Kolmiomittauksen historiaa



Samankaltaiset tiedostot
J ä s e n l e h t i 3-4 / 2008

ETRS89- kiintopisteistön nykyisyys ja tulevaisuus. Jyrki Puupponen Kartastoinsinööri Etelä-Suomen maanmittaustoimisto

KIINTOPISTEMITTAUKSET MML:ssa

Mittapöytämittauksesta

Radiotekniikan sovelluksia

TTY Mittausten koekenttä. Käyttö. Sijainti

Maanmittauspäivät 2014 Seinäjoki

EUREF ja GPS. Matti Ollikainen Geodeettinen laitos. EUREF-päivä Teknillinen korkeakoulu Espoo

1) Maan muodon selvittäminen. 2) Leveys- ja pituuspiirit. 3) Mittaaminen

AVOMERINAVIGOINTI eli paikanmääritys taivaankappaleiden avulla

MITTAPÖYTÄMITTAUS - vuosisatainen mittausmenetelmä Annukka Ilonen

Kaunispään kolmiomittaustorni

GPS-koulutus Eräkarkku Petri Kuusela. p

EUREF-FIN/N2000-MUUNNOKSET HELSINGIN KAUPUNGISSA

RAPORTTI lUMVl2001. Urpo Vihreäpuu. Jakelu. OKMElOutokumpu 2 kpl PAMPALON RTK-KIINTOPISTEET. Sijainti 1: Avainsanat: RTK-mittaus

KIINTOPISTEREKISTERI N2000-LASKENTATILANNE Matti Musto / Etelä-Suomen maanmittaustoimisto

Struven jäljillä vaeltaen Stuorrahanoaiville

OUTOKUMPU OY 0 K MALMINETSINTA

EUREF-Teemapäivä II , Tieteiden talo

1 JOHDANTO 3 2 LÄHTÖTIEDOT JA MENETELMÄT 4

Kartografian historiaa ja perusteita. Taru Tiainen

Pieksämäen kaupunki, Euref-koordinaatistoon ja N2000 korkeusjärjestelmään siirtyminen

Struve route description. NGO PAIK Aivar Niinemägi

Uusi koordinaatti- ja korkeusjärjestelmä

JHS 163 Suomen korkeusjärjestelmä N2000 Liite 3. Geoidimallit

MAAPALLON GEOMETRIA JA SEN SELVITTÄMINEN

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

JHS-suositus(luonnos): Kiintopistemittaus EUREF-FIN koordinaattijärjestelmässä

JHS 163 Suomen korkeusjärjestelmä N2000 Liite 2. Aiemmat korkeusjärjestelmät ja niiden väliset muunnokset

EUREF-FIN JA KORKEUDET. Pasi Häkli Geodeettinen laitos

Palautekooste: JHS 153 / JHS XXX EUREF-FIN -järjestelmän mukaiset koordinaatit Suomessa

Suorakulmainen kolmio

Etäisyyden yksiköt tähtitieteessä:

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet:

EUREF-FIN/N2000 käyttöönotto Helsingissä

1 Tieteellinen esitystapa, yksiköt ja dimensiot

1 Tieteellinen esitystapa, yksiköt ja dimensiot

PIKAOPAS 1. Kellotaulun kulma säädetään sijainnin leveys- asteen mukaiseksi.

JUHTA - Julkisen hallinnon tietohallinnon neuvottelukunta

Havaintometsän koordinaattien määrittäminen

VRT Finland Oy SAKKA-ALTAAN POHJATOPOGRAFIAN MÄÄRITTÄMINEN KAIKULUOTAAMALLA

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Sodankylä Joukhaisselän tuulipuiston alueen muinaisjäännösinventointi 2011.

Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Metaanimittaukset Ämmässuon kaatopaikalla 2018

3D-kuvauksen tekniikat ja sovelluskohteet. Mikael Hornborg

ALAJÄRVI Möksy sähköaseman ympäristö muinaisjäännösinventointi 2015

Latauspotentiaalimittaukset Olkiluodossa keväällä 2003

Luento 6 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Selostus Kemin tutkimusalueella suoritetuista linjoituksista sekä monikulmiomittauksista.

Tampere Kalliojärven ranta-asemakaava-alueen muinaisjäännösinventointi 2013

Konnevesi Silmutmäki tuulipuiston muinaisjäännösinventointi 2013

Inkoo Smeds 1 asemakaavan muutosalueen muinaisjäännösinventointi 2016

MUINAISJÄÄNNÖSSELVITYS

Jos ohjeessa on jotain epäselvää, on otettava yhteys Mänttä-Vilppulan kaupungin kiinteistö- ja mittauspalveluihin.

PAINOVOIMAMITTAUKSET JA KALLIONPINNAN SYVYYSTULKINNAT

Kohde: Murskaustyön aiheuttama melu

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 2, Harmoninen värähtelijä

Hyrynsalmi Iso-Tuomivaara tuulivoimapuiston muinaisjäännösinventoinnin täydennys 2014

PIEKSÄMÄEN MELUSELVITYKSEN MELUMITTAUKSET

Kemiönsaaren Nordanån merikotkatarkkailu kesällä 2017

Ikaalinen Iso-Kalajärvi ranta-asemakaava-alueen muinaisjäännösinventointi 2014

IL Dnro 46/400/2016 1(5) Majutveden aallokko- ja virtaustarkastelu Antti Kangas, Jan-Victor Björkqvist ja Pauli Jokinen

SUHTEELLISUUSTEORIAN TEOREETTISIA KUMMAJAISIA

TASAVIRTAPIIRI - VASTAUSLOMAKE

Linnakallion asemakaavan laajennus, arkeologinen inventointi 2013

Tähtitieteen historiaa

Tähdenpeitot- Aldebaranin ja Reguluksen peittymiset päättyvät

GPS:n käyttö suunnistuskartoituksessa

TURKU.

Geodeettisen laitoksen koordinaattimuunnospalvelu

Mäntyharju Kallavesi ja Korpijärvi ranta-asemakaava-alueiden muinaisjäännösinventointi 2013

LEMPÄÄLÄ Moisio-Hakkarin asemakaavan Kiviahon pohjoisosan laajennusalueen muinaisjäännösinventointi 2015 Johanna Rahtola Timo Jussila

Karkkila Nuijajoen ranta-asemakaava-alueiden muinaisjäännösinventointi 2014

YMPÄRISTÖMELUN MITTAUSSUUNNITELMA

Kenguru 2012 Junior sivu 1 / 8 (lukion 1. vuosi)

Iitti Perheniemi tuulivoimapuiston muinaisjäännösinventointi 2017

Mynämäen kaivon geoenergiatutkimukset

Mittaushavaintojen täsmällinen käsittelymenenetelmä

Puutavaran tukkimittarimittauksessa käytettävä tyvisylinterin pituus ja tarkastusmittauksen mittaussuunta

Espoo Jorvi Glims 20 kv ilmajohtolinjan pylväspaikkojen konekaivuun valvonta 2013

Raidegeometrian geodeettiset mittaukset osana radan elinkaarta

Nurmes Pitkämäen teollisuusalueen asemakaavan laajennusalueen muinaisjäännösinventointi 2013

Maailmanperinnöstä voimaa paikallisiin palveluihin yhdessä tekemällä ja kokemalla. Annamari Maukonen

MATEMATIIKAN TYÖT KONNEVEDEN KENTTÄTYÖJAKSOLLA / KEVÄT 2015

YMPÄRISTÖMELUN MITTAUSRAPORTTI

Kirkkonummi Finnträsk Kurkirannan kaava-alueen muinaisjäännösinventointi 2013

Kontiolahti Kulho Pohjavesikaivojen ja vesijohtolinjan muinaisjäännösinventointi 2014

KAARINAN SYYSMARATON

OSA 3: GEOMETRIAA. Alkupala. Kokoa neljästä alla olevasta palasesta M kirjain.

ASUINKERROSTALON ÄÄNITEKNISEN LAADUN ARVIOINTI. Mikko Kylliäinen

VAISALAN STATOSKOOPPIEN KÄYTTÖÖN PERUSTUVASTA KORKEUDEN-

[MATEMATIIKKA, KURSSI 8]

Saarijärvi, Multia Soidinmäen tuulipuiston muinaisjäännösinventointi 2013

Laukaa Laajalahti asemakaava-alueen muinaisjäännösinventointi 2013

Suhteellisuusteorian vajavuudesta

Tammela Kellarinmäki muinaisjäännöskartoitus 2013

VIII LISÄTIETOA 8.1. HAVAINTOVIRHEISTÄ

Transkriptio:

Maanmittaus 84:1 (2009) 65 Maanmittaus 84:1 (2009) Historiallinen tietoisku Kolmiomittauksen historiaa Jyrki Puupponen jyrki.puupponen@iki.fi Tiivistelmä. Vuonna 2008 Maanmittauslaitos juhlii 375-vuotistaivaltaan ja Geodeettinen laitos täyttää pyöreät 90 vuotta. Kumpikin organisaatio on tehnyt valtavan työn kolmiomittausten saralla pääasiassa 1900-luvulla. Tähän kirjoitukseen on tiivistetty lyhyt kuvaus kolmiomittaustekniikasta sekä pyritty selventämään mittausten merkitystä suomalaiselle maanmittausalalle. 1 Historiallisia kolmiomittauksia Kolmiomittaus on ikivanha menetelmä tarkan geodeettisen runkoverkon luomiseksi alueen kartoitusta varten. Tavallisesti kolmiomittaukseen sisällytetään myös tähtitieteelliset mittaukset, jolloin siitä muodostuu menetelmä maapallon muodon määrittämiseksi mittausalueella. Kolmiomittauksen klassinen erikoissovellus on ns. astemittaus, joka tarkoittaa, että maan pinnalla mitataan yhden asteen mittaisen meridiaanikaaren pituus kolmiomittauksin. Ensimmäinen astemittaus nykyisen Suomen maaperällä suoritettiin vuosina 1736 ja 1737. Ranskalainen retkikunta Pierre-Louis Moreau de Maupertuis n johdolla mittasi tuolloin kolmioketjun Torniojokilaaksossa. Maupertuis n tarkoitus oli varmistaa Isaac Newtonin teoria maapallon muodosta. Eurooppalaisissa tiedepiireissä oli syntynyt kiista siitä onko maapallo navoiltaan venynyt vai litistynyt. Newton oli vuonna 1687 ilmestyneessä Principia teoksessaan osoittanut teoreettisesti maapallon olevan navoiltaan litistynyt pyörähdysellipsoidi ja Maupertuis n mittaukset todistivat teorian oikeaksi. 1800-luvulla suoritettiin toinen merkittävä astemittaus Euroopassa. Friedrich George Wilhelm Struven suunnittelema kolmioketju (Struven ketju, Venäläis-Skandinaavinen kolmioketju) ulottui aina Mustalta mereltä Jäämerelle asti. Ketjun mittaaminen aloitettiin vuonna 1816 ja sitä laajennettiin useaan otteeseen. Urakka saatiin lopullisesti päätökseen vasta vuonna 1855. Suomeen Struven ketju saapui Virosta Suursaaren kautta jatkuen Jyväskylän ja Oulun kautta aina Torniojokilaaksoon. Torniojokilaaksosta ketju jatkui Stuorraoaivin kautta Norjaan ja edelleen Jäämerelle. Struven ketjun tarkoitus oli selvittää maapallon muoto entistä tarkemmin. Struven ketjun tieteellishistoriallinen merkitys tunnustettiin vuonna 2005, kun ketju hyväksyttiin Unescon maailmanperintöluetteloon.

66 Kolmiomittauksen historiaa Kuva 1. Torniojokilaakson kartta ja kolmioverkko, jonka Maupertuis n retkikunta mittasi 1736-1737 (Maupertuis 1738). 2 Perinteistä kolmiomittausta itsenäisessä Suomessa Venäjän topografikunta teki Suomessa 1800-luvulla ja 1900-luvun alussa kolmiomittauksia kartoituksia varten. Varsinainen suurimittainen kolmiomittausurakka aloitettiin Suomen itsenäistyttyä. Vuonna 1918 perustettiin Geodeettinen laitos mittaamaan Suomeen I luokan kolmioverkko, joka toimisi koordinaatiston perustana kartoissa. Maanmittaushallitus aloitti myös systemaattiset kolmiomittaukset Suomessa heti itsenäisyyden jälkeen. Geodeettisen laitos mittasi tarkimman I-luokan kolmioverkon ja Maanmittaushallitus tihensi sitä alemman luokan mittauksilla. Laajoja kolmiomittauksia Suomessa tekivät myös mm. puolustusvoimien topografikunta, merenkulkuhallitus ja lukuisat kunnat. Kolmiomittausurakka oli valtava haaste. Projekti aloitettiin vuonna 1919 ja saatiin päätökseen vasta 1987. Näiden, liki seitsemänkymmenen vuoden aikana suoritettuihin mittauksiin osallistui tuhansia varusmiehiä, tornien rakentajia, valottajia, maanmittareita ja muita henkilöitä. Jo pelkästään Geodeettisen laitoksen

Maanmittaus 84:1 (2009) 67 Kuva 2. Geodeettisen laitoksen johtaja V.A. Heiskanen esittää kolmioverkon mittausten etenemistä vuonna 1949. Kuva 3. Useimmille mittauspaikoille rakennettiin massiivinen kolmiomittaustorni. Kuvassa Perniön torni vuodelta 1921.

68 Kolmiomittauksen historiaa I luokan kolmioverkkoon kuului noin 340 pistettä ja Maanmittauslaitoksen alempien luokkien verkkoihin yhteensä yli 8 000 kolmiopistettä. Kolmiomittaustornit kuuluivat kiinteänä osana suomalaiseen maisemaan koko 1900-luvun ja ne olivat suosittuja näköalapaikkoja vuosikymmenien ajan. Vielä nykyäänkin pystyssä olevia, vaikkei enää turvallisia, torneja löytyy Lapin tuntureilta. 3 Kolmiomittaustekniikka; tähtitiedettä, kulmien mittausta ja perusviivanmittausta I luokan kolmiomittaus koostui kolmesta erillisestä mittausmenetelmästä. Jokaisella mittausmenetelmällä oli oma tärkeä roolinsa osana kokonaisuutta. Invarlankamitauksella mitattiin lyhyt, muutaman kilometrin mittainen, perusviiva. Perusviivan pituus monistettiin kolmioverkon kahden kolmiopisteen, ns. perussivun, pituudeksi suurennusverkon kulmahavaintojen avulla. Trigonometrisesti voitiin yhden tunnetun etäisyyden jälkeen kolmion muiden sivujen pituudet voitiin määrittää kulmanmittausten avulla. Jatkamalla kulmien havaitsemista naapurikolmioihin ei työläitä etäisyysmittauksia tarvinnut suorittaa kovin tiheään. Tähtitieteellisillä mittauksilla kolmioverkko puolestaan sijoitettiin ja orientoitiin suhteessa maapallon pintaan nähden. 3.1 Kulmanmittaus I luokan verkossa Näkyvin ja yleisesti tunnetuin osa kolmiomittauksia oli kulmien havaitseminen suurista kolmiomittaustorneista. Suurimmalle osalle mittauspisteistä pystytettiin Kuva 4. Kolmioiden kulmat havaittiin kolmiomittaustorneista, kirkkojen torneista ja majakoista. Kuvassa Uuno Pesonen havaitsee Oulun kolmiopisteellä vuonna 1939.

Maanmittaus 84:1 (2009) 69 muutamasta metristä yli kolmeenkymmeneen metriin ulottuva kolmiomittaustorni. Tornit rakennettiin kaksinkertaisiksi eli ulompi torni oli havaitsijaa varten ja sisempi torni havaintolaitteistoa varten. Tällä menettelyllä havaitsijan ja kirjurin liikkeet eivät vaikuttaneet havaintokojeeseen. Kaikki I luokan kolmiomittauksissa käytetyt pisteet olivat valaistuja pisteitä. Valaistus hoidettiin joko heliotroopilla tai sähkövalolla. Heliotroopilla auringon valo heijastettiin kahden peilin avulla tornia kohti, jossa tehtiin kulmahavaintoja. Maan pyörähdysliikkeestä johtuen valaisijan tuli jatkuvasti säätää peilejä. Perimätiedon mukaan 1900 luvun alkuvuosikymmeninä, kun muuta viestintäkeinoa ei ollut, piti havaitsija yhteyttä valottajiin postin välityksellä. Tiedon saaminen apulaiselle saattoikin kestää jopa viikon. Toinen tapa viestiä usean kymmenen kilometrin päässä sijaitsevaan naapuritorniin olivat valomerkit. Valomerkein saattoi vaivatta ilmoittaa mittausten päättyneen tai varoittaa lähestyvästä myrskystä. Itse kulmien mittaaminen oli tarkkaa työtä. Kulmia havaittiin 24 havainnon sarjoissa siten, että sarjojen välissä kojeen jakokehä, josta vaakasuunnat luettiin mikroskoopin avulla, kierrettiin systemaattisten virheiden minimoimiseksi. Jokainen havainto kohdistettiin kolme kertaa ja kulmat havaittiin aina molemmissa kojeasennossa. 3.2 Tähtitieteelliset mittaukset Kolmioverkon sijoittamiseksi maan pinnalle, eli sen sijainnin ja orientoinnin kiinnittämiseksi, oli verkon pisteille määritettävä myös tähtitieteelliset eli astronomiset koordinaatit ja tähtitieteellinen atsimuti eli pohjoissuunta. Kuva 5. Tähtitieteellisessä paikanmäärityksessä havaitsija seuraa tähden liikettä kaukoputken näkökentässä. Kuvassa Erkki Kääriäinen havaitsee tähtien ylikulkuja Iso-Pyhätunturilla vuonna 1955.

70 Kolmiomittauksen historiaa Latitudi eli leveysaste havaittiin Suomen I luokan kolmioverkossa Horrebow-Talcottin keinolla. Menetelmässä valittiin tähtipari, josta toinen tähti ohittaa meridiaanin zeniitin pohjoispuolelta ja toinen eteläpuolelta. Tähtien havaituista sijainneista tähtitaivaalla pystyttiin latitudi määrittämään tähtiluettelon avulla. Tähtitieteellinen longitudi eli pituusaste määritettiin mittaamalla tähden ohikulkuhetki meridiaanitason yli. Tarkka aika saatiin kronometristä, jonka kelloa verrattiin radiolla saatavista aikamerkeistä Greenwichin aikaan. Tähtien ylikulkuaika mitattiin silmä ja korva -menetelmällä eli kronometrin nakutuksen avulla arvioitiin sekunnin kymmenyksen tarkkuudella tähden ylikulku ohikulkukojeen kaukoputken näkökentässä. Kolmiopisteiden tähtitieteelliset koordinaatit pystyttiin edellä mainitulla tekniikalla määrittämään muutaman metrin tarkkuudella. Koordinaattien lisäksi mitattiin usein myös pohjoissuunta Pohjantähdestä. Tarkempi kuvaus käytetyistä menetelmistä löytyy mm. lähteistä Ollikainen (1977, 1982). 3.3 Perusviivan mittaukset Astronomisten mittausten ja kulmahavaintojen lisäksi tarvittiin perusviivan mittauksia. Vähintään kolmion yhden sivun pituus oli tunnettava, jotta muut sivujen pituudet voitiin kulmahavaintojen avulla laskea. Verkon mittakaava määräytyi perusviivojen pituuksista. Maastoon mitattiin invarlangoilla lyhyt, muutaman kilometrin mittainen perusviiva. Perusviivan pituus siirrettiin suurennusverkon ja sen kulmanmittausten avulla kolmion perussivun pituudeksi. Invarlankojen pituudet kalibroitiin ensin Santahaminan vertausperusviivaa käyttäen ja myöhemmin Nummelan normaaliperusviivaa käyttäen. Nummelan Kuva 6. Perusviivat mitattiin kolmioverkossa 24 metrin mittaisilla invarlangoilla. Mittausryhmään kuului kaksi havaitsijaa, kaksi punttimiestä, kaksi statiivimiestä ja kirjuri. Kuvassa perusviivan mittaus meneillään Ilmajoella vuonna 1930.

Maanmittaus 84:1 (2009) 71 normaaliperusviivan (864 m) pituus johdettiin kvartsimetristä Yrjö Väisälän valkoisen valon interferenssiin perustuvalla interferenssikomparaattorilla. Metrin mittaisen kvartsimetrin pituus määritti siis koko verkon mittakaavan. Kvartsimetrin pituus tunnettiin erittäin tarkasti. Kvartsimetrin absoluuttista pituutta tarkennettiin ajan kuluessa noin mikrometrin epävarmuudesta muutamien kymmenien nanometrien epävarmuuteen. (Kukkamäki, 1978) 4 Kolmiomittausten merkitys Suurin merkitys kolmiomittauksilla on ollut maanmittaus- ja kartoitusalalla. Kolmiomittauksin on valtakuntaan muodostettu useita koordinaatistoja. Vieläkin laajassa käytössä oleva kartastokoordinaattijärjestelmä (kkj) on mitattu kolmiomittauksin. Maastokarttojen koordinaatistona kkj toimi vuoteen 2005 asti, jonka jälkeen maanmittauslaitos on siirtynyt asteittain käyttämään uutta EUREF-FIN koordinaatistoa karttatuotannossa. GPS-teknologia syrjäytti perinteiset kolmiomittaukset muutamassa vuodessa 1980-luvulla. Laajuudeltaan vastaava urakka, joka kolmiomittauksin oli kestänyt liki 70 vuotta, pystyttiin mittaamaan muutamassa kesässä GPS-mittauksin. Paria suuruusluokkaa tarkempien GPS-mittausten myötä päästiin arvioimaan myös kolmioverkon tarkkuutta. On häikäisevää tajuta, millaiseen tarkkuuteen kolmiomittauksella kuitenkin päästiin. Mittausten edetessä Hangosta Utsjoelle mittauksiin kasautui vain parin metrin absoluuttinen virhe. Toisiaan lähellä olevilla pisteillä virhe oli luonnollisesti paljon pienempi, muutamia senttimetrejä. Suomen kolmioverkko on luultavasti maailman tarkin. Voidaankin todeta, että kolmiomittaustekniikka oli jo 1900- luvun alussa kehittynyt hämmästyttävän tarkaksi ja sitä voidaan pitää suurena tieteellisenä saavutuksena. Viiteluettelo Kukkamäki, T. J. (1978). Väisälä interference comparator. Suomen Geodeettisen laitoksen julkaisuja N:o 87. Helsinki. Maupertuis P-L. M. (1738) de. La figure de la terre. Amsterdam. Ollikainen, M. (1977). Astronomical azimuth determinations on triangulation stations in 1962 1970. Suomen geodeettisen laitoksen julkaisuja N:o 84. Helsinki, ISBN 951-711- 040-5. Ollikainen, M. (1982). Astronomical determinations of latitude and longitude in 1976 1980. Suomen geodeettisen laitoksen julkaisuja N:o 95.. ISBN 951-711-075-8. Valokuvat: Geodeettisen laitoksen valokuva-arkisto. Elokuva kolmiomittauksista Jyrki Puupposen ja Jaakko Järvisen toteuttamana dokumenttielokuva kolmiomittauksista KOLMIOMITTAUS Suomen kartoituksen perusta tallentaa ja esittelee kolmiomittausten pitkän historian aina 1700-luvun 1900-luvun lopulle saakka. Elokuva on julkaistu DVD:llä vuonna 2008 ja se on kestoltaan 33 minuuttia. Sen voi tilata sähköpostitse: jyrki. puupponen@iki.fi.