Uusi koordinaatti- ja korkeusjärjestelmä

Transkriptio

1 Uusi koordinaatti- ja korkeusjärjestelmä Markku Poutanen Geodeettinen laitos Uusi koordinaatti- ja korkeusjärjestelmä Taustaa Uuden koordinaattijärjestelmän perusteet JHS ja käyttöönotto Uusi korkeusjärjestelmä ja sen perusteet Käyttöönotto 1

2 Koordinaattijärjestelmä Koordinaatisto Karttaprojektio Koordinaattijärjestelmä sisältää määritelmät, koordinaatisto on sen realisaatio maastossa ja karttaprojektio on esitys kaksiulotteisella kartalla Koordinaattijärjestelmä Määrittelee koordinaattiakselien origon, akselien suunnan; 3-ulotteinen x Greenwichin meridiaani z; CIO Maan massakeskipiste a ekvaattori y Origo Maan massakeskipisteessä Z-akseli maan pyörimisakselin suuntainen X-akseli Greenwichin meridiaanissa 2

3 Koordinaattijärjestelmä Koordinaattijärjestelmään kuuluu myös vertausellipsoidin määrittely; Aiemmin: mittausalueelle parhaiten sopiva ellipsoidi, esim Hayford Nyt: globaali ellipsoidi, GRS-80, WGS-84 Amerikka, ellipsoidi 2 Eurooppa, ellipsoidi 1 geoidi globaali ellipsoidi Koordinaatisto Koordinaattijärjestelmän realisaatio, esim. maastossa olevia pultteja, joiden koordinaatit on mitattu annetun koordinaattijärjestelmän mukaisesti. Sisältää mittausvirheet. desimetri senttimetri EUREF-FIN ITRF2004 EUREF89 WGS84 ED50 metri KKJ paikallinen globaali 3

4 Koordinaatistot WGS-84: GPS:n käyttämä globaali koordinaatisto, nyk. lähellä ITRF:ää ITRF-2004: Tarkin käytettävissä oleva globaali koordinaatisto, yli 200 pysyvää GPS-asemaa, koordinaatit ajasta riippuvia ETRF-89: Euraasian mannerlaattaan kiinnitetty koordinaatisto, ensimmäinen realisaatio EUREF-89 EUREF-FIN: Suomen kansallinen realisaatio Mannerlaattojen liikkeet nyt ja 750 miljoonan vuoden aikana

5 ITRF2000/2004 5

6 WGS84 Eurooppalainen koordinaatisto Globaalit koordinaatistot ajasta riippuvia, eivät sovellu esim. kartoituksen pohjaksi ETRS-89 määrittelee eurooppalaisen järjestelmän; yhtenevä ITRS:n kanssa hetkellä ETRF-89; realisoidaan Euraasian mannerlaatan deformoitumattomaan osaan mitattujen kiintopisteverkkojen avulla EPN, Euroopan pysyvä GPS-verkko nykyisin tärkein kiintopisteistö Kansalliset realisaatiot, mm. EUREF-FIN 6

7 ETRS89 Euroopasta Suomeen 7

8 EUREF-FIN Suomen uusi koordinaattijärjestelmä Sidottu pysyvän GPS-verkon kautta kansainvälisiin järjestelmiin Yhteensopiva GPS:n kanssa Julkisen hallinnon suositukset 153, 154 Siirrytään käyttämään vähitellen; kartat uudistuvat Miten? EUREF-FIN 1. EUREF-kampanja v Kansalliset tihennykset 100 pisteen verkko Suomeen Suomen pysyvä GPS-verkko FinnRef Euref-komission hyväksymät Suomen viralliset pisteet v (19 kpl) Euroopan pysyvä GPS-verkko, globaali GPS-verkko 8

9 EUREF-FIN FinnRef -verkosta neljä pistettä EPN:ssä 100 pisteen tihennys v ; havaintojaksot väh. 48 h; tasoitus FinnRef -verkkoon FinnRef -verkon koordinaatit kiinnitetty ITRF96:een Tasoitetut koordinaatit muunnettu ETRSjärjestelmään EUREF-komission antamien suositusten mukaisesti GPS-koordinaattien poikkeama karttakoordinaateista 9

10 Julkisen hallinnon suositukset: JHS 153: ETRS89-järjestelmän mukaiset koordinaatit Suomessa (julkaistu 2002) JHS 154: ETRF89-koordinaatiston kanssa käytettävät karttaprojektiot ja karttalehtijako (julkaistu 2003) Karttaprojektiot Koordinaatistojen väliset muunnokset Karttalehtijako Julkisen hallinnon suositus JHS153 ETRS89-järjestelmän mukaiset koordinaatit Suomessa Julkaistiin kesällä 2002 ETRS89-järjestelmän määrittely Maantieteellisten koordinaattien ja 3D-suorakulmaisten koordinaattien välinen yhteys ETRS89-järjestelmän realisoiminen ETRF89-koordinaatiston ja kkj:n välinen yhteys ETRF89-koordinaatiston ja kkj:n välinen 3D-muunnos Pisteet, jotka määrittelevät ETRF89-koordinaatiston Pisteet, joita on käytetty siirtoparametrien ratkaisemiseen 10

11 Julkisen hallinnon suositus JHS154 ETRS89-järjestelmään liittyvät karttaprojektiot, tasokoordinaatistot ja karttalehtijako Julkaistiin kesällä 2003 Karttaprojektiot: Gauss-Krüger/ETRS-GKn-prokektio (Kaistan leveys 1 o ) TM35FIN-projektio (koko maan kattava projektiokaista) Koordinaatistojen väliset muunnokset ETRS-TM35FIN kkj, affiininen muunnos kolmioissa Uusi karttalehtijako Opastavia tietoja: projektiokaavat, laskuesimerkkejä, kirjallisuus- ja verkkoviitteet Muunnokset Koordinaattijärjestelmien väliset muunnokset triviaaleja; vain origo ja kierto Koordinaatistojen väliset muunnokset vaikeita; havaintovirheet, orientointi, skaala, erilaiset realisaatiot,... yhdenmuotoisuusmuunnos ei aina anna riittävän hyvää tulosta Karttaprojektioiden välisissä muunnoksissa edellisten lisäksi otettava huomioon erilaiset skaalakorjaukset yms. 11

12 Yhdenmuotoisuusmuunnoksen jäännösvirheet ykj:n ja EUREF-FIN:n välisen yhdenmuotoisuusmuunnoksen jäännösvirheet ovat jopa useita metrejä. Moniin tapauksiin tämä on liian suuri. Muunnos kartastokoordinaattijärjestelmän yhtenäiskoordinaatiston ja ETRS-GK27 koordinaatiston välillä suoritetaan kolmioittain affiinisena muunnoksena. Affiinisen muunnoksen muunnoskaavat ovat muotoa: Kertoimet määritelty kolmioittain; kärkipisteissä muunnos antaa alkuperäiset koordinaatit JHS154 / Ollikainen 12

13 Muunnokset v diplomityö valtakunnallisten koordinaattijärjestelmien välisistä muunnoksista v valmisteilla julkaisu GL:n tiedotesarjaan Kaupallinen GNSSnet sidottu Suomen pysyvään GPS-verkkoon (FinnRef). Käytössä monissa mittauksissa tukiasemaverkkona (VRS) HUOM: Nykyisten mittausten aikana perinteisen hierarkian säilyttäminen joskus vaikeaa. Mikä on esim. GNSSnet:n hierarkkinen asema? Miten mittaukset pitäisi sitoa olemassa oleviin verkkoihin? 13

14 Suomen uusi korkeusjärjestelmä N2000 Miten se luotiin Millainen se on Miksi uutta tarvitaan Koska käytössä Tulevaisuuden korkeudenmittaus Uusi korkeusjärjestelmä N2000 Perustuu 3. valtakunnallisen tarkkavaaituksen tuloksiin Yhteensopiva eurooppalaisen korkeusjärjestelmän kanssa Erot nykyiseen cm; suurin osa johtuu maannoususta Korkeustyöryhmä; mietintö

15 Uuden korkeusjärjestelmän luonti Tasoitus Itämeren ympäri yhteys eurooppalaiseen järjestelmään; pohjoismainen + Baltian maat Kansalliset realisaatiot Ruotsi ottanut uuden järjestelmän jo käyttöön Kansallinen tasoitus, uusi geoidimalli Suomessa N2000 ja siihen liitetty uusi geoidimalli GPS-havaintoja varten Lähtöpiste Metsähovissa; saatu pohjoismaisesta tasoituksesta Suomen ja Ruotsin väliset erot millimetriluokkaa Pohjoismainen tasoitus Pohjoismaisen Geodeettisen komission (NKG) työryhmä Tasoitus Itämeren ympäri Uusi maannousumalli Lähtöpisteenä NAP (Normaal Amsterdams Peil) Korkeudet laskettu vuoteen 2000 Mäkinen

16 Suomen kolme tarkkavaaitusta mm/ km 0.7 mm/ km 0.8 mm/ km ~9000 km Kansallinen tasoitus, mukana silmukoita Ruotsin ja Norjan rajalta. Takaa parhaan yhteensopivuuden maiden välillä. Maannousu laskettu vuoden 2000 mukaan kaikissa pohjoismaissa Myös muut määrittelyt identtisiä Järjestelmien ero Ruotsin rajalla alle 2 mm Veikko Saaranen 16

17 N2000 ja N60 välinen ero Pääasiallinen ero johtuu maannoususta Muut korjaukset pienempiä Korkeuslukemat muuttuvat cm (Kaakkois-Suomi Länsi-Suomi) Saaranen 2006 Miksi uusi korkeusjärjestelmä??? Kansalliset Kansalliset tarpeet Kansainväliset yhteydet 17

18 Maannousu muuttaa korkeuksia Länsirannikolla vuodesta 1960 yli 40 cm Itä-Suomessa n. 20 cm käytännön töissä maannousu alkaa näkyä GPS-korkeudenmääritys tarvitsee maannousukorjaukset Eurooppalainen yhteys Eurooppalaisen paikkatiedon yhteiskäytön edistäminen, mm. EuroSpec, INSPIRE Yhtenä tavoitteena on luoda yhteinen eurooppalainen korkeusjärjestelmä EU-komissiolle suositus EUVN- ja UELNhankkeiden tulosten omaksumista korkeusjärjestelmäksi EUREF-työryhmän määritelmä, EVRS2000, EVRF2000 (ei vielä lopullisia) 18

19 Historia ja nykyinen järjestelmä > Miksi uutta tarvitaan > Millainen uusi järjestelmä on > JHS Eurooppalaiset järjestelmät Nykyiset eurooppalaiset järjestelmät poikkeavat toisistaan jopa kymmeniä senttimetrejä. Joissakin tapauksissa tämä aiheuttaa yhteensopivuusongelmia. Kyse ei ole pelkästään nollapisteiden erosta, vaan vertauspinnat (geoidit) voivat olla vinossa toisiinsa nähden > leveysasteesta riippuva ero. Pohjoismainen yhteys Pohjoismaissa päättymässä valtakunnalliset tarkkavaaitukset Tarve uudistaa korkeusjärjestelmät Nykyiset erot johtuvat mm. lähtötason eroista maannousukorjauksesta Päämäärä yhteensopiva järjestelmä; kansallisten realisaatioiden erot pienet 19

20 Korkeusjärjestelmän käyttöönotto Julkisen hallinnon suositus valmisteilla Geodeettinen laitos ja Maanmittauslaitos N2000-järjestelmän perusteet ja kuvaus N2000 realisaatio Muunnos N60 ja N2000 välillä N60:een ja N2000:een liitetyt geoidimallit, muunnokset GPS:n ellipsoidisista korkeuksista Esimerkkejä Lausuntokierros v MML:n alemman luokan verkot N2000:een Suunniteltu julkistuskampanja syksy 2007; käyttöön vähitellen sen jälkeen. GPS ja korkeus GPS mittaa etäisyyksiä Maan keskipisteestä (tai korkeuksia vertausellipsoidista = h) Vaaitus antaa korkeudet geopotentiaalin tasa-arvopinnasta (geoidi), H h on geometrinen suure, jolla ei ole fysikaalista merkitystä, H on fysikaalinen suure, jolla ei ole geometristä merkitystä Geoidi on tunnettava, jotta korkeuksia voidaan verrata toisiinsa, geoidin korkeus ellipsoidista = N H = h - N 20

21 GPS, geoidi ja vaaitus GPS H2 H2 H1 H1 Tide gauge N h H = h - N Geoid Sea surface topography Ellipsoid FIN2005 geoidimalli Ollikainen 2006 FIN2005 geoidimallin pohjalla on pohjoismainen NKG2004 geoidi, joka on sovitettu tarkkavaaitusverkon ja GPS-pisteiden avulla. 21

22 Uusi korkeusjärjestelmä v. 2050?? Miten? 22