CZ303618B6

CZ303618B6 - Zpusob sledování vertikálních posunu terénu, zejména na výsypkách a skládkách

Info

Publication number: CZ303618B6
Application number: CZ20120056A
Authority: CZ
Inventors: Chamout@Lubomír
Original assignee: Ceská zemedelská univerzita v Praze
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2013-01-09
Also published as: CZ201256A3

Abstract

Po pruzkumu terénu výsypky nebo skládky se nejdríve vytvorí stabilizovaný polygonový porad, který vychází z pozorovacího bodu o známé a stabilní nadmorské výsce mimo merenou výsypku nebo skládku a dalsí pozorované body jsou na merené výsypce nebo skládce. Polygonový porad je zakoncen na jiném pozorovacím bode, který tvorí zejména zulový mezník, o známé a stabilní nadmorské výsce mimo merenou výsypku nebo skládku. Poté se geodetickou totální stanicí provede nulová etapa merení, pri které se zmerí vodorovné úhly a vodorovné délky a prevýsení u celého polygonového poradu. Získané údaje se zaznamenají, nacez se provede výpocet polohy jednotlivých pozorovaných bodu a jejich nadmorské výsky metodou trigonometrické nivelace. V urcených casových intervalech se provede opakované sledování vertikálních posunu pozorovaných bodu. Nedojde-li k poskození nebo znicení nekterých pozorovaných bodu, postací merit geodetickou totální stanicí pouze prevýsení a vodorovné délky, z nichz se výpoctem urcí aktuální nadmorské výsky pozorovaných bodu, kdy pocet etap merení a interval mezi nimi se urcí podle velikosti zjistených vertikálních posunu výsypky nebo skládky. Pokud pred dalsím merením dojde k poskození i jen jednoho pozorovaného bodu, je nezbytné udelat celé základní zamerení vsech pozorovaných bodu.

Description

Způsob sledování vertikálních posunů terénu, zejména na výsypkách a skládkách

Oblast techniky

Řešení se týká technologického postupu, který umožní opakované geodetické sledování vertikálních posunů v oblastech výsypek pomocí původcem ověřené modifikované geodetické metody trigonometrické nivelace.

io

Dosavadní stav techniky

Původci není známo, že by bylo prováděno sledování vertikálních posunů výsypek (vzniklých přesuny velkého množství zeminy při povrchové těžbě hnědého uhlí) terestrickými geodetickými metodami v rozsahu zahrnujícím celý profil výsypky. Obecně se vertikální posuny sledovaných objektů provádí metodou přesné nebo velmi přesné nivelace za použití přesných nivelačních přístrojů. Totéž se týká i měření skládek. Tyto metody vykazují vysokou přesnost (0,01 m resp. 0,0001 m), která je ale u sledování vertikálních posunů výsypek zbytečně vysoká. Časová náročnost vertikálního sledování posunů metodou přesné nebo velmi přesné nivelace je, při zpravidla velkém rozsahu výsypky (i několik kilometrů), s převýšením mnoha desítek metrů, zbytečná. Stejně tak obtížný pohyb po tělese výsypky (bořící se a blátivý terén) ztěžuje dosažení kvalitních výsledků u obou zmíněných metod.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob sledování vertikálních posunů terénu, zejména na výsypkách a skládkách, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že po průzkumu terénu výsypky nebo skládky se nejdříve vytvoří stabilizovaný polygonový pořad, který vychází z pozorovacího bodu o známé a stabilní nadmořské výšce mimo měřenou výsypku nebo skládku, a další pozorované body jsou na měřené výsypce nebo skládce, přičemž polygonový pořad je zakončen na jiném pozorovacím bodě, který tvoří zejména žulový mezník, o známé a stabilní nadmořské výšce mimo měřenou výsypku nebo skládku. Poté se geodetickou totální stanicí provede nultá etapa měření, při které se změří vodorovné úhly a vodorovné délky a převýšení u celého polygonového pořadu, získané údaje se zaznamenají, načež se provede výpočet polohy jednotlivých pozorovaných bodů a jejich nadmořské vvšLy mptndnn trifxnnnmetrické nivelace. V určených Časových intervalech se provede opakované sledování vertikálních posunů pozorovaných bodů, postačí měřit geodetickou totální stanicí pouze převýšení a vodorovné délky, z nichž se výpočtem určí aktuální nadmořské výšky pozorovaných bodů, kdy počet etap měření a interval mezi nimi se určí podle velikosti zjištěných vertikálních posunů výsypky nebo skládky. Pokud před dalším měřením dojde k poškození i jen jednoho pozorovaného bodu, je nezbytné udělat celé základní zaměření všech pozorovaných bodů.

Způsob podle vynálezu je charakterizován tím, že u opakovaného měření při poškození i jen jediného pozorovaného bodu se opět změří vodorovné úhly, vodorovné délky a převýšení v místě náhradního pozorovaného bodu polygonového pořadu a výpočty se určí jeho nová poloha i nadmořská výška, přičemž označení nového, náhradního pozorovaného bodu, bude vycházet z původního označení pozorovaného bodu s jedničkou za desetinnou tečkou.

Způsob podle vynálezu je dále charakterizován tím, že polygonový pořad je tvořen soustavou pevných pozorovaných bodů, které tvoří silnostěnná železná trubka o minimální délce 0,5 m, která je zaražena do úrovně terénu, obetonována do hloubky 0,3 m směsí opraných kamenů a betonu a označena červenou reflexní barvou a pro snadnější nalezení pevného bodu je ve vzdálenosti 0,3 m od trubky zatlučen dřevěný kolík s číslem příslušného pozorovaného bodu, který je shora též označený červenou reflexní barvou. Případně se do vzdálenosti 0,75 m od trubky ještě umístí

- 1 CZ 303618 B6 ochranný tyčový znak, skládající se z dvoumetrové železné červenobílé tyče v betonové patce, přičemž na horním konci trubky je smaltovaná výstražná tabulka, kdy ochranný tyčový znak se umisťuje v počtu jednoho až tří kusů v závislosti na velikosti ohrožení pozorovaného bodu.

Způsob podle vynálezu je také charakterizován tím, že vlastní zaměření polygonového pořadu se provádí geodetickou totální stanicí, kdy vodorovné úhly se změří metodou v řadách a skupinách, vodorovné délky a převýšení se změří v obou polohách dalekohledu vždy tam a zpět, přičemž výsledkem je aritmetický průměr z naměřených veličin.

Způsob podle vynálezu je též charakterizován tím, že pro zpřesnění stabilizace pozorovaných bodů z výškového hlediska jsou na obetonované trubky při měření důsledně kladena pevná kalibrovaná plochá tělesa, která se použijí i při přesné centraci geodetické totální stanice.

Způsob podle vynálezu je dále charakterizován tím, že se získané údaje zaznamenají do Zápisní15 ku délek a převýšení.

Způsob podle vynálezu je ještě charakterizován tím, že se výpočet trigonometrické nivelace provede do speciálního formuláře pro výpočet trigonometrické nivelace.

Podstatou vynálezu je použití jiné terestrické geodetické metody, která by byla vhodná právě pro opakované sledování vertikálních posunů v profilu celé výsypky. Touto metodou je modifikovaná metoda trigonometrická nivelace.

Základním předpokladem pro užití této metody je moderní elektronický měrický přístroj - geo25 detická totální stanice (GTS). Tento přístroj umožňuje měřit vodorovné a svislé úhly a šikmé délky. GTS umožňuje provádět s naměřenými hodnotami různé matematické operace a zároveň registrovat naměřené informace do vnitřní paměti GTS. Pro změření šikmé délky se zpravidla používá světelného fázového dálkoměru.

Druhým předpokladem pro použití této metody je dodržení požadované přesnosti sledování vertikálních posunů na výsypkách IO“² m. Tato podmínka byla vyřešena úpravou metody trigonometrické nivelace a prozkoušení této metodiky při určování nadmořských výšek bodů kombinované měřické sítě na mnohých měřických sítích a to původcem i studenty České zemědělské univerzity v Praze v rámci bakalářských a ročníkových prací.

Na výsypkách, které vznikly přesunem velkého množství zeminy při povrchové těžbě hnědého uhlí, při minimálním nebo žádném hutnění navezeného materiálu, lze předpokládat, že bude docházet k jejich vertikálním poklesům. Vzhledem k možné budoucí výstavbě na rekultivovaných výsypkách je třeba zjistit, jak se z výškového hlediska chová terén výsypky vzhledem ke stabil40 nímu okolí mimo ní v návaznosti na časový interval sledování vertikálních posunů.

Jednou z možností, jak lze zjistit předpokládané poklesy terénu výsypky, je vytvoření polygonového pořadu, který bude vycházet z pozorovacího bodu o známé a stabilní nadmořské výšce umístěného mimo výsypku. Dalšími body budou body pozorované na výsypce. Polygonový pořad bude zakončen na pozorovacím bodě o známé a stabilní nadmořské výšce umístěném mimo výsypku. Pro pozorování vertikálních posunů výsypky bude sloužit určování nadmořských výšek jednotlivých pozorovaných bodů zapojených do polygonového pořadu v určených časových intervalech. Tím se získá souvislá řada pozorování, která jednoznačně prokáže velikost a časovou posloupnost vertikálních posunů.

Rekognoskace terénu výsypky, volba a stabilizace pozorovaných bodů, musí předcházet vlastnímu geodetickému měření. Při rekognoskaci terénu výsypky je třeba zvolit umístění pozorovaných bodů polygonového pořadu tak, aby mezi sousedními body byla přímá viditelnost a nedošlo v následujících letech k jejich zničení či poškození při budoucí rekultivaci výsypky. S výhodou lze použít umístění v bezprostřední blízkosti osamělých stromů. Vodorovné vzdálenosti mezi jed-2CZ 303618 B6 notlivými pozorovanými body se mohou pohybovat od 50 m do 1 km. Vhodné je také umisťovat pozorované body do různě starých částí výsypky.

Za vhodnou, finančně nenáročnou, stabilizaci pozorovaných bodů, se jeví silnostěnná železná trubka o min. 0,5 m délky, která je zaražena do úrovně terénu, obetonována do hloubky 0,3 m směsí opraných kamenů a betonu a označena červenou reflexní barvou. Pro snadnější nalezení je vhodné ve vzdálenosti 0,3 m od trubky zatlouci dřevěný kolík s číslem příslušného pozorovaného bodu, který je shora též označený červenou reflexní barvou (víz Obr. 1). V případě, že je nutno umístit pozorovaný bod do místa, kde je vysoce pravděpodobné, že bude v budoucnu poškozen io nebo zničen, je třeba do vzdálenosti 0,75 m umístit ochranný tyčový znak (OTZ). Podle charakteru ohrožení pozorovaného bodu od jednoho do tří kusů OTZ. Ochranným tyčovým znakem rozumíme dvoumetrovou železnou červenobílou tyč v betonové patce, na jejímž horním konci je umístěna smaltovaná výstražná tabulka.

Vlastní zaměření polygonového pořadu, který napříč výsypkou propojuje pozorovací bod mimo výsypku přes pozorované body na výsypce k pozorovacímu bodu opět mimo výsypku, provedeme geodetickou totální stanicí. Vodorovné úhly změříme metodou v řadách a skupinách. Pro zpřesnění měření je třeba použít dvě skupiny. Vodorovné délky a převýšení je nutno měřit v obou polohách dalekohledu vždy tam a zpět. Výsledkem bude aritmetický průměr z naměřených veli20 čin. Při výpočtu polohových souřadnic y, x bodů polygonového pořadu je třeba splnit kritérium pro hlavní polygonový pořad podle rovnice

Δρ = 0,01 lx^£s +0,12 [m], kde Σε je součet všech stran v polygonovém pořadu.

Nadmořské výšky všech pozorovaných bodů určíme metodou trigonometrické nivelace se zpřísněným kritériem podle rovnice

Δ_ρ = 2.10“⁵xVr [km], kde rje délka výškového pořadu.

Pro zpřesnění stabilizace pozorovaných bodů z výškového hlediska byla na obetonované trubky a žulové mezníky pri měření důsledné kladena pevná kalibrovaná plochá tělesa (viz. Obr. 2), zejména mince o hodnotě 10 Kč. Mince 10 Kč se osvědčily i pri přesné centraci geodetické totální stanice.

Dalším vylepšením při měření bylo využití kontrastního červenobílého terče umístěného za kou40 tový hranol (viz Obr. 3), který je chráněn českým užitným vzorem UV 21632 „Pomůcka pro geodetická měření“. Bez této pomůcky by byla téměř nemožná kvalitní výšková měření na vzdálenosti přesahující 500 m.

V některých případech, kdy je během opakovaných etap měření znemožněna přímá viditelnost mezi sousedními pozorovanými body, je vhodné použít jiný český užitný vzor UV 22974 „Pomůcka pro geodetická měření“. Jedná se o tyč z lehkého kovového materiálu o čisté délce I metr, která se přišroubuje na teleskopickou výtyčku užívanou pod odrazné koutové hranoly při elektronickém měření délek pomocí geodetické totální stanice. Zvýší se tak o metr (při použití dvou tyčí o dva metry) poloha odrazného koutového hranolu nad terénem. Tyč je po 0,2 m úsecích pro lepší viditelnost červenobíle zbarvená.

Měření vodorovných úhluje třeba provádět pouze u počáteční nulté etapy sledování vertikálních posunů. U následných etap postačí, v případě, že nejsou některé pozorované body zničeny, změřit pouze výškový polygonový pořad a lze tedy měřit pouze vzdálenosti a převýšení.

- J CZ 303618 B6

Převýšení musí být u všech etap měřeno co nejkvalitněji a je proto třeba dodržet následující podmínky:

1) převýšení určovat pomocí totální stanice,

2) výchozí a koncový bod výškového pořadu musí mít ověřenou nadmořskou výšku a být umístěn mimo oblast výsypky,

3) převýšení měřit zásadně tam a zpět (platí průměr absolutních hodnot doplněný znaménkem příslušným ve směru výškového pořadu),

4) mezi měřením převýšení tam a zpět by měl uplynout minimální čas,

5) výšku totální stanice nad bodem měřit s přesností na 0,001 m komparovaným svinovacím dvou metrem,

6) výšku koutového hranolu nastavovat s přesností na 0,001 m pomocí komparovaného svinovacího dvoumetru,

7) teleskopickou tyč s koutovým hranolem umístit při měření převýšení do stojánku na výtyčky do svislé polohy pomocí krabicové libely,

8) do výpočtů zavádět opravu převýšení ze zakřivení Země (pokud není oprava automaticky zaváděna geodetickou totální stanicí) podle rovnice q = D²/2R, kde D je vodorovná vzdálenost, R = 6 380 000 m,

9) po splnění nerovnosti o_h < je možné provést opravy jednotlivých převýšení ve výškovém pořadu přímo úměrně vodorovným vzdálenostem mezi jednotlivými body (čím větší vzdálenost D, tím větší oprava v), musí platit rovnice Σν = Oh.

A_h = 2.1(rWr [km], kde rje délka výškového pořadu.

Pro měření vodorovných délek a převýšení byl vytvořen Zápisník délek a převýšení měřených GTS (viz Obr. 4), pro výpočet trigonometrické nivelace byl vytvořen formulář (viz Obr. 5 až 7).

Přehled obrázků na výkresech

Na přiložených výkresech je na Obr. 1 fotografie stabilizace pozorovaných bodů silnostěnnou železnou trubkou o min. délce 0,5 m, kteráje zaražena do úrovně terénu, obetonována do hloubky 0,3 m směsí opraných kamenů a betonu a označena červenou reflexní barvou. Pro snadnější nalezení je ve vzdálenosti 0,3 m od trubky zatlučen dřevěný kolík s číslem příslušného pozorovaného bodu, který je shora též označený červenou reflexní barvou, na Obr. 2 je přiložena fotografie mince o hodnotě 10 KČ umístěné na stabilizovaný pozorovaný bod, na Obr. 3 je přiložena fotografie využití kontrastního červenobílého terče umístěného za koutový hranol. Obr. 4 představuje vzorově vyplněný Zápisník délek a převýšení měřených GTS a Obr. 5 až 7 tvoří vyplněné formuláře pro výpočet trigonometrické nivelace pro nultou, první a druhou etapu.

Následující příklad provedení vynález pouze dokládá, aniž by ho jakkoliv omezoval.

-4CZ 303618 B6

Příklady provedení

Příklad 1

Způsob podle vynálezu byl ověřen při sledování vertikálních posunů na Radovesícké výsypce v severních Čechách, v létech 2010 až 2011.

Nultá etapa sledování vertikálních posunů na uvedené výsypce proběhla v srpnu a září 2010, kdy byla provedena stabilizace pozorovacích bodů a zaměření výškového polygonového pořadu. Bylo vytvořeno 23 pozorovaných bodů, z toho 21 v prostoru výsypky, jejichž stabilizace odpovídala způsobu podle vynálezu. Pozorovací body byly dva mimo oblast výsypky. Jeden na jedné straně výsypky, druhý na straně opačné. Jednalo se o body stávajícího státního polohového bodového pole stabilizované žulovými mezníky, jejichž nadmořská výška byla určena s přesností na 10 ² m nivě lační metodou v roce 2003, resp. 2008 KÚ Liberec. Tato uvedená nadmořská výška byla vlastním nivelaěním měřením zpřesněna na 10^-3 m od nejbližších státních výškových bodů a zároveň tím byla ověřena jejich dlouhodobá výšková stabilita. Vytvořený výškový polygonový porad, o délce 7780 m s převýšením 191 m, splnil požadované výškové kritérium (viz výše). Výsledky jsou zaznamenány na vyplněném formuláři na Obr. 5.

První etapa sledování vertikálních posunů na uvedené výsypce proběhla během dubna 2011.

Druhá etapa sledování vertikálních posunů na uvedené výsypce proběhla během října 2011.

Při opakovaném přeměření výškového polygonového pořadu v první i ve druhé etapě sledování vertikálních posunů bylo opět splněno požadované výškové kritérium (viz výše). Výsledky jsou zaznamenány na vyplněném formuláři na Obr. 6 až 7.

V přiložené Tabulce 1 jsou zaznamenány skutečně naměřené výškové rozdíly.

Z dosud uskutečněných měření je patrné, že při dodržení všech bodů způsobu podle vynálezu pro sledování vertikálních posunů na výsypkách metodu trigonometrické nivě láce je možné ji bez problémů používat, protože je velmi jednoduchá, rychlá a přesná.

Průmyslová využitelnost

Nový způsob sledování vertikálních posunů terénu podstatně zrychluje a zjednodušuje práci při sledování vertikálních posunů na výsypkách nebo skládkách oproti tradičnímu sledování vertikálních posunů metodou přesné nivelace, která by v některých místech ještě nerekultivovaných částech výsypek nebo skládek byla prakticky nerealizovatelná.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob sledování vertikálních posunů terénu, zejména na výsypkách a skládkách, v y 5 značující se tím, že po průzkumu terénu výsypky nebo skládky se nejdříve vytvoří stabilizovaný polygonový pořad, který vychází z pozorovacího bodu, který tvoří zejména žulový mezník, o známé a stabilní nadmořské výšce mimo měřenou výsypku nebo skládku, a další pozorované body jsou na měřené výsypce nebo skládce, přičemž polygonový pořad je zakončen na jiném pozorovacím bodě, který tvoří zejména žulový mezník, o známé a stabilní nadmořské výŠio ce mimo měřenou výsypku nebo skládku, poté se geodetickou totální stanicí provede nulová etapa měření, při které se změří vodorovné úhly a vodorovné délky a převýšení u celého polygonového pořadu, získané údaje se zaznamenají, naěež se provede výpočet polohy jednotlivých pozorovaných bodů ajejich nadmořské výšky metodou trigonometrické nivelace, přičemž v určených časových intervalech se provede opakované sledování vertikálních posunů pozorovaných bodů

15 anedojde-li k poškození nebo zničení některých pozorovaných bodů, postačí měřit geodetickou totální stanicí pouze převýšení a vodorovné délky, z nichž se výpočtem určí aktuální nadmořské výšky pozorovaných bodů, kdy počet etap měření a interval mezi nimi se určí podle velikosti zjištěných vertikálních posunů výsypky nebo skládky, pokud před dalším měřením dojde k poškození i jen jednoho pozorovaného bodu, je nezbytné udělat celé základní zaměření všech pozo20 rováných bodů.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, žeu opakovaného měření při poškození i jen jediného pozorovaného bodu se opět změří vodorovné úhly, vodorovné délky a převýšení v místě náhradního pozorovaného bodu polygonového pořadu a výpočty se určí jeho nová

25 poloha i nadmořská výška, přičemž označení nového, náhradního pozorovaného bodu, bude vycházet z původního označení pozorovaného bodu s jedničkou za desetinnou tečkou.
3. Způsob podle nároků la2, vyznačující se tím, že polygonový pořad je tvořen soustavou pevných pozorovaných bodů, které tvoří silnostěnná železná trubka o minimální délce

30 0,5 m, kteráje zaražena do úrovně terénu, obetonována do hloubky 0,3 m směsí opraných kamenů a betonu a označena červenou reflexní barvou a pro snadnější nalezení pevného bodu je ve vzdálenosti 0,3 m od trubky zatlučen dřevěný kolík s číslem příslušného pozorovaného bodu, který je shora též označený červenou reflexní barvou, případně se do vzdálenosti 0,75 m od trubky ještě umístí ochranný tyčový znak, skládající se z dvoumetrové železné červenobílé tyče v beto35 nové patce, přičemž na horním konci trubky je smaltovaná výstražná tabulka, kdy ochranný tyčový znak se umisťuje v počtu jednoho až tří kusů v závislosti na velikosti ohrožení pozorovaného bodu.
4. Způsob podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že vlastní zaměření polygon o40 vého pořadu se provádí geodetickou totální stanicí, kdy vodorovné úhly se změří metodou v řadách a skupinách, vodorovné délky a převýšení se změří v obou polohách dalekohledu vždy tam a zpět, přičemž výsledkem je aritmetický průměr z naměřených veličin.
5. Způsob podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že pro zpřesnění stabilizace

45 pozorovaných bodů z výškového hlediska jsou na obetonované trubky a žulové mezníky při měření důsledně kladena pevná kalibrovaná plochá tělesa, která se použijí i při přesné centraci geodetické totální stanice.
6. Způsob podle nároků 1 až 5, v y z n a č u j í c í se tím, že se získané údaje zaznamenají

50 do Zápisníku délek a převýšení.
7. Způsob podle nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že se výpočet trigonometrické nivelace provede do formuláře pro výpočet trigonometrické nivelace.

55 8 výkresů