Fundamentalny punkt podstawowej osnowy grawimetrycznej kraju

Fundamentalny punkt podstawowej osnowy grawimetrycznej kraju

PRA CE INSTYTU TU GEODEZJI I K A RTO G RA FII
Tom XLV, zeszyt 96, 1998
MARIA CISAK
ANDRZEJ SAS
LUCJAN SIPÓRSKI
FUNDAM ENTALNY PUNKT
PO D STA W O W EJ OSNOW Y GRAW IM ETRYCZNEJ K RAJU
W BOROW EJ GÓRZE
ZARYS TREŚCI: W artykule przedstaw iono wyniki p ra c geodezyjno-grawim etrycznych mających na celu pow iązanie fundamentalnego punktu ab­
solutnego podstaw ow ej osnowy grawim etrycznej kraju z 8 punktam i graw im e­
trycznym i znajdującym i się na terenie Obserwatorium w B orow ej Górze.
W p rzyszło ści punkty te będą służyły do wykonywania na nich jednoczesnych
porów naw czych wyznaczeń absolutnych kilkoma grawim etram i balistycznymi.
Wyznaczenia takie mają na celu stałą kontrolę standardów graw im etrów bali­
stycznych stanowiących wzorzec dla systemu IGSN 71.
1. WSTĘP
O bserw atorium Astronom iczno-G eodezyjne wchodzące w skład Z akła­
du A stronom ii Geodezyjnej i Geodezji Satelitarnej Instytutu G eodezji i K arto­
grafii w Borowej Górze od wielu łat realizuje szeroki program badań astronom iczno-geodezyjnych i geodynamicznych. Prowadzone są tutaj perm anentne
obserw acje satelitarną aparaturą GPS, rejestracje zm ian pływ ow ych przyspie­
szenia siły ciężkości oraz rejestracje zm ian poziom u w ód gruntowych. O bser­
w atorium prow adzi również astronom iczne obserwacje czasu lokalnego w p ro ­
gram ie badań zm ian kierunku linii pionu m etodą astrom etryczną. N a terenie
O bserw atorium znajdują się: punkt sieci EUREF (nr 0217), punkt w iekow y
precyzyjnej osnow y wysokościowej, wiekow y punkt m agnetyczny oraz funda­
m entalny punkt absolutny podstawowej osnowy grawimetrycznej kraju. O bser­
w atorium w yposażone jest w w iele dobrze zastabilizow anych stanow isk do
pom iarów geodezyjnych, w tym także do pom iarów graw im etrycznych m etodą
absolutną.
20
Maria Cisak, Andrzej Sas, Lucjan Siporski
Na fundamentalnym punkcie grawimetrycznym zlokalizow anym w p iw ­
nicy tzw. starego (przedwojennego) budynku i zastabilizow anym słupem beto­
now ym o wym iarach górnej powierzchni l x lm były kilkakrotnie w ykonane
w yznaczenia absolutne przyspieszenia siły ciężkości:
- w 1978 r. za pom ocą grawimetru balistycznego GA BL przez zespół A kadem ii
N auk b. ZSRR pod kierow nictwem prof. J. D. Bułanże;
- w 1992 r. za pom ocą dwóch grawim etrów balistycznych GM -4 i G M -5 przez
zespół Instytutu „M etrologia” z Charkowa pod kierow nictw em E. Z anim ońskiego;
- w 1993 r. powtórne pom iary za pom ocą tej samej aparatury i przez ten sam
zespół z Charkowa;
- w 1995 r. w październiku za pom ocą grawimetru balistycznego FG 5 nr 101
przez zespół Instytutu Zastosowań Geodezji we Frankfurcie n. M enem pod
kierow nictw em dr F. Falkę;
- w 1995 r. w grudniu za pom ocą grawimetru balistycznego JILAG 5 przez
J.'M ek inena z Fińskiego Instytutu Geodezyjnego w Helsinkach;
- w 1996 r. w lipcu za pom ocą grawimetru balistycznego FG 5 nr 107 przez
zespół am erykański pod kierownictwem D. Stizza.
Taka seria pom iarów stawia Obserwatorium w Borowej Górze w rzędzie
nielicznych placówek naukowych, w których pom iary absolutne były w ykony­
wane wielokrotnie różnymi typami grawimetrów balistycznych.
O prócz punktu fundamentalnego, na terenie Obserw atorium znajduje się
jeszcze 8 punktów grawimetrycznych o trwałej stabilizacji (bloki betonow e), na
których jest m ożliwe wykonanie pom iarów absolutnych. Taki układ 9 punktów
grawim etrycznych pozwala na jednoczesne wykonanie porów naw czych w yzna­
czeń absolutnych kilkom a grawimetrami balistycznymi. W yznaczenia porów ­
naw cze w ykonyw ane w ramach m iędzynarodow ych akcji pom iarow ych są
um ieszczone w program ie działalności Komisji Grawim etrycznej M A G i m ają
na celu stałą kontrolę standardów grawimetrów balistycznych stanow iących
w zorzec dla system u IGSN 71. Tak więc Obserwatorium Instytutu G eodezji i
Kartografii w Borowej Górze oprócz znaczenia dla podstawowej osnow y gra­
wim etrycznej kraju m oże odgrywać znaczącą rolę przy integracji z system em
IG SN 71 grawimetrycznych osnów podstawowych krajów Europy W schodniej.
Aby na terenie Obserwatorium w Borowej Górze m ogły być w przyszło­
ści prow adzone porównawcze wyznaczenia absolutne w ykonyw ane w ram ach
międzynarodowych akcji, konieczne było wykonanie grawimetrycznych p om ia­
rów w zględnych między znajdującym i się tu punktam i, jak rów nież określenie
dla tych punktów wysokości h n.p.m. oraz wyznaczenie dla nich w spółrzęd­
nych w różnych układach. Prace te wykonane były w ramach zadania o nazwie:
„W ykonanie niezbędnych pom iarów geodezyjno-grawim etrycznych na funda­
m entalnym punkcie w Borowej Górze” realizowanego w ramach projektu za­
m aw ianego „Zintegrow anie krajowej osnow y graw im etrycznej z system em
U E G N ” , finansowanego przez K om itet Badań Naukowych.
Fundamentalny punkt podstawowej osnowy grawimetrycznej.
21
GRAWIMETRYCZNE POMIARY WZGLĘDNE
NA TERENIE OBSERWATORIUM W BOROWEJ GÓRZE
2.
Jak wspom niano we wstępie, na terenie Obserwatorium w Borowej Górze
oprócz punktu fundam entalnego podstawowej osnowy graw im etrycznej kraju,
oznaczonego sym bolem A-BG, znajduje się jeszcze 8 punktów graw im etrycz­
nych o trwałej stabilizacji.
Punktam i tym i są:
- trzy punkty G 1,G 2 i G3 zastabilizow ane w 1996 r. w piw nicy „now ego”
budynku Obserwatorium ,
- niw elacyjny punkt fundam entalny Niw f.,
- punkt nr 156 m odernizowanej podstawowej osnow y graw im etrycznej kraju,
- punkt 0217 sieci EUREF,
- punkt BG03 zlokalizow any w paw ilonie satelitarnym ,
- punkt BG04 znajdujący się w piw nicy zegarowej Obserwatorium .
L okalizacja w ym ienionych punktów graw im etrycznych zaznaczona je s t
na planie sytuacyjnym O bserwatorium w Borowej Górze (rys. 1).
W celu wyznaczenia różnic wartości przyspieszenia siły ciężkości Ag
pom iędzy tym i punktam i zaprojektow ano sieć składającą się z 8 trójkątów
(rys. 2).
P om iar różnic przyspieszenia siły ciężkości Ag na przęsłach tej sieci gra­
wimetrycznej wykonano zespołem trzech grawimetrów firmy LaCoste& Rom berg
m odel G o num erach 42, 1078 i 1084.
O bserw acje na punktach sieci wykonyw ano w g schem atu A -В, B-A,
A -В, identycznie jak na punktach m odernizowanej osnow y podstaw ow ej. Do
obliczeń w artości Ag w prow adzono poprawki luno-solam e liczone wg alg oryt­
mu Longm ana. W spółczynnik sprężystości skorupy ziem skiej przyjęto rów ny
1,17 (zgodnie z sugestią prof. T. Chojnickiego). Przeprow adzenie pom iarów
w edług ww. schem atu pozw oliło na uzyskanie każdym instrum entem po trzy
niezależne w artości Ag na przęśle. Obliczenia wartości różnic przyspieszenia
siły ciężkości Ag na przęsłach sieci w ykonano za pom ocą program ów opraco­
wanych w Zakładzie Geodezji Fizycznej IGiK.
N ależy nadm ienić, że wartość Ag pom iędzy punktam i G1 - G2 i G2 - G3
zostały obliczone jako funkcja różnicy w ysokości m iędzy nim i i gradientu p io ­
nowego przyspieszenia siły ciężkości. Punkty G 1, G2 i G3 znajdują się bow iem
w tym sam ym pom ieszczeniu praktycznie na tej samej w ysokości i błąd pom ia­
ru Ag przekroczyłby m ierzoną wartość.
Jako ostateczną wartość pom ierzoną Ag na przęśle przyjęto w artość śre­
dnią z jeg o pom iaru trzema grawimetrami. Uzyskane w ten sposób w artości Ag
na poszczególnych przęsłach zostały zaznaczone na rys. 2. N a szkicu tym po da­
no także sum y wartości Ag stanowiące zam knięcia poszczególnych figur sieci.
22
Maria Cisak, Andrzej Sas, Lucjan Siporski
Obserwatorium astronomiczno - geodezyjne
w Borowej Górze
LEGENDA
1. Budynek obserwatorium
1a. Reper ścienny (AW 1131)
1b. RG01 - punkt odniesienia stacji IGS, posadowiony na
dachu budynku (ekscentr punktu sieci - EUREF NR 217)
1c. Stanowisko anteny dopplerowskiej na dachu budynku
1d. Grawimetryczny punkt absolutny w piwnicy budynku (A-BG)
1e. Permanentna stacja badania zmian pola grawitacyjnego w piwnicy budynku
2. Drugi budynek
2a. Punkt grawimetryczny G1
2b. Punkt grawimetryczny G2
2c. Punkt grawimetryczny G3
3. Magazyn
4. Magazyn
5. Główny punkt polskiej sieci aetronomiczno - geodezyjnej (SAG)
6. Stały punkt wahadła Bluma (piwnica zegarowa - BG04)
7. Główny punkt Służby Czasu
9. Wschodni pawilon południkowy
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Dawny pawilon satelitarny (BG03)
Piwnica magnetyczna
Maszt antenowy
Wieża betonowa
Punkt sieci zerowego rzędu EUREF 0217
(stacja IGS - BOGO dawny numer BG02)
Punkt krajowej sieci grawimetrycznej nr 156
Fundamentalny punkt wiekowy (Niw. f.)
Piezometr
Mały pawilon
Rys. 1. Plan sytuacyjny terenu
Obserwatorium Astronom iczno-Geodezyjnego
w Borowej Górze
Fundamentalny punkt podstawowej osnowy grawimetrycznej.
156
Legenda:
©
punkt pomiarów absolutnych,
- punkt pomiarów względnych,
^ 0,688
- Ag pomierzone (mGal),
(-0,009)
- suma Ag w figurze (mGal).
Rys. 2. Szkic sieci grawimetrycznej
na terenie Obserwatorium Astronomiczno-Geodezyjnego
w Borowej Górze
23
24
Maria Cisak, Andrzej Sas, Lucjan Siporski
W odniesieniu do punktu fundamentalnego A-BG dokonano w yrów na­
nia tej sieci, uzyskując wartości różnic przyspieszenia Ag pom iędzy w szystkim i
punktam i sieci a punktem odniesienia.
3.
WYZNACZENIE WYSOKOŚCI PUNKTÓW
SIECI GRAWIMETRYCZNEJ
NA TERENIE OBSERWATORIUM W BOROWEJ GÓRZE
W celu wyznaczenia wysokości h n.p.m. punktów graw im etrycznych
zaprojektow ano sieć przewyższeń Ah. Pom iar różnic wysokości m iędzy p u n k ­
tam i graw im etrycznym i wykonano m etodą niwelacji technicznej. Pom ierzone
wartości Ah przęseł są podane na rys. 3. N a szkicu tym w ykazano także sum y
w artości Ah w poszczególnych figurach jako ich zamknięcie.
N a podstaw ie wysokości trzech punktów stałych, tj.: reperu A W 1131
um ieszczonego w ścianie budynku Obserwatorium, niwelacyjnego punktu fun­
dam entalnego Niw. f. oraz punktu nr 156 krajowej osnowy graw im etrycznej
dokonano wyrów nania tej sieci przewyższeń. Należy zaznaczyć, że w ysokość
punktu grawim etrycznego nr 156 przyjęta w wyrów naniu jako punkt stały zo­
stała w yznaczona m etodą niwelacji precyzyjnej.
4. WYZNACZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH GEODEZYJNYCH
I PŁASKICH X I Y PUNKTÓW GRAWIMETRYCZNYCH
NA TERENIE OBSERWATORIUM W BOROWEJ GÓRZE
W spółrzędne geodezyjne В i L w układzie ETRF 89 i JSA G dla części
punktów grawim etrycznych, tj. punktów znajdujących się na odkrytym terenie,
wyznaczono przy zastosowaniu techniki GPS odbiornikam i firm y A shtech m e­
todą statyczną i wyrównano program em FILLNET. W spółrzędne płaskie X i Y
w układzie „1942” uzyskano przeliczając w yrów nane w spółrzędne B , L
w układzie JSAG na płaszczyznę w odwzorowaniu Gaussa-Kriigera.
Techniką GPS były wyznaczone współrzędne 4 punktów:
- punkt nr 156 krajowej osnowy grawimetrycznej,
- punkt nr 0217 sieci EUREF,
- punkt BG03 w paw ilonie satelitarnym z rozsuwanym dachem ,
- punkt B G04 znajdujący się w piwnicy zegarowej.
Fundamentalny punkt podstawowej osnowy grawimetrycznej..
L egen d a:
- punkt pom iarów absolutnych,
El
- w ysokościow y punkt odniesienia,
©
- punkt pom iarów w zględnych,
1,8635^.
- Ah pom ierzone (m),
(4-0,0010)
- sum a Ah w figurze (m).
Rys. 3. Szkic sieci przewyższeń
pomiędzy punktami grawimetrycznymi
na terenie Obserwatorium Astronomiczno-Geodezyjnego
w Borowej Górze
25
26
Maria Cisak, Andrzej Sas, Lucjan Siporski
W w ypadku tego ostatniego punktu istniała m ożliwość „w yniesienia”
środka słupa grawimetrycznego na powierzchnię kopca, pod którym znajduje
się piw nica zegarowa. Do tego celu wykorzystano istniejące w stropie paw ilonu
dwa otwory wentylacyjne, przez które wprowadzono piony, a następnie p om ie­
rzono odległości m iędzy nimi a środkiem płyty. Odkładając te odległości od
w ylotów otw orów wentylacyjnych na powierzchni kopca wyznaczono punkt
odpowiadający położeniu środka płyty grawimetrycznej i określono jego w spół­
rzędne za pom ocą aparatury GPS.
W celu w yznaczenia w spółrzędnych pozostałych 5 punktów
(4 zlokalizow anych w piwnicach budynków i niwelacyjnego punktu w iekow e­
go Niw. f.) założono odpowiednią sieć kątowo-liniową.
W yrównanie tej sieci przeprowadzono opierając się na punktach, których
w spółrzędne wyznaczone były m etodą GPS.
W yniki wyrównania oraz wartości współrzędnych płaskich X i Y punk­
tów grawim etrycznych podane są w układzie „42” .
5. WYNIKI
W tabeli przedstawiono wyniki pomiarów geodezyjno-grawimetrycznych
przeprow adzonych na terenie Obserwatorium w Borowej Górze.
L.p.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Oznaczenie
punktu
A-BG
G1
G2
G3
Niw. f.
156
EUREF 0217
BG03
BG04
Ag
[mGalJ
pkt odniesienia
-0,141
-0,139
-0,146
-0,431
-0,398
-0,691
-0,845
-0,446
h
[ml
106,368
106,648
106,645
106,658
108,232
108,134
109,119
109,636
108,214
Współrzędne (układ „42”)
X[m]
5 747 603,58
569,70
566,95
565,90
572,43
545,12
501,45
492,51
516,23
....
Y[m]
5 471 367,36
410,28
410,46
407,85
389,43
410,52
359,41
350,45
316,18
Rezultaty tych pom iarów będą w ykorzystywane przy w prow adzaniu re­
dukcji do w yników porównawczych wyznaczeń absolutnych w ykonyw anych
jednocześnie grupą grawimetrów balistycznych, aby m ogły one być ze sobą
porównyw alne. Podobne pom iary geodezyjno-grawimetryczne były przepro­
wadzone na punktach grawimetrycznych w Obserwatorium w Sevres pod P ary­
żem, na których organizowane są okresowo kam panie porównawcze graw im e­
trów balistycznych.
Fundamentalny punkt podstawowej osnowy grawimetrycznej..
27
Należy zaznaczyć, że na 4 punktach grawim etrycznych zlokalizow anych
w pom ieszczeniach laboratoryjnych Obserwatorium w Borowej Górze m ogą
być w ykonyw ane pom iary porównawcze aparaturą balistyczną typu FG 5 lub
JILAG. Na pozostałych punktach m ożna będzie w ykonywać w yznaczenia po­
równawcze aparaturą połową.
Przeprowadzone na terenie Obserwatorium pom iary geodezyjne - w yzna­
czenie wysokości h n.p.m. i określenie współrzędnych X i Y m ożna uznać za
ostateczne. W yniki grawim etrycznych pom iarów względnych należy jed nak
potraktow ać jako wstępne. Otrzym ane wartości różnic przyspieszenia siły cięż­
kości pom iędzy poszczególnym i punktam i będą wprow adzane jako popraw ki
redukcyjne do wartości „g” uzyskanych aparaturą absolutną podczas pom iarów
porównawczych. Dokładność ich wyznaczenia m usi być zatem bardzo w ysoka.
Pom iary te będą więc w ielokrotnie powtórzone.
Recenzował: prof. dr hab. int. Andrzej Sas-Uhrynowski
Przyjęto do opublikowania we wrześniu 1997 roku
MARIA CISAK
ANDRZEJ SAS
LUCJAN SIPORSKI
F U N D A M E N T A L P O IN T
O F T H E B A S IC G R A V IM E T R IC C O N T R O L N E T W O R K IN
P O L A N D L O C A T E D IN B O R O W A G Ó R A
Summary
Fundam ental point o f basic gravimetric control netw ork in P oland is lo­
cated at the O bservatory in B orow a Góra. W ithin last tw enty years this point
w as used several times for determ ining absolute acceleration o f gravity, u tilis­
ing various ballistic instrum ents. Besides fundamental point there are eight
gravim etric points w ith permanent stabilisation within the area o f the O bserva­
tory; they can be also used for m aking absolute m easurem ents. Such an arrange­
m ent o f gravim etric points within the Observatory allows for sim ultaneous,
com parative absolute determ inations, using several ballistic gravim eters. These
determ inations are part o f the activity o f the M AG G ravim etric C om m ission;
they serve for perm anent check o f gravim etric standards at the IG SN 71 system .
In order to perform such works at the Observatory in B orow a Góra, it was
necessary to m ake relative gravimetric measurements between gravim etric points
and to determ ine their heights above sea level, a well as X, Y plane coordinates.
Maria Cisak, Andrzej Sas, Lucjan Siporski
R esults o f the m easurem ents w ill be used for m aking reductions to the absolute
determ inations, conducted sim ultaneously with several ballistic gravim eters, so
they could be comparable.
Translation: Zbigniew Bochenek
М А Р И Я Ц И С АК
А Н Д Ж Е Й CAC
ЛЮ Ц И АН СИПОРСКИ
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЙ ПУНКТ
БАЗОВОЙ ГРАВИМЕТРИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ СТРАНЫ
В БОРОВОЙ ГУРЕ
Резюме
Н а территории обсерватории в Боровой Гуре находится фундамен­
тальный пункт базовой гравиметрической основу страны. Н а этом пункте
в течение последних двадцати лет были многократно определены различ­
ной баллистической аппаратурой абсолютные ускорения силы тяж ести .
Кроме фундаментального пункта на территории обсерватории находятся
ещ ё восемь гравиметрических пунктов со стабильным закреплением, на
которых можно производить абсолютные измерения. Т акая система гра­
виметрических пунктов на территории обсерватории даёт возможность
производить одновременно сравнительные абсолютные определения не­
сколькими баллистическими гравиметрами. Т акие определения входят в
программу деятельности Гравиметрической комиссии M AG и имеют целью
постоянный контроль гравиметрических стандартов, являющихся образцом
для системы IGSN 71. Чтобы такие работы могли проводиться на терри­
тории обсерватории в Боровой Г уре, необходимо бы ло выполнение
относительных гравиметрических измерений между гравиметрическими
пунктами, а так ж е определение для этих пунктов высоты h над уровнем
моря и вычисление для них плоских координат X и Y. Результаты этих
измерений б у д у т использованы для введения редукции к результатам
абсолютных определений, выполненных одновременно группой б ал л и с­
тических гравиметров, чтобы можно было их между собой сравнить.
Перевод: Róża Tołstikow a