Priročniki Publikacije  


Ima lahko ista lokacija različne višine? Lahko voda teče navzgor?

Geodezija

 

mag. Jurij Režek

Geodetska uprava Republike Slovenije

 


mag. Jurij Režek

Odgovor na naslovno vprašanje je odvisen od tehnologij, s katerimi je mogoče določati prostorske koordinate točk, objektov ali pojavov na zemeljskem površju. Nekritična uporaba podatkov, ki opisujejo položaje točk ali objektov s koordinatami, in njihova javna dostopnost lahko vodita tudi k prelivanju vode navzgor – seveda le teoretično. Število in obseg projektantskih, gradbenih in inženirskih del se zmanjšujeta, hkrati se nižajo tudi njihove cene. Ob laikih tudi inženirske stroke lahko hitro zapadejo v skušnjavo uporabe nestrokovnih načinov določanja koordinat in nekritične uporabe georeferenciranih podatkov.

 

Če lahko laično javnost le spodbujamo k uporabi sodobnih tehnologij za določanje položaja (npr. raznih tablic, večopravilnih telefonov) in podatkov iz spletnih prikazovalnikov zemeljskega površja, pa inženirske stroke ne smejo podleči skušnjavi nekritične uporabe takšnih tehnologij in kakršnih koli podatkov. Nekoč smo pred izdelavo projektov ali inženirskih del praviloma opravili strokovno presojo; odgovorili smo na vprašanja, katere merske in prostorske podatke potrebujemo, kako natančni naj bodo in kakšne metode bomo izbrali za njihovo pridobivanje. Danes uporabljamo prostorske podatke, ne da bi poznali njihovo kakovost, metodo pridobitve teh podatkov, zanesljivost oziroma veljavnost podatkov, referenčni koordinatni sistem in časovno komponento podatkov. Podobno velja za tehnologije; ne poznamo več razlik med natančnostjo meritve naprave in točnostjo prostorskega podatka.

 

V zadnjih letih je v Sloveniji vrsta dejavnosti usmerjena v izboljšanje stanja na področju poplavne varnosti. Ne le med upravnimi delavci na tem področju, tudi med strokovnjaki je mogoče opaziti nerazumevanje temeljnih pojmov o določanju višin. Vendar pa je ocenjevanje poplavne nevarnosti in preprečevanje tveganj in posledic poplav v celoti odvisno prav od določanja višine Zemeljskega površja, po katerem voda teče in se razliva. Določanje tega površja, vsaj z ustrezno točnostjo, ki se zahteva pri poplavni varnosti, pa žal ni trivialen problem. S tehnologijami laserskega skeniranja Zemeljskega površja je mogoče obliko terena resda dokaj hitro pridobiti v digitalni obliki, vendarle pa je resnica daleč od dojemanja, da je natančnost višin nekaj centimetrov, kot je mogoče večkrat slišati s strani upravnih delavcev ali celo kakega inženirja. Problematična postane souporaba takih podatkov s podatki o višinah, izmerjenih na terenu, na podlagi katerih se izvajajo meritve in konkretne zakoličbe gradbeno inženirskih objektov za preprečevanje razlivanja vode iz strug ali graditev objektov. Ob omembi pojmov, kot so nadmorska višina, digitalni model terena, lasersko skeniranje terena, geoid, nivelman, satelitsko določanje višin, postanejo zadeve povezane z nadmorskimi višinami terena in točk na terenu zamegljene, nejasne in nerazumljive.

 

Lahko si je predstavljati, da je nadmorska višina 0,0 metra gladina srednjega nivoja morja. Z vsakim potovanjem v notranjost po kopnem (topografski površini), se od tega nivoja oddaljujemo. Kje pa je referenčna točka (srednji nivo morja) na primer sto kilometrov v notranjosti kopnega? Tu postanejo zadeve zapletene. Posamezne točke na topografski površini imajo določene t.i. "nadmorske višine", ki so se zgodovinsko določale z niveliranjem. Z geometričnim nivelmanom lahko določamo ortometrične višine tudi na nekaj milimetrov do nekaj centimetrov natančno. V Sloveniji imamo približno dvesto tisoč referenčnih točk (reperjev), iz katerih nadalje nadmorsko višino prenašamo naprej, do mest graditve oziroma posegov v prostor. Vendar se običajno ne zavedamo, da so bile nadmorske višine reperjev določene v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja s tedanjo opremo. Ne zavedamo se, da je z geodetskimi meritvami ocenjen vpliv geotektonike na našem prostoru +-4 milimetrov na leto, tako da je lahko napaka tedaj določene višine reperja tudi do dvajset centimetrov. Temu dodajmo še podatek, da je izhodiščna točka slovenskega nivelmana v Trstu (nadmorska višina 0,0) določena leta 1857 in da se ta od meritev mareografa v Kopru (nekajletne meritve) razlikuje za 17 centimetrov. Podatek o višini reperja 137,22 metra je ob upoštevanju teh predpostavk lahko zavajajoč.

 

To, da "nadmorsko" višino lahko določamo tudi s satelitskim GNSS sprejemnikom, drži. A treba je upoštevati, da satelitski sistemi za določanje položaja, kot so GPS, GALILEO, GLONASS, določajo višino uporabnikovega sprejemnika nad referenčnim elipsoidom. To je tista matematična ploskev, ki kar najbolje opisuje obliko Zemlje. Za območje celotne Evrope je bil izbran elipsoid GRS80, poznan pa je še WGS84, ki se kar najbolje prilega vsej Zemeljski površini. Elipsoidna višina se v profesionalnih instrumentih (GNSS sprejemnikih) preračuna v geoidno višino s pomočjo v instrument vgrajenega modela geoida. V pametnih telefonih, tabličnih računalnikih ali ročnih amaterskih GPS napravah pa tega preračuna ni. Tako ni nenavadno, da na pomolu v Kopru pravkar kupljena GPS naprava pokaže "nadmorsko višino" 44 metrov. Taka je namreč razlika med višinama zemeljskega elipsoida GRS80 in geoida AGM2000, ki se uporablja v Sloveniji.

 

Geoid je ploskev, ki jo zavzame srednji nivo morja, če na planetu ne bi bilo kopnega. To je pravzaprav najboljši približek obliki Zemlje in prava referenčna ploskev za določanje nadmorske višine na zemeljskem površju. Žal pa to ni z matematično enačbo določljiva oblika. Na "razlivanje" vode namreč vpliva nehomogena razporeditev Zemeljskih mas. Če sta dve točki na isti elipsoidni višini, med njima pa je horizontalen teren, to ne pomeni, da bo voda med njima stala. Voda se bo namreč razlivala proti tisti točki, kjer je težnostni pospešek (gravitacijski privlak) večji. Določanje oblike geoida je torej fizikalni problem. Zahteva meritve težnostnega pospeška Zemlje. Ker geoid ni matematično določljiva ploskev, kot je elipsoid, izdelamo njen približek (model). Za čim boljši model geoida potrebujemo čim več točk merjenja težnostnega pospeška na površju. V Sloveniji je bil približek geoida izračunan na podlagi meritev v nekaj sto točkah, lahko se pojavljajo odstopanja do dvajset centimetrov. Ko torej s satelitskim GNSS sprejemnikom določimo elipsoidno višino točke površja, kjer se nahaja sprejemnik oziroma antena sprejemnika, in upoštevamo model geoida iz leta 2000 (AGM2000), odpravimo prej omenjeno napako 44 metrov ob morski gladini v Kopru. Ostane pa nam dvajset centimetrov možne napake določitve geoida, seveda pri določanju višine točke s profesionalnim sprejemnikom.

 

O kateri točki govorimo? Kakšne so njene horizontalne koordinate? Horizontalne koordinate "točke" že dalj časa določamo tudi z GNSS sprejemniki, in sicer na elipsoidu. Pri določanju horizontalnih koordinat GNSS sprejemnik "komercialnih ponudnikov za široko uporabo", brez upoštevanja naknadnega popravka, ki ga posreduje omrežje stalnih GNSS postaj SIGNAL, v najboljšem primeru določi koordinato na približno petdeset centimetrov natančno. S popravkom omrežja SIGNAL se ta natančnost poveča na približno deset centimetrov pri običajni uporabi. Torej smo v najboljšem primeru določili položaj točke na deset centimetrov, višino točke pa na dvajset centimetrov natančno. Kaj pomeni podatek, ki ga je moč občasno slišati, da laserski skener v letalu določa višino na nekaj centimetrov natančno? Pri tem ne gre za podatek o nadmorski višini, temveč za podatek o višini skenerja nad terenom. Če k temu dodamo, da je natančnost določitve lokacije letala podvržena enakim napakam (horizontalne koordinate na elipsoidu, elipsoidna višina, model geoida), o kakšni končni točnosti podatka torej lahko sploh govorimo?

 

Ko torej govorimo o višinski predstavi, se moramo najprej zavedati vsaj treh načinov določanja višin; niveliranje na topografski površini, satelitsko določanje višine na elipsoidu in določanje višin na geoidu. Poznati je treba mersko opremo in merske tehnike, ki vplivajo na natančnosti samih meritev, časovno sestavino podatkov (na primer napak preteklih meritev zaradi vplivov geotektonike) in uporabljenih približkov, pa tudi referenčni sistem za višino (izhodišče, površje Zemlje, elipsoid, geoid). Če te pojme poenostavimo ali jih celo pomešamo med sabo, ker jih ne razumemo, lahko pridemo do nepričakovanih rezultatov. Tako se lahko zgodi, da ima ista točka različne višine in tudi ni neobičajno, če v modelih in predstavitvah terena voda kdaj teče tudi navzgor!

 

Posledice nepravilne uporabe položajnih podatkov, posebej pri višinah, so lahko zelo resne. Zato je boljše preventivno delovanje odločevalcev v upravni sferi in tudi zavedanje inženirskih strok, da so odgovorni za projekte in dela, ki jih opravljajo za investitorje, pa ne le pri načrtovanju, tudi pri izvajanju gradbeno-inženirskih posegov v prostor. Negativnim posledicam se lahko izognemo le na en način; tako da povprašamo in upoštevamo geodetsko stroko.