Ehitustegevuse tsooni jäänud kohaliku geodeetilise võrgu ja kõrgusvõrgu märkide teisaldamise ja kontrollmõõtmiste projekteerimine

Linnades ja asulates toimuv ehitustegevus toob endaga kaasa kohaliku geodeetilise võrgu ja kõrgusvõrgu punktide hävimise või asukohalise muutuse aktiivses või sellega piirnevas töötsoonis. Sõltuvalt ehitustegevuse asukohast ja projektide suurusest on geodeetiliste punktide töötsooni jäämise maht erinev, ulatudes ühest märgist kuni kümnete märkideni, jättes tühjaks terve piirkonna. Põhilisemaks on taristuehituse projektid nagu teede (raudteede) ehitus või rekonstrueerimine. Käesolev lõputöö keskendub Tallinna linnas, Lasnamäe LO, Väo mitmetasandilise ristmiku ehitustegevuse tsooni jäänud geodeetiliste märkide teisaldamise ja kontrollmõõtmiste tehnilise projekti koostamisele. Tavapäraselt koostatakse geodeetiliste punktide teisaldamis- ja kontrollimistööd ühtse tervikuna, ehk peale tehnilise projekti koostamist teostatakse märkide ehitus ja seejärel geodeetilised mõõtmised. Kuna Väo ristmiku ehitustsooni jäi arvukalt väga erineva tüübi ja täpsusklassiga punkte, oli nimetatud tööd mõttekas jagada kahte ossa – 1) tehniline projekt, milles peale olukorra ülevaatust selgub tegelik tööde maht ja 2) geodeetiliste märkide ehitus ning mõõtmistööd koos lõpliku aruandega. Lõputöö esimeses osas antakse ülevaade Eestis kehtivatest ametlikest koordinaatsüsteemidest ja erinevatest geodeetilistest võrkudest. Viimases alapeatükis keskendutakse Tallinna linna kohaliku geodeetilise võrgu kujunemisele ja viimastel kümnenditel tehtud olulisematele projektidele, näiteks üleminek Tallinna kohalikus koordinaatsüsteemist TK64 Riiklusse koordinaatsüsteemi L-EST97. Samuti erinevate linnaosade võrgusüsteemide kokku tasandamine 2016.a. Teises peatükis antakse ülevaade kohaliku geodeetilise võrgu rekonstrueerimisprojekti koostamist reguleerivatest seadustest, millest olulisemad on kolm (3) järgmist:

1. Maa-ameti juhend 30.04.2018.a. „Kohaliku geodeetilise võrgu rajamise ja rekonstrueerimise juhend";
2. Maa-ameti juhend 21.06.2006.a. „Kõrgusvõrgu rajamise ja rekonstrueerimise juhend";
3. Keskkonnaministri 28. juuni 2013.a määrus nr 50 „Geodeetiliste tööde tegemise ja geodeetilise märgi tähistamise kord, geodeetilise märgi kaitsevööndi ulatus ning kaitsevööndis tegutsemiseks loa taotlemise kord". Detailsed juhendid on geodeetiliste tööde läbi viimisel väga olulised alusdokumendid. Kuna kohaliku kõrgusvõrgu rekonstrueerimist on esimeses juhendis väga üldsõnaliselt kirjeldatud, oleks seda juhendit just kõrgusvõrgu mõõtmiste metoodika ja seadmete täpsusklasside osas vajalik täiendada. Peatüki lõpus antakse ülevaade kohaliku geodeetilise võrgu struktuurist ja täpsuklassidest ning rekonstrueerimisprojekti koostamise põhipunktidest. Kolmandas peatükis selgitatakse projekti lähteülesannet ja teostatakse praktiliste ettevalmistustööde ülevaatus Väo ristmiku ehitustegevuse tsooni jäänud geodeetiliste märkide rekognostseerimisel. Esimeses osas analüüsitakse kahe erineva andmekogu TLPA Geoveebi ja Maa-ameti GPA kogudes olevaid lähtepunktide andmeid ja koordinaate. Tulemustest selgub, et andmed ei ole alati identsed kuigi erinevused jäävad üldiselt millimeetri piiridesse, mis lõputöö koostaja hinnangul tuleneb koordinaatide erinevatest ümardustest ja esitlemise täpsusastmest. Tegemist on siiski geodeetidele küsimusi tekitava probleemiga ja soovitav oleks andmekogud sünkroniseerida segaduste vältimiseks. Tehnilise projekti koostamisel lähtuti lõpuks siiski Maa-ameti GPA andmekogus olevatest koordinaatidest. Peatüki teises osas teostatakse lähteolukorra ülevaatus ja uute märkida asukohtade valik. Selle tulemusena selgus, et lähteülesandes sisaldunud teisaldatavate geodeetiliste märkide (11 märki) asemele oli võimalik paigaldada vaid üheksa uut geodeetilist märki ja neljale geodeetilisele märgile tuli teostada kontrollmõõtmine. Peatüki viimases osas keskendutakse uute võimalike märgitüüpidele ning antakse ülevaade punktide asukohakirjelduste koostamisest ja mõõdetakse uutele kohaliku 1. järgu punktidele (2 tk) ka ringpanoraamid, mis on vajalikud GNSS-mõõtmiste eelplaneerimiseks. Neljas peatükk on jagatud kolmeks väiksemaks alapeatükiks, millest esimene keskendub mõõtmiste kavandamise lähteülesandele, ning selgitatakse välja kõik vajalikud geodeetiliste mõõtmiste liigid, nagu polügonomeetriline ja trigonomeetriline käik kohaliku võrgu 2. järgu punktide mõõtmiseks, GNSS-staatilised mõõtmised kohaliku 1. järgu punktide mõõtmiseks ja geomeetriline nivelleerimine II klassi kõrgusvõrgu punktide mõõtmiseks. Teises osas antakse ülevaade mõõtmistele kohalduvatest nõuetest ja samuti nõutud täpsusklassiga instrumentidest, mida planeeriti mõõtmistel kasutada. Peatüki viimases osas teostatakse praktiline ja vajalik GNSS-mõõtmiste ajaline planeerimine programmiga Trimble planning, arvestades tööde läbiviimist kolme (3) mitme satelliitsüsteemi vastuvõtva Trimble GNSS-vastuvõtja komplektiga. Oluline GNSS-mõõtmiste planeerimise juures on kasutada punktide ringpanoraame, millest selgub ühiselt nähtavate satelliitide arv. Teise peamise tegurina tuleb arvesse võtta, kas mõõtmistesse kaastavad GNSS-seadmed võtavad vastu vaid GPS signaale või lõputöös võrdlusena toodud GPS, GLONASS ja lisaks ka Galileo signaale ning kellajaline mõõtmiste planeerimine on vaid GPS signaali vastuvõtvatel seadmetel väga oluline. Viimane viies peatükk võtab kokku eelnevad peatükid tulemuste ja analüüsidena. Esimene analüüs teostatakse GNSS-mõõtmiste ajalisele planeerimisele, ning kokkuvõtteks sai kinnitust ka püstitatud eesmärk, et mõõtmiste ajaline planeerimine on kindlasti oluline vaid GPS signaale vastuvõtvate GNSS-seadmetega, kus mõõtmisteks valitud kuupäeval 11.05.2023 oli keskmiselt nähtaval 6,5 satelliiti (nõutud > 5) ja keskmine 3D positsiooni geomeetria täpsushinnang PDOP 4,0 (nõutud PDOP < 6). Mitme satelliitsüsteemi signaali vastuvõtjatega oli olukord parem ja pidevalt oli nähtaval üle kolme korra rohkem satelliite (24 h keskmine 19,8 ühikut) ja 3D positsiooni geomeetria täpsushinnang (24 h keskmine PDOP 1,6) oli kolm korda parem kui nõutud. Järgides eelplaneeritud DOP graafikuid ja ühiselt nähtavate satelliitide arvu ning geomeetriat, tuli GPS-seadmetega mõõtmised planeerida minimaalselt kahele päevale. Järgnenud peatüki alapunktides analüüsiti veelkord kohaliku geodeetilise võrgu rekonstrueerimiseks vajaliku tehnilise projekti koostamist, reguleerivaid nõudeid, andmebaaside kattuvust ning anti ülevaade ka kohaliku 2. järgu ja kõrgusvõrgu projekti koostamise mahtudest. Kohaliku geodeetilise 2. järgu rekonstrueeritavad käigud planeeriti 3 käiguna kogusummas 2,9 km ja II klassi kõrgusvõrgu käigud viie käiguna kogusummas 4,9 km. Kohaliku geodeetilise võrgu rekonstrueerimisel üksikpunktide osas ei praktiseerita võrgu täpsuse ja geomeetria eelhinnangu saamiseks simulatsiooni esialgsete koordinaatidega, sest punktid teisaldatakse üldjuhul samasse piirkonda. Küll tehakse seda aga suuremate võrkude puhul, mis katavad kogu või suuremat osa asulast ja uusi punkte on palju. Kuna Väo ristmikul jäi ehitustegevuse alla üle kümne punkti ja piirkond asus Tallinna linna ja Jõelähtme valla piiril, võiks sarnaste olukordade puhul teostada ka geodeetilise võrgu rekonstrueerimise simulatsioonlahendusi ja leida võrkudele eeldatavad täpsushinnangud. Lõputöö autor soovitab kasutada selleks turul olevaid tarkvarasid näiteks SBGGeo-d või samale platvormile tehtud Leica ICON Office-t.

The objective of this bacherlor’s thesis Replacement and Control Measurement Design of the Local Geodetic Network Points and Benchmarks Left in the Construction Zone is to give an detail overview of content of local geodetic network detail technical design and the necessity of GNSS-measurements pre-planning using special softwares. Named activity are necessary when mainly infrastructure constructions are designed with clashes of local geodetic network points locations. Generally the replacement and Control measurement jobs is performed in one project i.e. after preparation of the technical design, the installation of the geodetic points, measurements, adjustments and final report are carried out. The current project in Väo (Tallinn) crossroad construction zone includes geodetic points with very different types and accuracy classes. In total eleven (11) geodetic points needs to relocate and four (4) geodetic points to control. There fore it was sense to devide the geodetic works in two main phases already in price offering stage – 1) detail technical design, where actual amount of work will be revealed after the investigations of existing geodetic networks, and 2) installation and measurement measurement works with final report. Current bacherlor’s thesis deals only with the first part – detail technical design. Additionally, GNSS-measurement preplanning will be carried out of randomly selected date of 11.05.2023 to proove the necessity for such kind of pre-planning in advance, when using only GPS signal recievers and antennas. In first part of thesis author provide an overview of the official reference and coordinate systems and various geodetic networks valid in Estonia. The last sub-chapter focuses on the formation of the local geodetic network of the city of Tallinn and the most important projects carried out in recent decades, for example the transformation from Tallinn's local coordinate system TK64 to the national coordinate system L-EST97. Also adjusting different parts of height networks in to one unified height network in 2016. Second chapter are focusing to the three (3) main guidelines and procedures, which are regulating the local geodetic network reconstruction. Named procedures are very important basic documents for carrying out local geodetic network works. Since the reconstruction of the local height network is described in very general terms in the „Reconstruction of local geodetic networks< manual, it would be necessary to improve this manual with regard to the methodology of measuring the height network and the accuracy classes of the devices. In the third chapter the practical pre-works are explained starting the investigations in official Databases to collect the information, like point descriptions, acuraccy classes, point types and coordinates. As current local geodetic network are located in the city area of Tallinn, the owner of those network points are also Tallinn City (Tallinn Urban Planning Department). Taking into account the information from primary geodetic network database managed by Estonian Land Board, comparison has performed with Tallinn Geoweeb database, owned and managed by TUPD. The comparison results show that the data are not always identical, although the differences are generally within a millimeter, which, according to the author of the thesis, is due to the different rounding of the coordinates and the degree of accuracy of presente decimals. However, it is a problem that raises questions for surveyors, and it would be advisable to synchronize the data sets to avoid confusion. In the current technical project only the coordinates in the Estonian Land Board database (GPA) were used. The second part of the chapter gives an overview of physical site investigations, to select new locations for the geodetic points. The last part of the chapter focuses on the new possible point types and describe the procedure to create sky plot drawings for new local 1st order points (2 pcs), which are necessary for pre-planning of GNSS-measurements. The fourth chapter is divided into three smaller sub-chapters, where first is focusing to the initial task of reconstruction technical design, and explains all the types of geodetic measurements required, such as polygon and trigonometric traverses for measuring local grid 2nd order points, GNSS-static surveys for local 1st order point measurements and geometric leveling traverses for measuring II class height network points. The second part provides an overview of the measurement requirements as well as the required accuracy for geodetic devices, that were planned to be used in this project. In the last part of the chapter, the timely pre-planning of GNSS measurements is carried out with the program Trimble planning, taking into account the execution of work with three (3) sets of Trimble GNSS devices receiving multiple satellite systems. Main factor to consider if GNSS-devices receive only GPS signals or the GPS, GLONASS and also Galileo signals like presented in the thesis, timely GNSS-measurement pre-planning are absolutely necessary in first case. The last fifth chapter summarizes the all previous chapters as results and analyses. The first analysis is carried out on the timely pre-planning of GNSS-measurements and it is certainly important only with GPS devices, where on the date chosen for measurements 11.05.2023, on average 6.5 satellites were visible (required > 5 ) and an average 3D position geometry accuracy estimate of PDOP 4.0 (required PDOP < 6). With multi-satellite signal GNSS-devices, the situation was better and more than three times more satellites continuously visible (24 h average 19.8 units) and the 3D position geometry accuracy estimate (24 h average PDOP 1.6) was three times better than required. Following the pre-planned DOP schedules and the number of jointly visible satellites and the geometry, measurements with GPS devices had to be planned for a minimum of two days. Overview and analyze was also given of the amount of the preparation of the local 2nd order netwotk and elevation network detail technical project. The reconstructed local geodetic 2nd order network were planned joining 3 traverses totaling 2.9 km, and the geometrical leveling traverses of the II class elevation network were planned joining five leveling traverses totaling 4.9 km. When reconstructing a local geodetic network in terms of individual points, simulation with estimated coordinates is not practiced to obtain a preliminary estimate of the accuracy and geometry of the network, because the relocated single points are generally moved approximately to the same area. As at the Väo construction area were more than ten points to relocate and four to control and also the construction area was located on the border of Tallinn City and Jõelähtme municipality, the author of the thesis recommends geodetic network simulations using available software on the market, for example SBGGeo or Leica ICON Office.