze
bezplatně zpřístupněna na webové adrese: http://nivelace.cuzk.cz .
Struktura databáze je logicky uspořádána. Obsahuje:
-
databázi bodů
-
databázi výsledků,
-
databázi výpočtů
Databáze body odpovídá v podstatě struktuře nivelačních údajů jednotlivých
nivelačních bodů.
Databáze výsledků zahrnuje veškerá měření provedená v ČSJNS, později v
ČSNS (tzn. od r. 1939).Má dvě části. Datová část obsahuje všechny hodnoty
měřené nebo vypočtené. Výšková část databáze obsahuje nadmořské výšky
všech bodů pořadu pro všechna provedená měření v chronologickém pořadí.
Databáze výpočty obsahuje výsledky výpočtů prováděných v příslušné době
používanými výpočetními programy.
97 (111)
Výběr bodu je možno provést dvojím způsobem. Velmi častý způsob je
vyhledání bodu přes grafické rozhraní, tj. jeho lokalizací na mapě – ukázka
mapy je na obrázku 6.23, nivelační body jsou vykresleny modrou značkou a při
najetí kurzorem v internetu na bod se zobrazí číslo bodu a po potvrzení výběru
Obr. 6.23: Ukázka grafického rozhraní pro výběr nivelačních bodů
jeho nivelační údaje.
Druhý způsob je vyhledání nivelačního bodu přes textové rozhraní. Ukázka
vstupní tabulky je na obrázku 6.24.
Obr.6.24: Textové rozhraní
Soubor nivelačních údajů (SNÚ) se zakládá podle evidenčních jednotek,
kterými jsou nivelační pořady. Pořídí se výstupem z databáze. Nivelační údaje
tvoří geodetické údaje o nivelačním bodu evidované na jednotném tiskopise.
Listy Nivelačních údajů (NÚ) se oproti listům nivelačních údajů (stať 6.3.2)
poněkud změnily a obsahují nyní:
•
•
•
označení a název nivelačního pořadu,
číslo nivelačního bodu, číslo předcházejícího nivelačního bodu v pořadu,
délku nivelačního oddílu mezi oběma body a délku nivelačního pořadu od
počátečného bodu pořadu – délky jsou uváděny v km na 3 desetinná místa –tj. na
metry,
•
nadmořskou výšku H ve výškovém systému Bpv (u bodů ZVBP i PVBP je výška
uváděna v metrech na 3 desetinná místa, tj. na milimetry),
•
rok určení výšky,
98 (111)
•
•
•
•
•
•
•
•
místopis (textová část a polohopisný náčrt) včetně popisu bodu, umístěni značky,
stavu a stáří objektu,
polohu bodu v rámci územně správního rozdělení,
vlastníka pozemku,
číslo základní mapy 1 :50 000, číslo a název státní mapy odvozené 1:5000,
údaje o typu značky, stupni její stability a zhotoviteli,
rovinné souřadnice značky v S -JTSK s přesností na metry (nejčastěji získané
digitalizací z mapy SMO-5, u podzemních (hloubkových apod.) stabilizací
s přesností na decimetry,
zeměpisné souřadnice (šířku a délku) v ETRF-89, získané nejčastěji převodem ze
souřadnic S-JTSK (s přesností na metry),
tíhové údaje v miligalech, tj skutečnou tíži Gs, normální tíži Gn a Bougerovu
anomálii bez topokorekce Ba.
Ukázka nivelačních údajů pro jeden z bodů databáze je na obr. 6.25.
Obr. 6.25: Nivelační údaje bodu FZ7- 8t poskytnuté z internetu
99 (111)
6.4
Údržba a obnova ČSNS
Údržbu základního výškového bodového pole zajišťuje Zeměměřický úřad
Praha. Účelem údržby bodů ČSNS je vyhledání nivelačních bodů v terénu,
jejich ošetření a provedení takových nápravných opatření, aby evidenční stav
souhlasil se skutečností v terénu. Údržbě nivelačních bodů ve vybrané oblasti
obvykle předchází zpracování projektu údržby. Projekt údržby se vypracuje
zpravidla pro všechny body v dané oblasti, přičemž se pokud možno dbá na
dokončení údržby v ucelených celcích, hlavně polygonech nebo alespoň
nivelačních pořadech jednotlivých řádů včetně jejich připojovacích bodů a
bodů, které byly nahlášeny jako nenalezené nebo zničené.
Vlastní údržba nivelačních bodů zahrnuje:
•
zjišťovací práce na nivelačních bodech v terénu,
•
opravné práce na nivelačních bodech v terénu,
•
ověření evidenčního stavu (v nivelačních údajích, v mapě a podle
územní lokalizace),
•
provedení změn v bázi dat a SNÚ.
Přehlídka při zjišťovacích pracích zahrnuje především vyhledání nivelačního
bodu, zjištění jeho stavu i stavu všech ochranných zařízení. Dále se provede
porovnání polohopisného náčrtu bodu se skutečným stavem v terénu a ověří se
další údaje, uváděné v jednotlivých položkách NÚ:
Při zjištění o porušení nebo zničení nivelačního bodu se tato skutečnost
zaznamená v záznamu o údržbě. O vyhotovení záznamu o zničení a zahájení
správního řízení rozhodne ZÚ. Při porušení nebo zničení základního
nivelačního bodu a jeho zajišťovacích bodů, hloubkové a tyčové stabilizace,
výškového indikačního bodu, hlavního nebo vedlejšího bodu výškového
indikačního pole, se zjistí předpokládaný původce poškození nebo zničení
bodu a sepíše se hlášení. Hlášení je podkladem pro zahájení správního řízení o
vymáhání škody nebo pro trestní oznámení na známého nebo neznámého
pachatele o podezření z porušení pořádku na úseku zeměměřictví.
Hlavní náplní opravných prací je očištění značky a obnovení jejího nátěru,
výměna poškozeného štítku na budově, očištění a nový nátěr ochranného
tyčového znaku nebo poklopu a skruže, výměna poškozeného štítku na
ochranné tyči, orámování horních hran nivelačních kamenů červenou barvou,
úprava okolí bodu k usnadnění přístupu a vyhledání bodu (prosekání křovin,
odkopání drnu a pod.), zajištění ohrožených nivelačních kamenů, úprava
prostoru nad značkou apod.. U nivelačních kamenů se na blízkých předmětech
(stromech, telegrafních tyčích apod.), jejichž vzdálenost nemá přesáhnout
jeden klad pásma (30 m), vykreslí červenou barvou čtverec o straně asi 8-10
cm, s tečkou uprostřed. Ze středu jeho dolní strany se nakreslí šipka „směrem“
k nivelačnímu značce.
Vznikne-li odůvodněná domněnka, že původní bod byl přestabilizován
(dochází k tomu na mostech nebo propustcích, občas i na budovách a
výjimečně i u NK), kterou nelze dokázat pomocí místopisných údajů, bod se
navrhne k ověření nivelačním měřením.
100 (111)
Dojde-li ke zničení nivelačních bodů je nutno je nahradit doplňujícím
nivelačním bodem, je-li vzdálenost mezi nejbližšími zachovanými nivelačními
body dvojnásobná než průměrná vzdálenost na pořadech příslušného řádu. Je-li
na nivelačním pořadu čtvrtina a více zničených bodů, takže by bylo nutno
provádět observaci na podstatné části pořadu, obnoví se celý pořad.
101 (111)
7
Úkoly
1.
Vyhledejte na internetu v místě svého bydliště nejbližší nivelační pořad
I. řádu, II. řádu a III. řádu. Napište jejich označení.
2.
Vyhledejte nejbližší nivelační bod ČSNS k místu vašeho trvalého
(přechodného) bydliště. Napište jeho označení, typ stabilizace a
nadmořskou výšku v systému Bpv a ověřte případně v terénu jeho
identitu a identitu dvou bodů sousedních, které bychom potřebovali pro
ověření jeho stability při případném připojování na tento bod.
3.
Přepočítejte nadmořskou výšku bodu určeného v předcházejícím úkolu
do Jadranského výškového systému.
4.
Nalezněte v internetové databázi bod ČSNS co nejblíže vašemu bydlišti
s hloubkovou nebo tyčovou stabilizací a uveďte hloubku jeho založení.
5.
Pro nejbližší (vašemu bydlišti) nivelační pořad III. řádu sestavte
statistiku počtu jednotlivých typů stabilizací. Dále vypočítejte
průměrnou délku nivelačního oddílu v tomto pořadu, určete minimální
a maximální délku oddílu, průměrnou výšku bodu, minimální a
maximální výšku bodu, průměrné převýšení mezi dvěma sousedními
nivelačními body a minimální a maximální (v absolutní hodnotě)
nivelační převýšení mezi dvěma sousedními nivelačními body.
6.
Zjistěte na nejbližších zaměřených a v databázi ZÚ evidovaných
bodech prostorové sítě v okolí vašeho bydliště odlehlost kvazigeoidu od
elipsoidu GRS-80 (ETRS-89).
7.
Na mapě vhodného měřítka navrhněte ve Vámi vytipovaném území (na
území ČR) vetknutý nivelační pořad III. resp. IV. řádu a stanovte pro
něj následující údaje: označení nového pořadu, označení připojovacích
bodů, počet nově zřizovaných nivelačních bodů, přibližná místa a typy
jejich stabilizací, jejich číslování, typy ochranných znaků.
8.
Nakreslete pro jeden fiktivní bod vašeho pořadu z úkolu č.7 jeho
kompletní nivelační údaje (s výjimkou tíhových dat).
9.
Posuďte vhodnost a odhadněte stupeň stability objektu (stavby) ve
kterém bydlíte pro osazení nivelační značky a vyhotovte jeho místopis.
V případě nevhodnosti tohoto objektu vytipujte objekt náhradní v jeho
blízkosti.
10. Napište některé své zajímavé zkušenosti a praktické poznatky
z využívání bodů ZVBP.
103 (111)
Závěr
8
Závěr
8.1
Shrnutí
Předložený studijní text je rozdělen do pěti hlavních kapitol, které se zabývají
jak historií výškových (nivelačních) měření a budování nivelačních sítí, tak i
problematikou současných družicových metod. Nově je do textu zařazena
kapitola o problematice střední hladiny moří a způsobech jejího určování.
Velká část textu je věnována nivelačním bodům a způsobům jejich stabilizace.
8.2
Studijní prameny
8.2.1
Základní literatura
[1]
ABELOVIČ, J. a kol.: Meranie v geodetických sietach. Alfa Bratislava
1990, ISBN 80-05-00548-2
[2]
BÖHM, J., SVOBODA, J.: Geometrická nivelace. SNTL v Praze, 1960
[3]
HONS, J.- ŠIMÁK, B.: Pojďte s námi měřit Zeměkouli. Orbis Praha
1959
[4]
VYKUTIL, J.: Vyšší geodézie. Kartografie v Praze, 1981
8.2.2
Seznam doplňkové studijní literatury
[5]
BENEŠ, F.: Evropská referenční síť GPS.EUVN 97. Sborník referátů.
VUT-FAST v Brně, 1999, str. 3-6.
[6]
BENEŠ, F.: Základní nivelační body RUVZÚ z let 1876 až 1890.
[7]
FERIANC, D.: Stav prác v geodetických základoch Slovenska, 11.
slovenské geodetické dni, Bratislava, 2003.
[8]
FIG Publication No 37: Guide on the Development of a Vertical
Reference Surface for Hydrography, FIG, Denmark, 2006, ISBN 8790907-57-4
[9]
Kolektiv autorů: Geodetické referenční systémy v České republice.
VÚGTK a VZÚ v Praze, 1998.
[10]
KOSTELECKÝ, J. , CIMBÁLNÍK M.: Převod souřadnic mezi ETRS89 a S-JTSK pomocí globálního transformačního klíče. Geodetický a
kartografický obzor 53/95, 2007, číslo 12, str. 277 - 282
[11]
NEVOSÁD, Z., SOUKUP, F., VlTÁSEK, J.: Geodézie II VUTIUM v
Brně 1999.
[12]
PROVÁZEK, J.: GPS a výšky v Zeměměřickém úřadu. Sborník
referátů, VUT-FAST v Brně, 1999, str. 34-41.
[13]
PUGH, D.:Changing Sea Levels, Cambridge University Press, ISBN-10
0521825326
[14]
RYŠAVÝ, J.: Geodesie. SNTL v Praze, 1955.
- 105 (111) -
[15]
SCHENK, J. : Geodetické sítě, učební text, Ostrava 2004.
[16]
ŠIMEK, J.: Modelování podrobného kvazigeoidu pro ČR a určování
výšek metodou GPS. Sborník referátů, VUT-FAST v Brně, 1999, str.
13-23.
[17]
ŠŰTTI, J.: Geodézia. Alfa v Bratislavě, 1987.
[18]
VATRT, V.: Přesnost kvazigeoidu určeného z geocentrických
souřadnic bodů GPS a jejich normálních výšek. Sborník referátů, VUTFAST v Brně, 1999, str.13-23.
[19]
VITÁSEK, J., NEVOSÁD, Z.: Geodézie I., CERM v Brně, 1999.
[20]
Vývoj výškových základů na území České republiky. ZÚ v Praze, 1997.
[21]
WEIGEL, J., ŠVÁBENSKÝ, O.: Přesnost GPS výšek v lokálních sítích.
Sborník . referátů, VUT-FAST v Brně, 1999, str. 55-62.
8.2.3
Základní právní předpisy
[22]
Zákon č. 265/1992 Sb o zápisech vlastnických a jiných věcných práv
k nemovitostem, ve znění pozdějších předpisů
[23]
Zákon č. 359/1992 Sb., o zeměměřických a katastrálních orgánech, ve
znění pozdějších předpisů
[24]
Zákon č. 200/1994 Sb., o zeměměřictví a o změně a doplnění některých
zákonů souvisejících s jeho zavedením, ve znění pozdějších předpisů.
[25]
Vyhláška č. 31/1995 Sb., Českého úřadu zeměměřického a
katastrálního, kterou se provádí zákon č. 200/1994 Sb., o zeměměřictví
a o změně a doplnění některých zákonů souvisejících s jeho zavedením,
ve znění pozdějších předpisů.
[26]
Nařízení vlády č. 430/2006 Sb. o stanovení geodetických referenčních
systémů a státních mapových děl závazných na území státu a zásadách
jejich používání
[27]
Pokyny Zeměměřického úřadu pro přepočet nadmořských výšek z
výškového systému jadranského do systému Bpv, č.j. 632/1999-230.
Zpravodaj ČÚZK č. 3/1999
[28]
Vyhláška č.26/2007 ze dne 5. února 2007, kterou se provádí zákon č.
265/1992 Sb., o zápisech vlastnických a jiných věcných práv k
nemovitostem, ve znění pozdějších předpisů, a zákon č. 344/1992 Sb., o
katastru nemovitostí České republiky (katastrální zákon), ve znění
pozdějších předpisů, (katastrální vyhláška).
8.2.4
Odkazy na další studijní zdroje a prameny
[29]
Metodický návod pro budování, obnovu a údržbu výškových bodových
polí. Český úřad geodetický a kartografický v Praze, 1983.
[30]
Instrukce pro práci ve výškových bodových polích. ČÚGK v Praze,
1981.
106 (111)
Závěr
[31]
Metodický návod pro práce v Základním výškovém bodovém poli, ZÚ
2003.
[32]
Návod pro práce v Čs. jednotné nivelační síti, ČÚGK Praha 1974
8.2.5
Elektronické zdroje
[33]
http://www.cuzk.cz
[34]
http://www.vugtk.cz
[35]
http://bodovapole.cuzk.cz
[36]
http://czepos.cuzk.cz
Odborné časopisy.
Firemní prospekty.
- 107 (111) -
8.3
Seznam obrázků a tabulek
Obr. 2.1:Nilometr v Asuánu
Obr. 2.2: Nilometr v Kom Ombo
Obr. 2.3: Hérónův nivelační přístroj
Obr. 2.4: Hérónova nivelační lať
Obr 2.5: Vyobrazení Chorobates s dalšími nivelačními přístroji
Obr. 2.6: Schéma chorobates
Obr. 2.7: Princip krokvice
Obr. 2.8: Schéma užití krokvice
Obr. 2.9: Krokvice s průzorem
Obr. 2.10: Krokvice závěsná
Obr. 2.11: Průhledítko Jana Dubravia z roku 1547
Obr. 2.12: Titulní strana Picardovy publikace o nivelaci – vydání de La Hireho
z roku 1684
Obr. 2.13: Picardův nivelační přístroj z roku 1674
Obr. 2.14: Huygensův(?) nivelační přístroj
Obr. 2.15 Nivelační přístroj de La Hireho
Obr. 2.16: Maletův nivelační přístroj
Obr. 2.17: Chéziho nivelační přístroj
Obr. 2.18: Boinův nivelační přístroj s libelou
Obr. 2.19: Ramsdenův nivelační přístroj z roku 1818
Obr. 2.20: Egaultův nivelační přístroj, výrobek firmy Secrétan 1866
Obr. 2.21: Gemma Frisius: Radio Astronominco – 1545
Obr. 2.22: Kőbel, J : Von Kunstliche Feldmessen und ...,. – 1608
Obr. 2.23: Bramer, B: Kurzen bericht zu seinem Semicirculo..-1651
Obr. 2.24: Ukázka historických rtuťových barometrů
Obr. 3.1: Výškové poměry na pobřeží Belgie (v metrech)
Obr. 3.2 : Ukázka změn ve výšce mořské hladiny na stanici Neewlyn v UK
Obr. 3.3: Umístění mareografu na břehu
Obr. 3.4: Mechanický mareograf
Obr. 3.5-a: Schéma tlakového (Bubbler gauge) a radarového (Radar gauge)
mareografu
Obr. 3.5-b: Fotografie radarového mareografu v Liverpoolském přístavu
Obr. 3.6: Princip altimetrie
108 (111)
Závěr
Obr. 3.7: Družice používající altimetry
Obr. 3.8: SST vzhledem ke geoidu EGM96
Obr. 3.9: Hlásný systém GPS-bójí
Obr. 3.10: GPS-bóje GFZ Potzdam
Obr. 3.11: Vztah mezi výškovými úrovněmi mořské hladiny
Obr. 3.12: Frekvenční křivka úrovní mořské hladiny
Obr. 3.13: Umístění mareografů na pobřežích kontinentů a ostrovů
Obr 4.1: Výškové systémy v Evropě a jejich návaznost na mereografy
(barevně)
Obr. 4.2: Rozdíly ve výškách počátků evropských výškových systémů v cm
Obr. 4.3: Integrovaná měření u mereografu
Obr. 4.4: Schéma určení nulové výšky na Molo Sartoriu
Obr. 4.5 : Mareograf
Obr. 4.6 : Současná výškoměrná stanice na Molo Sartoriu v Terstu
Obr. 4.7: „Důkaz“ nulové výšky výškového bodu na Molo Sartorio
Obr. 4.8: Změny střední výšky mořské hladiny v Terstu
Obr.4.9: Mramorová značka
Obr. 4.10: Původní Normal Null
Obr. 4.11: NAP nyní
Obr. 4.12: Finský záliv
Obr.4.13: Mareograf Kronštadt
Obr. 4.14: Vývoj střední hladiny moře mareografů v Kronštadtu
Obr. 4.15: Přístav Newlyn
Obr.4.16: Newlyn – maják a mareograf
Obr.4.17: Observatoř v Marseille
Obr.4.18: Repère Pierre du Niton Ženevské jezero
Obr. 4.19: Trendy změn výšek mořské hladiny v Evropě v mm/rok
Obr.5.1: Základní nivelační bod
Obr. 5.2: Nivelační přístroj Starke-Kammerer
Obr.5.3: Bod prvního řádu R-U nivelace
Obr. 5.4: Bod druhého řádu
Obr. 5.5: Nivelační síť Rakouska – Uherska na území nově vzniklého
Československa v roce 1918
Obr. 5.6: Soupis výškových značek republiky Československé, str. 46 (r.1920)
Obr. 5.7: Československá jednotná výšková síť – západní část (1920-1938)
Obr. 5.8: Československá jednotná nivelační síť (ČSJNS) – I. řád
- 109 (111) -
Obr. 5.9: Výškové rozdíly (v mm) na území Československa za období 33 let
Obr. 5.10: Nivelační síť I. řádu ČSNS
Obr. 5.11: Česká část sítě UELN 95
Obr. 5.12: United European Levelling Network 1995 – stav 2003
Obr. 5.13: Body sítě NULRAD a DOPNUL
Obr. 5.14: Trigonometrický bod 3420/15 prostorové sítě
Obr. 5.15: Základní geodynamická síť ČR (stav v roce 1999)
Obr. 5.16: Body sítě CZEPOS
Obr. 5.17: Evropská výšková referenční síť (EUVN)
Obr. 5.18: Výškové systémy a jejich vzájemný výškový vztah (v cm)
Obr. 6.1: Nivelační údaje bodu I ZNB Lišov
Obr. 6.2: Přehled nivelačních pořadů ČSNS
Obr. 6.3: Označení nivelačních oblastí I. řádu
Obr. 6.4 : Rozdělení nivelační oblasti I. řádu na oblasti II. řádu
Obr. 6.5: Nivelační pořady III. a IV. řádu
Obr. 6.6: Jihovýchodní roh mapového listu 15-43 Ostrava v měřítku 1:50 000
Obr. 6.7-a: Roubíková značka
Obr.6.7-b: Čepová značka typ I
Obr. 6.7 -c: Čepová značka typ II
Obr. 6.7 -d: Hřebová značka starší typ III
Obr. 6.7 -e: Hřebové značky typ III a typ IV
Obr. 6.7 -f:Čepová značka typ V
Obr. 6.7 -g: Čepová značka typ VI
Obr 6.8: Schéma pomníku ZNB
Obr 6.9: Fotografie ZNB I. Lišov
Obr. 6.10: Základní nivelační body
Obr. 6.11: Schéma stabilizace zajišťovacích bodů (značek) ZNB
Obr. 6.12: Horní část hloubkové stabilizace s ochranou
Obr. 6.13: Horní část tyčové stabilizace s ochranou
Obr. 6.14: Ukázka ochrany hloubkové stabilizace skruží - bod MZ14–12.2
Obr. 6.15: Ukázka pažnice bodu HVB se třemi ochrannými tyčemi
Obr.6.16: Některá ohrožení bodů na stavbách
Obr. 6.17: Podzemní nivelační kámen
Obr. 6.18: Nivelační kámen s hřebovou nivelační značkou a OT
Obr. 6.19: Nivelační kámen s čepovou nivelační značkou
110 (111)
Závěr
Obr. 6.20: Nástěnná stabilizace – bod Kij - 8
Obr. 6.21: Místopisy nivelačních bodů – ukázka polohopisných náčrtů
Obr. 6. 22: Zákres nivelačních bodů
Obr. 6.23: Ukázka grafického rozhraní pro výběr nivelačních bodů
Obr. 6.24: Textové rozhraní
Obr. 6.25: Nivelační údaje bodu FZ7- 8t poskytnuté z internetu (DATAZ)
Tabulka 3.1: Výškové úrovně pro přístavy Nového Zélandu
Tabulka 5.1: Statistické údaje o ČSJNS
Tabulka 5.2: Rozsah prací při opakovaných nivelacích v rámci mezinárodní
spolupráce
Tabulka 5.3: Četnost jednotlivých druhů stabilizace nivelačních bodů (19731978)
Tabulka 6.1: Seznam Základních nivelačních bodů
Tabulka 6.2: Přehled o stavu ČSNS k roku 2003
Tabulka 6.3 Stupně stability nivelačních bodů
- 111 (111) -