Διερεύνηση των μεθοδολογιών προσδιορισμού κατακόρυφης θέσης σημείου σε έργα μηχανικού
Authors: Αραμπατζή Ορθοδοξία 
Published: August 2021

Στην παρούσα διατριβή, που αποτελείται από τρία μέρη, ερευνώνται θεωρητικά και μέσω ποικιλίας εφαρμογών στον Ελλαδικό χώρο, οι μέθοδοι προσδιορισμού υψομετρικών διαφορών κατάλληλων για έργα αρμοδιότητας Μηχανικού. Εξετάζονται και προτυποποιούνται οι διορθώσεις και αναγωγές που απαιτούνται στις σύγχρονες (επίγειες και δορυφορικές) μεθόδους προσδιορισμού υψομετρικών διαφορών, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανεξάρτητα ή σε συνδυασμό, παρέχοντας τα καλύτερα δυνατά αποτελέσματα με κριτήρια τεχνικοοικονομικά (ακρίβεια, κόστος, ταχύτητα). Στο Μέρος A (Θεωρητική Τεκμηρίωση) αναπτύσσονται τα ακόλουθα: Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια σύντομη θεωρητική αναφορά σε έννοιες και σε θέματα που αφορούν στον προσδιορισμό των επιφανειών αναφοράς των υψομέτρων καθώς και στα είδη των υψομέτρων. Στο κεφάλαιο 2 αναλύεται σύντομα η μέθοδος της κλασσικής Γεωμετρικής Χωροστάθμησης. Παρουσιάζονται τα σύγχρονα ψηφιακά όργανα (χωροβάτες και σταδίες) και οι αλλαγές που η χρήση τους απέφερε στην διαδικασία των χωροσταθμήσεων. Στο κεφάλαιο 3 αναλύεται η μέθοδος της κλασσικής Τριγωνομετρικής Υψομετρίας και σχολιάζονται οι βελτιώσεις που έφερε σ' αυτή η χρήση των σύγχρονων total stations με κατάφωτο ή όχι. Αναλύεται η επίδραση της απόκλισης της κατακορύφου στις μετρημένες με Τ.Υ. υψομετρικές διαφορές και γίνεται μια σύγκριση μεταξύ των υψομετρικών διαφορών που λαμβάνονται από Τ.Υ. και Γ.Χ. Τέλος, παρουσιάζεται η μέθοδος της Ειδικής Τριγωνομετρικής Υψομετρίας, που αποτελεί συνδυασμό Τ.Υ. και Γ.Χ. και αποσκοπεί κύρια στην εξάλειψη του σφάλματος που υπεισέρχεται στην Τ.Υ. από τη μέτρηση των Υ.Ο και Υ.Σ. και στη μείωση των σφαλμάτων λόγω διάθλασης. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται συνοπτικά ο τρισδιάστατος εντοπισμός θέσης ενός σημείου με χρήση του συστήματος GP5 και δίδεται έμφαση στο είδος της κατακόρυφης πληροφορίας που παρέχεται. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται περιληπτικά οι μέθοδοι προσδιορισμού των αποκλίσεων της κατακορύφου και των αποχών του γεωειδούς (Ν και ΔΝ), με στόχο τη μετατροπή των γεωμετρικών υψομέτρων και υψομετρικών διαφορών που λαμβάνονται από το GPS σε ορθομετρικά αντίστοιχα μεγέθη. Στο Μέρος Β (κεφάλαιο 6) παρουσιάζονται Εφαρμογές στον Ελλαδικό χώρο. Αναλύονται πέντε περιπτώσεις υψομετρικών δικτύων με διαφορετικά χαρακτηριστικά και σχολιάζονται τα αποτελέσματα, με γνώμονα την επιτευχθείσα ακρίβεια, σε συνδυασμό με την ευκολία και την ταχύτητα (συνεπώς και την οικονομικότητα) της μεθόδου που εφαρμόστηκε. Ως τέτοιες χαρακτηριστικές περιπτώσεις έχουν επιλεγεί: ❖ Ένα «μικρό» (300 m x 300 m) δίκτυο κατακορύφου ελέγχου σε περιοχή της γραμμής Β του Metro της Αθήνας, με σημεία ελέγχου στον υπέργειο και υπόγειο χώρο που μετρήθηκε σε 5 φάσεις κατά την διάρκεια εκσκαφής της σήραγγας. ❖ Ένα δίκτυο κατακορύφου ελέγχου μεταξύ Μήλου και Κιμώλου, με σκοπό την υψομετρική σύνδεση των δύο νησιών. Η περίπτωση αυτή αφορά στον προσδιορισμό υψομετρικών διαφορών μεταξύ ακτών σε αποστάσεις της τάξης των 2 km, όπου εφαρμόστηκαν επίγειες και δορυφορικές μέθοδοι. ❖ Ένα δίκτυο κατακορύφου ελέγχου στην πόλη του Μετσόβου, με ειδικές δυσκολίες λόγω της δύσκολης τοπογραφίας της περιοχής, με μεγάλες κλίσεις του εδάφους και πυκνοδομημένο οικιστικό ιστό. Ένα μεγάλο μέρος του δικτύου μετρήθηκε σε 2 φάσεις, το Μάιο 1999 χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της E.T.Y. και τον Ιούνιο 2006 χρησιμοποιώντας συνδυασμό Ε.Τ.Υ. και GPS. Στην εφαρμογή παρουσιάζονται όλα τα αποτελέσματα, καθώς και οι διαδικασίες που ακολουθήθηκαν για τη μετατροπή των γεωμετρικών υψομέτρων που μετρήθηκαν με το GPS σε αντίστοιχα ορθομετρικά, ώστε να μπορούν να συγκριθούν με αυτά που προέκυψαν από Ε.Τ.Υ. ❖ Ένα δίκτυο κατακορύφου ελέγχου στην περιοχή Αλιβερίου με αποστάσεις μεταξύ κορυφών από 3 έως 10 km (μήκη χωροσταθμικών οδεύσεων από 4 έως 17 km). Λόγω του μεγέθους του δικτύου, η εφαρμογή επίγειων μεθόδων θα μπορούσε να θεωρηθεί προβληματική. Ο σκοπός ίδρυσης του δικτύου αυτού ήταν: - να ελέγξει τα αποτελέσματα της Ε.Τ.Υ. σε ένα δίκτυο ελευθέρου πεδίου με μεγάλες πλευρές (ακρίβεια και παραγωγικότητα) - να συγκρίνει τα ορθομετρικά υψόμετρα που προκύπτουν από Ε.Τ.Υ. με αυτά που προκύπτουν, αφού γίνουν οι κατάλληλες μετατροπές στα γεωμετρικά υψόμετρα που προκύπτουν από μετρήσεις GPS. Για τη μετατροπή των γεωμετρικών υψομέτρων σε αντίστοιχα ορθομετρικά χρησιμοποιήθηκε ένα τοπικό μοντέλο γεωειδούς καθώς και το παγκόσμιο γεωδυναμικό μοντέλο PGM2000A. ❖ Ένα δίκτυο κατακορύφου ελέγχου στην περιοχή κατασκευής της γέφυρας Ρίου -Αντιρρίου, που ιδρύθηκε με σκοπό την παρακολούθηση των κατακόρυφων θέσεων διαφόρων χαρακτηριστικών σημείων του έργου κατά τη διάρκεια κατασκευής της γέφυρας και μετά. Οι αποστάσεις μεταξύ των ακτών ποικίλουν από 2 έως 3.5 km. Το δίκτυο, μετρήθηκε συνολικά σε 4 φάσεις (Μάιος 1999, Απρίλιος 2001, Νοέμβριος 2002 και Ιούλιος 2004). Εδώ παρουσιάζεται η μεθοδολογία μετρήσεων που εφαρμόστηκε, τα αποτελέσματα που εξήχθησαν και η σύγκριση των 4 φάσεων μετρήσεων. Τέλος, στο Μέρος Γ. παρουσιάζονται τα Συμπεράσματα και γίνονται Προτάσεις για πιθανή συνέχεια της (κεφάλαια 7 και 8). Συνοπτικά, τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα εργασία είναι: → Οι υψηλές ακρίβειες με σχετικά εύκολο τρόπο που τα σύγχρονα όργανα υπόσχονται, απαιτούν λεπτομερείς, σχολαστικούς και σε τακτά χρονικά διαστήματα ελέγχους και βαθμονομήσεις, άρα και την ανάπτυξη Μετρολογικών διαδικασιών ελέγχου προσαρμοσμένων στη σύγχρονη ψηφιακή - ηλεκτρονική τους τεχνολογία. → Η Γ.Χ. παραμένει η πλέον ακριβής μέθοδος προσδιορισμού ΔΗ (έως και δέκατα του mm ανά km χωροστάθμησης), κυρίως σε εφαρμογές περιορισμένου πεδίου. Η ανάπτυξη και χρήση την τελευταία 15ετία των ψηφιακών χωροβατών της έδωσε νέα ώθηση, παρέχοντας ακριβή αποτελέσματα σε λιγότερο χρόνο και αισθητή μείωση συστηματικών σφαλμάτων ανάγνωσης και μεταφοράς δεδομένων. → Η μέθοδος της Ε.Τ.Υ., όπως εφαρμόζεται σήμερα, με τη χρήση των total stations, είναι η ενδεδειγμένη λύση για κατακόρυφους προσδιορισμούς τόσο σε περιοχές με ειδικά προβλήματα (εργοτάξια, φυσικά και τεχνητά εμπόδια κ.λ.π.) όσο και σε δίκτυα εκτεταμένου πεδίου, εφόσον η προδιαγεγραμμένη ακρίβεια είναι της τάξης των μερικών mm/km. Για να εκμεταλλευτεί κανείς το μεγάλο βεληνεκές των σύγχρονων οργάνων, διατηρώντας την ακρίβεια, θα πρέπει να καταφύγει στην διαδικασία των αμοιβαίων και ταυτόχρονων παρατηρήσεων (για απαλειφή των σφαλμάτων λόγω καμπυλότητας και ατμοσφαιρικής διάθλασης) και να εξετάζει προσεκτικά την επίδραση της απόκλισης της κατακορύφου στις μετρημένες ζενίθιες αποστάσεις. → Συμβατή με τη μέθοδο της Ε.Τ.Υ. από πλευράς παρεχόμενης ακρίβειας, είναι και η διαδικασία εντοπισμού της κατακόρυφης θέσης σημείου με GP5 χρησιμοποιώντας σχετικό στατικό εντοπισμό και δέκτες δύο συχνοτήτων. Οι δύο μέθοδοι μπορούν να συνεργαστούν χωρίς ιδιαίτερα προβλήματα, υπό την προϋπόθεση ότι το δίκτυο στο οποίο από κοινού εφαρμόζονται, έχει εξ αρχής σχεδιαστεί σύμφωνα με τις ανάγκες και τις απαιτήσεις κάθε μιας από αυτές. → Η μετατροπή των γεωμετρικών Δh που μετρώνται με το GPS στις ζητούμενες ορθομετρικές δεν είναι πάντα εύκολη, ούτε της ίδιας ακρίβειας. → Σε περιοχές έκτασης λίγων km², ο γεωμετρικός προσδιορισμός ενός τοπικού μοντέλου γεωειδούς από σημεία με γνωστή οριζοντιογραφική θέση και γνωστό γεωμετρικό και ορθομετρικό υψόμετρο, φαίνεται να είναι η βέλτιστη λύση, ώστε να μπορούν να μετατρέπονται οι μετρημένες με GPS Δh σε αντίστοιχες ορθομετρικές. Με τον τρόπο αυτό μπορούν να προκύψουν αποτελέσματα ακρίβειας της τάξης των 1-2 cm. Η ακρίβεια αυτή, ενώ καλύπτει ένα πλήθος τοπογραφικών εφαρμογών (υψομετρικά δίκτυα για αστική χρήση, κτηματολόγιο, ψηφιακά μοντέλα εδάφους, χαρτογραφικές εφαρμογές ακρίβειας κ.λ.π.), αφήνει έξω εφαρμογές υψηλής ακρίβειας (μικρομετακινήσεις, παραμορφώσεις, χαράξεις ακρίβειας π.χ. σε υδραυλικά ή σιδηροδρομικά έργα), όπου οι επίγειες μέθοδοι και ειδικά η Γεωμετρική Χωροστάθμηση, είναι (προς το παρόν) αναντικατάστατες.