Historia wysokościowej osnowy geodezyjnej w Polsce
Historia wysokościowej osnowy geodezyjnej w Polsce – zarys historii powstania geodezyjnej osnowy wysokościowej – sieci punktów (reperów) o ustalonych rzędnych wysokościowych względem poziomu morza.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4f/Geometria_to_jest_miernicka_nauka_1566.png/250px-Geometria_to_jest_miernicka_nauka_1566.png)
Pierwsze wzmianki o wykonywaniu pomiarów wysokościowych na terenie Polski znajdują się w dziele Stanisława Grzepskiego „Geometria to jest miernicka nauka” z 1566 r. Jako pierwszy, król Stanisław August Poniatowski, tworząc Korpus Topografów, polecił przeprowadzenie niwelacji w Polsce. Pierwsze sieci wysokościowe, które na owe czasy można nazwać sieciami niwelacji precyzyjnej, zaczęły powstawać na ziemiach polskich w latach 70. XIX wieku. Był to okres rozbiorów Polski. Niwelację na terenach poszczególnych zaborów wykonywano różnymi instrumentami i metodami, przyjmując różne poziomy odniesienia. Z sieci pruskiej wiele znaków wysokościowych włączonych było potem do pomiaru kolejnych sieci polskich. Punkty dawnej sieci austriackiej i rosyjskiej w obecnych granicach Polski znajdują się w bardzo niewielkiej liczbie.
Pod zaborami
Zabór austriacki
Niwelację przeprowadzono w latach 1873–1895. Punkty I rzędu stabilizowano przeważnie znakami wysokościowymi w formie reperów tabliczkowych, z napisem „Hohen Marke” osadzanymi w trwałych budowlach lub w specjalnych słupach kamiennych. Poziomem punktu wysokościowego był poziom osi otworu w reperze tabliczkowym. Pomiar wykonywano niwelatorami Stampferta oraz drewnianymi łatami rewersyjnymi z jednakowym podziałem po obu stronach, przesuniętych względem siebie o stałą wartość. Niwelację wykonywano metodą pomiaru ze środka, przy maksymalnej długości celowej 60 m. Obserwacje dokonywano w dwu położeniach lunety. Za poziom odniesienia przyjęto średni poziom Morza Adriatyckiego, do którego odniesiono wysokość punktu nawiązania, którym był reper wodowskazu na molo Sartorio w Trieście. Wysokość tego reperu określono jako 3,352 m. Późniejsze wyznaczenia średniego poziomu morza wykazały, że przyjęta wartość była za duża o ok. 9 cm. Błąd średni pomiarów niwelacji precyzyjnej obliczony z różnic dwukrotnej niwelacji, wynosił od ± 2,5 do ± 3mm/km.
Zabór pruski
Sieć niwelacyjna na obszarze byłego zaboru pruskiego zaczęła powstawać od ok. 1871 r. jako fragment tzw. pruskiej krajowej niwelacji. Zasadniczy szkielet tej sieci, jako sieci niwelacyjnej I rzędu, powstał w latach 1868–1894 i obejmował ogółem ok. 16 500 km w tym na obszarze Ziem Odzyskanych ok. 5000 km. Linie sieci miały przeciętną długość ok. 60 km. Przebiegały głównie wzdłuż dróg, tworzyły poligony o przeciętnej długości 300 km. Odcinki między sąsiednimi znakami wysokościowymi na początku miały długość ok. 2 km, potem zostały zagęszczone.
- Stabilizacja
- repery I rzędu, osadzone wzdłuż linii przeciętnie co ok. 8–10 km, w ścianach fundamentalnych budowli, na wysokości ok. 1 m,
- znaki ścienne, mniejsze repery ścienne II rzędu, osadzone w podobny sposób jak poprzednie, przeciętnie wzdłuż linii co ok. 5 km,
- bolce numerowane, osadzone co ok. 2 km jako znaki naziemne w słupach granitowych. Głębokość osadzenia słupa ok. 65 cm.
- Pomiar
Pomiar wykonywano niwelatorami firmy Bamberg a później Hildebrandt. Stosowano drewniane łaty z podziałem półcentymetrowym i podwójnym opisem. Długość łaty była okresowo kontrolowana. Łaty stawiane były początkowo na klinach, a w późniejszym okresie na żabkach. Niwelację wykonywano metodą pomiaru ze środka o długości celowej do 50 m. Od 1881 roku zaczęto wprowadzać poprawki ortometryczne normalne. Najwcześniej stosowanym poziomem wyjściowym było zero wodowskazu w Gdańsku – Nowym Porcie (Neufahrwasser). Od 1878 r. za poziom odniesienia dla całej sieci pruskiej przyjmowany był poziom punktu wyjściowego /Normal-Hohenpunkt/, którym była kreska na słupie w obserwatorium astronomicznego w Berlinie, przyjęta – z pomiaru nawiązującego – jako 37,00 m ponad tzw. Normal-Null, tj. 37 m ponad poziomem zera wodowskazu w Amsterdamie. Po 1900 r. pomiary sieci były poszczególnymi fragmentami ponawiane, jednak dowiązywano je do wysokości punktów z wcześniejszych pomiarów. Wszystkie te wysokości nosiły miano wysokości w tzw. „starym systemie”. Dla wysokości w „nowym systemie” sieć oparta była o nowy punkt wyjściowy Hoppegarten koło Berlina i składała się z linii nowo pomierzonych.
Zabór rosyjski
Niwelację przeprowadzono w latach 1873–1893 przez Korpus Wojskowych Topografów, a następnie przez Oddział Wojskowo-Topograficzny Sztabu Głównego.
- Stabilizacja
Znaki wysokościowe I rzędu były to trzpienie z tarczą żelazną z napisem „Niwielirowka Gł. Szt.” z numerem znaku i rokiem wykonania pomiaru. Oś otworu w środku tarczy stanowiła poziom znaku. Występowały one w odstępach 25–50 km, na liniach niwelacyjnych biegnących z reguły wzdłuż linii kolejowych.
- Pomiar
Od 1881 r. pomiar wykonywano niwelatorami WTO-I z wykorzystaniem drewnianych łat rewersyjnych. Pomiar wykonywano „tam” i „z powrotem” przy maksymalnej długości celowej do 85 m. Uzyskiwano błąd średni pomiaru ± 4–4,5 mm/km.
Od 1883 r. pomiar wykonywano niwelatorami WTO-II. Z pomiarów uzyskiwano błąd średni przypadkowy ok. ± 2–3 mm/km i systematyczny ok. ± 0,5 mm/km. Wyrównanie sieci z pomiarów w latach 1871–1893 dało błąd średni ± 3 mm/km. Poziomem odniesienia dla niwelacji w pierwszych jej latach był poziom zera łaty wodowskazowej w Kronsztadzie. Wysokości wyrównanej sieci, z lat 1871–1893, odniesione zostały do poziomu Bałtycko-Czarnomorskiego, tj. opartego o średnie poziomy obu tych mórz.
Lata 1926–1937
Z chwilą utworzenia w 1923 r. przy Wydziale Miernictwa Ministerstwa Robót Publicznych – Biura Triangulacyjnego, zostały zapoczątkowane podstawowe pomiary kraju. Jednym z oddziałów tego Biura był Oddział Niwelacyjny. Po zniesieniu Ministerstwa Robót Publicznych w 1932 r., odnośne prace kontynuowało Biuro Pomiarowe Ministerstwa Komunikacji. W oparciu o instrukcję techniczną wydaną przez to biuro powstała sieć niwelacyjna I rzędu pomierzona w latach 1926–1937.
- Stabilizacja
W sieci tej stosowano głównie trzy typy znaków:
- repery tabliczkowe,
- bolce,
- kamienie niwelacyjne.
Dla sieci tej założono 7 punktów tzw. podstawowych, w miejscach pewnych pod względem geologicznym. Były to punkty:
- w Barczy pod Kielcami,
- w Brześciu nad Bugiem,
- w Borowej Górze koło Warszawy,
- w Tomaszgrodzie koło Sarn,
- w Druji,
- w Wilkowie koło Inowrocławia,
- w okolicy Trembowli.
- Nawiązanie do mareografu i do sieci państw sąsiednich
Sieć nawiązano do nowo założonej w 1931 roku stacji mareograficznej w Gdyni. Powiązano ją z sieciami kilku państw sąsiednich:
- z Czechosłowacją 11 odcinkami granicznymi w 1931 r.
- z Łotwą 2 odcinkami w 1934 r.
- z Niemcami 5 odcinkami w 1937 r.
- z Rumunią.
- Pomiar
Pomiar wykonywano niwelatorami precyzyjnymi firmy Zeiss typ III oraz łaty 3 metrowe z dwoma podziałami półcentymetrowymi naniesionymi na taśmę inwarową, przesuniętymi względem siebie o 2,5 cm. Przed pomiarem instrumenty i łaty były rektyfikowane, a same łaty, przed i po sezonie, były komparowane w Głównym Urzędzie Miar, Ministerstwa Przemysłu i Handlu. Niwelację wykonywano metodą pomiaru ze środka, przy długości celowej do 50 m. Łaty stawiane były na żabkach. Do wyników pomiarów wprowadzano poprawki z komparacji łat oraz poprawki ortometryczne normalne.
Za poziom odniesienia przyjęto poziom tzw. Normal-Null tj. poziom Morza Północnego w Amsterdamie, wzięto bowiem za poziom wyjściowy wysokość reperu I rzędu dawnej pruskiej niwelacji precyzyjnej, umieszczonego na ścianie ratusza w Toruniu. Wysokość ta według niemieckiego katalogu wynosi 50,518 m.
Lata 1947–1950
Po utworzeniu Głównego Urzędu Pomiarów Kraju, Wydział Niwelacji jego Biura Technicznego przystąpił do inwentaryzacji i prac przygotowawczych, mając na celu rozpoczęcie nowego pomiaru sieci. Za pierwszy etap jej tworzenia przyjęto wykonanie nowego pomiaru sieci na Ziemiach Odzyskanych. Przystąpiono do pomiaru dwu sieci:
- na terenach zachodnich Ziem Odzyskanych,
- na terenach północnych Ziem Odzyskanych, tzw. Sieć „Mazury”.
- Stabilizacja
Dostabilizowano głównie znaki ścienne, osadzone na wysokości od 0,3 do 1 m, w formie reperu z głowicą żeliwną, na której były: napis „Znak wysokościowy”, dwuliterowy znak serii i czteroliterowy numer indywidualny.
- Pomiar
Przy pomiarze i opracowaniu wyników obu nowych sieci zakładano potrzebę uzyskania błędu średniego z wyrównania mo ± 1,00 mm/km. W obu przypadkach tak małego błędu nie uzyskano.
Obie sieci nawiązano do punktów sieci międzywojennej z lat 1926–1937, przyjmując wysokości punktów nawiązania z katalogu wydanego w 1939 r. A więc obie mierzone sieci miały wysokości punktów wyrażone w tym samym systemie wysokości i poziomie odniesienia co i sieć międzywojenna z lat 1926–1937.
Lata 1953–1955
W 1952 r. Centralny Urząd Geodezji i Kartografii przystąpił do tworzenia nowej, jednolitej sieci niwelacji I klasy na obszarze całego państwa. Przyjęto następujące założenia dotyczące tej sieci:
- Wykorzystanie tras dotychczasowych niwelacji precyzyjnych.
- Projektowanie nowych tras głównie wzdłuż istniejących szos.
- Wykorzystanie tras kolejowych tylko w przypadkach koniecznych.
- Wykorzystanie istniejących znaków wysokościowych, odpowiadającym aktualnym wymaganiom.
- Oparcie sieci na istniejących i nowo projektowanych punktach fundamentalnych wiekowych, równomiernie rozmieszczonych na terenie kraju, z uwzględnieniem sprzyjających zakładaniu warunków geologicznych.
- Oparcie linii niwelacyjnych na możliwie dobrze usytuowanych punktach węzłowych.
- Stabilizacja
Do stabilizacji punktów na liniach stosowano pięć nowych typów znaków.
- Typ II
- Typ III
- Typ IV
- Typ V
- Typ VI
Ogółem osadzono około 4000 nowych znaków.
- Nawiązanie do mareografu i do sieci państw sąsiednich
W tej sieci znacznie rozbudowano liczbę równomiernie rozmieszczonych na obszarze kraju punktów wiekowych, które zostały zastabilizowane znakami typu I. Nowo osadzone punkty wiekowe to:
- Punkt Brudzowice
- Punkt Borów
- Punkt Sandomierz
- Punkt Smardzew
- Punkt Żabce
- Punkt Lesięcin
- Punkt Jaroty
- Punkt Łęczyce
- Punkt Chełmsko
- Punkt Prostki
Poza tym włączono do sieci następujące odrestaurowane punkty wiekowe:
W czasie pomiaru sieci dokonane zostały dwustronne pomiary na parokilometrowych odcinkach granicznych, wiążących sieci polską z sieciami państw sąsiednich. Miało to miejsce w rejonach następujących miejscowości:
- na granicy z ZSRR: Gronowo i Terespol,
- na granicy z NRD: Dołuje, Kostrzyń, Gubin i Zgorzelec
- na granicy z Czechosłowacją: Lubawka, Kudowa, Międzylesie, Złoty Stok, Piotrowice, Chałupki, Cieszyn, Zwardoń, Chochołów, Łysa Polana, Leluchów, Barwinek i Radoszyce.
Sieć niwelacji I klasy nie była od razu nawiązana do stacji mareograficznych na polskim wybrzeżu Bałtyku. Dokonano tego w kilka lat później liniami niwelacji II klasy.
- Pomiar
Pomiar wykonywano dwoma rodzajami niwelatorów precyzyjnymi Aerogeopribor NA-1 oraz Wild N III. Stosowano łaty 3 metrowe z taśmą inwarową, z dwoma przesuniętymi względem siebie podziałami (w pierwszy przypadku podział co 5 mm, w drugim co 10 mm). Przed sezonem instrumenty i łaty były sprawdzane i konserwowane, a same łaty, przed i po sezonie, były komparowane w Głównym Urzędzie Miar z błędem średnim nie większym niż ± 0,03 mm/m. Niwelację wykonywano metodą pomiaru ze środka a maksymalna długość celowej wynosiła 40m. Łaty stawiane były na wbitych w ziemię klinach lub wyjątkowo na ciężkich żabkach. Stosowano dwie metody pomiaru:
- metodę „A”, wykorzystywaną w 1953 r. przy pomiarach zachodniej części sieci, tj. metodą pomiaru na 2 kliny, przy kolejności odczytów łat na 2 sąsiednich stanowiskach: tppt-pttp,
- metodę „B”, wykorzystywaną w latach 1954 i 1955 r. przy pomiarach wschodniej części sieci, tj. metodą pomiaru na 4 kliny i 2 pary łat, przy kolejności odczytów łat na 2 sąsiednich stanowiskach: t1p1p1t1t2p2p2t2- p1t1t1p1p2t2t2p2, gdzie wskaźnik 1 i 2 oznacza numer łat.
Do wyników pomiarów wprowadzano poprawki z komparacji łat oraz w pierwszym etapie opracowania wyników poprawki ortometryczne normalne. W drugim etapie, przy włączeniu polskiego materiału do łącznego wyrównania międzynarodowego, wprowadzono poprawki wynikłe z systemu wysokości normalnych. Za poziom odniesienia przy wstępnym wyrównaniu niezależnym sieci i wyznaczeniu wysokości jej punktów, przyjęto wysokość punktu Toruń-Ratusz, odniesioną do poziomu Morza Północnego w Amsterdamie, a przy wyrównaniu ostatecznym, międzynarodowym był to tzw. Bałtycki system wysokości normalnych, odniesiony do zera mareografu w Kronsztadzie.
Lata 1974–1979
W roku 1969 rozpoczęto prace projektowe mające na celu wykonanie nowego pomiaru sieci niwelacji I klasy. Powodów do tego było kilka:
- z biegiem lat postępująca coraz bardziej dezaktualizacja wysokości punktów dotychczasowej sieci niwelacji I klasy wskutek współczesnych pionowych ruchów powierzchni skorupy ziemskiej, ruchów technogennych i ruchów samych znaków w podłożu,
- potrzeba stworzenia gęstszej, niż dotychczasowa, sieci niwelacji I klasy, czego wymagały potrzeby gospodarcze i dokładnościowe,
- potrzeba powiązania nowej sieci ze stacjami mareograficznymi,
- wspólny zamiar europejskich krajów socjalistycznych (Bułgaria, Czechosłowacja, NRD, Polska, Rumunia, Węgry i ZSRR) stworzenia nowej tzw. Jednolitej Wysokościowej Sieci Niwelacyjnej (JWSN), która tworzyłaby wspólną podstawową osnowę wysokościową tych krajów, m.in. dla nowego wyznaczenia współczesnych pionowych ruchów skorupy ziemskiej, już w oparciu o sieć z góry do tego zaprojektowaną.
Przewidziano do pomiaru ok. 8600 km linii, w tym:
- wszystkie linie I klasy mierzonej w latach 1953–1955.
- linie niwelacji II klasy 1 kategorii pomierzone w latach 1955–1958
- linie II klasy 2 kategorii, mierzone po 1930 r. aż do roku 1954
Linii zupełnie nowych prawie nie było. W roku 1977 Instytut Geodezji i Kartografii doprojektował jeszcze ok. 1800 km linii (m.in. obwodnicę wokół Warszawy). Dla pomiaru tej sieci opracowano w Instytucie Geodezji i Kartografii nową instrukcję techniczną.
Nie zdecydowano się na dalszą rozbudowę liczby istniejących punktów wiekowych. Włączono jedynie do sieci dwie grupy punktów w latach wcześniejszych zastabilizowane, są to:
- Nawiązanie do mareografu i do sieci państw sąsiednich
W pierwszych latach pomiaru sieci, wykonane zostały powiązania graniczne z sieciami państw sąsiednich. Miało to miejsce w rejonach następujących miejscowości:
- na granicy z ZSRR: Mamonowo, Swierdłowo, Kuźnica, Terespol i Hrebenne
- na granicy z NRD: Świnoujście, Dołuje, Kostrzyń II, Gubin i Zgorzelec
- na granicy z Czechosłowacją: Lubawka, Kudowa, Boboszów, Złoty Stok, Piotrowice, Cieszyn, Istebna, Chochołów, Łysa Polana, Niedzica, Leluchów i Barwinek.
Sieć niwelacji I klasy została bezpośrednio powiązana z 7 głównymi stacjami mareograficznymi na polskim wybrzeżu Bałtyku (Świnoujście, Kołobrzeg, Ustka, Łeba, Władysławowo, Hel i Gdańsk-Nowy Port). Miało to na względzie aspekt badań współczesnych pionowych ruchów skorupy ziemskiej.
- Stabilizacja
Zastosowano dodatkowo cztery nowe typy znaków:
- Typ IIa
- Typ IVa
- Typ Va
- Typ VIa
Wykorzystano także znaki dawniejszych sieci.
- Pomiar
Pomiar sieci po raz pierwszy wykonano niwelatorami samopoziomującymi. Wykonywano go dwoma rodzajami niwelatorów precyzyjnych: Opton typ Ni 1 oraz Zeiss typ Ni 002 (od 1977 r.). Stosowano łaty 3-metrowe z taśmą inwarową, z dwoma przesuniętymi względem siebie podziałami (w pierwszy przypadku podział co 1 cm, w drugim co 0,5 cm). Przed sezonem instrumenty i łaty były sprawdzane i konserwowane, a same łaty, przed i po sezonie, były komparowane w Głównym Urzędzie Miar z błędem średnim nie większym niż ±0,01 mm/m. Niwelację wykonywano metodą pomiaru ze środka przy długość celowej do 35 m. Łaty stawiane były na wbitych w ziemię klinach lub wyjątkowo na ciężkich żabkach. Stosowano dwie kolejności odczytów łat na dwu kolejnych stanowiskach:
- kolejność symetryczną i przemienną tppt-pttp
- kolejność niesymetryczną i nieprzemienną ttpp-ttpp
Do wyników pomiarów wprowadzono następujące poprawki niwelacyjne:
- poprawkę z komparacji łat,
- poprawkę termiczną łat,
- poprawkę ze względu na dobowe zmiany kierunku linii pionu, spowodowane przez Księżyc i Słońce,
- poprawkę normalną.
Przed przekazaniem polskiej części JWSN do łącznego wyrównania sieci, dokonano wyrównania tylko polskiej części w nawiązaniu do wysokości punktu Toruń-Ratusz, odniesioną do poziomu Morza Północnego w Amsterdamie.
Lata 1974–1982
Na zlecenie GUGiK został opracowany w PPGK w 1979 r. projekt zagęszczenia sieci niwelacji I klasy z pomiarów w latach 1974–1979, który przewidywał dodatkowy pomiar jeszcze ok. 6000 km linii w latach 1980–1982. Linie te przebiegały po nie włączonych dotychczas do sieci niwelacji I klasy dawnych liniach niwelacji II klasy 1 lub 2 kategorii. W oparciu o instrukcję techniczną z 1975 r. i „Koncepcję modernizacji...” z 1978 r. powstały:
- „Instrukcja techniczna G-2. Wysokościowa osnowa geodezyjna” opracowana przez IGiK, a wydane przez GUGiK w 1980 r.
- „Wytyczne Techniczne G-2.1 Podstawowa osnowa wysokościowa. Projektowanie pomiar i opracowanie wyników.” opracowana przez PPGK, a wydane przez GUGiK w 1983 r.
- Stabilizacja
Przy pomiarach zagęszczających sieć, w latach 1980–1982, stosowano te same zasady osadzania znaków i te same typy znaków, jak to miało miejsce przy pomiarach w latach 1974–1979. Nowych trójznakowych grup punktów fundamentalnych wiekowych nie osadzono. Włączono jedynie do sieci kilka jednoznakowych punktów fundamentalnych z nowo pomierzonej warszawskiej sieci niwelacji precyzyjnej. Nie powstały żadne nowe powiązania ze stacjami mareograficznymi, ani też nowe powiązania z sieciami państw sąsiednich.
- Pomiar
Zasady pomiaru sieci w latach 1980–1982 pozostały niezmienione w stosunku do pomiaru z lat 1974–1979. Używano do pomiaru wyłącznie niwelatorów samopoziomujących Zeiss Ni 002. Stosowano prawie wyłącznie odczytywanie łat na dwu kolejnych stanowiskach ttpp-ttpp. Wprowadzono te same poprawki niwelacyjne, jakie wprowadzane były do pomiarów z lat 1974–1979.
EUVN
- Koncepcja
Podczas Sympozjum EUREF w Helsinkach w 1995 roku przedstawiona została propozycja połączenia istniejącej sieci EUREF, regionalnych sieci niwelacyjnych Europy (UPLN i UELN) oraz sieci mareografów w jednolitą, zintegrowaną sieć. Elementem wiążącym wymienione sieci w jedną całość była międzynarodowa kampania GPS, która zawierała odpowiednio rozmieszczone punkty trzech wymienionych wyżej sieci. Opracowanie wyników tej kampanii umożliwiło zdefiniowanie „European Vertical Reference Network” (EUVN[1]), który to układ wysokościowy powinien spełniać istniejące potrzeby tak naukowe, jak i praktyczne.
- Cele EUVN
Główne cele sieci EUVN:
- stworzenie zintegrowanego układu wysokościowego,
- ujednolicenie krajowych układów wysokościowych w Europie,
- dostarczenie punktów oporowych dla potrzeb badania przebiegu geoidy w Europie,
- dostarczenie powiązań między poziomami odniesienia w różnych krajach europejskich zdefiniowanymi przez lokalny średni poziom mórz i oceanów,
- dostarczenie danych do obecnie tworzonego absolutnego, globalnego układu wysokościowego,
- stworzenie sieci fundamentalnej dla następnego geokinematycznego układu wysokościowego np. UELN 2000, uwzględniającego m.in. wypiętrzanie się Skandynawii i regionu Karpacko-Bałkańskiego,
- dostarczenie informacji umożliwiających rozdzielenie ruchów pionowych skorupy ziemskiej od zmian poziomu mórz i oceanów,
- umożliwienie wyrażania wyników opracowania regionalnych projektów geodynamicznych w jednolitym układzie odniesienia EUREF (ETRS89) w celu ich późniejszej poprawnej interpretacji geofizyczne.
Przypisy
- ↑ Kampania EUVN '97. Warszawa, 7 marca 2005. [dostęp 2010-02-16]. (pol.).