Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Martin Kadlec, Milan Talich

1. Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický, v.v.i. Research Institute of Geodesy, Topography and Cartography Přesná transformace normálních aelipsoidálních výšekMartin Kadlec, Milan Talich Skalský dvůr 2012,

2. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Obsah prezentace: • přehledová informace o výsledcích, kterých bylo dosaženo v rámci projektu InGeoCalc (Tvorba znalostního systému pro podporu rozhodování založeného na geodatech) řešeného 2006 - 2011 v rámci Národního programu výzkumu II MŠMT. • přehledová informace o webové aplikaci pro přesnou transformaci normálních a elipsoidálních výšek Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický, v.v.i. Research Institute of Geodesy, Topography and Cartography

3. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Projekt InGeoCalc InGeoCalc = znalostní (expertní) systém pro podporu rozhodování založeného na geodatech čtyři základní úlohy: • klasifikace digitálních rastrových obrazů metodou Bayesovské klasifikace, • geometrická transformace digitálních rastrových obrazů (georeferencování) novou vlastní metodou elastické konformní transformace, • určení parametrů tíhového pole Země včetně transformace výšek (mezi elipsoidickými a normálními) s využitím nového vlastního kvazigeoidu, • analýza deformací nástroji strain analysis s určením charakteristik přesnosti výsledných polí tenzorů deformací. http://www.vugtk.cz/ingeocalc/

4. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Klasifikace digitálních rastrových obrazů Cílem této úlohy bylo vytvořit technologický postup pro klasifikaci rastrových obrazů pomocí bayesovského přístupu a jeho realizací ve formě webové aplikace tak umožnit prakticky komukoliv klasifikovat rastry bez nutnosti speciálního software.

5. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Klasifikace digitálních rastrových obrazůpůvodní snímek s trénovacími množinami Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický, v.v.i. Research Institute of Geodesy, Topography and Cartography

6. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Klasifikace digitálních rastrových obrazůvýsledek klasifikace Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický, v.v.i. Research Institute of Geodesy, Topography and Cartography

7. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Elastická konformní transformace Cílem této úlohy bylo vytvořit technologický postup pro vlícování rastrových obrazů a realizovat jej formou webové aplikace, která by tuto technologii zpřístupnila široké odborné veřejnosti na Internetu. Výsledkem teoretického výzkumu je elastická konformní transformace, která minimalizuje polohové odchylky na vlícovacích bodech a přitom optimalizuje míru elasticity. Výhody: • optimální snížení polohových odchylek na vlícovacích bodech, které nezpůsobuje výrazné zdeformování souřadnicové sítě • robustnost vůči nerovnoměrnému rozložení vlícovacích bodů • zachování konformity i při nelineárním zdeformování souřadnicové sítě • možnost určit přesnost transformace v libovolném bodě

8. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Elastická konformní transformace rastrových obrazůpříklad transformace katastrální mapy na letecký snímek včetně izolinií přesnosti

9. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Elastická konformní transformace rastrových obrazůpříklad transformace mapových listů na známé souřadnice jejich rohů (georeferencování)

10. Určení parametrů tíhového pole Země včetně transformace výšek Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Dva cíle: • Vytvořit technologii umožňující jednoduchou ale zároveň velmi přesnou transformaci výšek mezi geometrickými výškami a fyzikálními výškami • Vytvořit technologii zprostředkovávající základní informace o tíhovém poli na území ČR Byly sestaveny dva nové modely kvazigeoidu: • geometrický = založen pouze na interpolaci mezi body GPS/nivelace • klasický gravimetrický model založený na tíhových datech, a to jak z globálního modelu EGM08, tak z terestrických gravimetrických měření (následně kalibrován na bodech GPS/nivelace) Pro výpočet parametrů tíhového pole Země z globálního modelu implementován postup generování Legendreových funkcí založený na metodě numerického škálování odvozené O.Nesvatbou 10

11. Určení parametrů tíhového pole Země včetně transformace výšek Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Realizace technologií webovými aplikacemi Transformace výšek pomocí modelů: • geometrický • kalibrovaný gravimetrický kvazigeoid • nekalibrovaný gravimetrický kvazigeoid • kvazigeoid vypočtený pouze z globálního modelu EGM08 Parametry tíhového pole Země jsou počítány z EGM08. Mapová aplikace pro vizualizaci dat. Přesnost transformace výšek byla odhadnuta pomocí směrodatné odchylky na 1024 bodech výběrové údržby = 29 mm. Přesnost výpočtu parametrů tíhového pole Země byla testována srovnáním s obdobnými programy Synth a GravSoft, shodné nejméně na 5 platných cifer => spočítány s maximální přesností, kterou umožňuje model EGM08. 11

12. Určení parametrů tíhového pole Země včetně transformace výšek Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek 12

13. Určení parametrů tíhového pole Země včetně transformace výšek Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek 13

14. Analýza deformací nástroji strain analysis Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Cílem této úlohy bylo vytvořit technologický postup pro analýzu deformací z opakovaných geodetických měření dle teorie mechaniky kontinua Vytvořena nová metodika výpočtu: • vytvoření spojitého modelu pole posunů pomocí aproximace vektorů posunů mezi měřenými body (TPS nebo kolokace), • výpočet tenzorového pole přímo podle definice tenzoru napětí, tj. pomocí gradientů spojitého modelu pole posunů Odhad přesnosti výsledných tenzorů deformací dvěma způsoby: analyticky nebo simulací Monte Carlo Možnost určení hodnoty tenzoru deformace v libovolném bodě Realizace technologie webovou aplikací s pokročilým ovládáním, více možností vizualizací. 14

15. Analýza deformací nástroji strain analysisvstupní data Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek 15 Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický, v.v.i. Research Institute of Geodesy, Topography and Cartography

16. Analýza deformací nástroji strain analysisplocha úplné dilatace Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek 16 Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický, v.v.i. Research Institute of Geodesy, Topography and Cartography

17. Analýza deformací nástroji strain analysismodelování hlavních toků Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek 17 Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický, v.v.i. Research Institute of Geodesy, Topography and Cartography

18. Příklad 1 - transformace výšky jednoho bodu Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek • Zvolen zhušťovací bod 227 “U Celnice” ve Zdibech. 18

19. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Postup Vstup do aplikace (nutná registrace)

20. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Postup • Zadání názvu • Volba aplikace hTrans

21. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Postup Volba modelu kvazigeoidu

22. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Postup • Volba směru transformace • Zadání vstupních souřadnic (šířka, délka, výška)Šířka a délka stačí s přesností na desítky vteřin, protože transformační kvazigeoid má rozlišení 30’’ x 30’’Oddělovač desetinných míst musí být tečka!

23. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Postup • Stažení výsledku

24. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Výsledek • Textový soubor oddělený mezerami: • Nadmořská výška podle Geodetických údajů bodu: 300,43 m

25. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Příklad 2 – více bodů • Souřadnice bodů uložené v textovém souboru • Formát popsán na stránce “Formát vstupních dat” • Vzorový soubor je možné stáhnout ze stránky „Příklady“

26. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Příklad 2 – vstupní soubor

27. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Příklad 2 – vstupní dialog

28. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Příklad 2 – výstupní soubor

29. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Příklad 3 - Shapefile • Aplikace umožňuje transformovat také shapefile obsahující libovolné množství bodů. • Shapefile se skládá z více souborů, které je nutné zadat v okně aplikace. • Souřadnicový systém souřadnic X, Y může být v tomto případě libovolný může být v tomto případě libovolný (S-JTSK, S-42) a je určen souborem PRJ • Je nutné zadat existující atribut v němž je uložená výška k transformaci a nový atribut, do nějž budou zapsány transformované výšky • Výstupem je opět shapefile.

30. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Správa projektů • Všechny transformace provedené uživatelem jsou uloženy na serveru

31. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Vizualizace výsledků • Jednoduchá mapová aplikace umožňuje přehled výsledků:

32. Přesná transformace normálních a elipsoidálních výšek Děkuji za pozornost http://www.vugtk.cz/ingeocalc/ Výzkumný ústav geodetický, topografický a kartografický, v.v.i. Research Institute of Geodesy, Topography and Cartography