Source: http://docplayer.fi/21883575-Etrs89-jarjestelman-kayttoonotto-suomessa.html
Timestamp: 2019-01-21 18:48:24+00:00
Document Index: 1764988

Matched Legal Cases: ['kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ', 'kko ']

ETRS89-JÄRJESTELMÄN KÄYTTÖÖNOTTO SUOMESSA - PDF
Download "ETRS89-JÄRJESTELMÄN KÄYTTÖÖNOTTO SUOMESSA"
1 OPINNÄYTETYÖ SAARA PATRONEN 2011 ETRS89-JÄRJESTELMÄN KÄYTTÖÖNOTTO SUOMESSA MAANMITTAUSTEKNIIKKA
2 ROVANIEMEN AMMATTIKORKEAKOULU TEKNIIKKA JA LIIKENNE Maanmittaustekniikka Opinnäytetyö ETRS89-JÄRJESTELMÄN KÄYTTÖÖNOTTO SUOMESSA Saara Patronen 2011 Toimeksiantaja Rovaniemen ammattikorkeakoulu Ohjaaja TkL Pasi Laurila Hyväksytty 2011
3 Tekniikka ja liikenne Maanmittaustekniikka Opinnäytetyön tiivistelmä Tekijä Saara Patronen Vuosi 2011 Toimeksiantaja Työn nimi Sivu- ja liitemäärä Rovaniemen ammattikorkeakoulu ETRS89-järjestelmän käyttöönotto Suomessa 41 Tämän opinnäytetyön tavoitteena on yleisellä tasolla käsitellä ETRS89- koordinaattijärjestelmän käyttöönottoa Suomessa. Työssä esitellään aiheeseen liittyvät perustiedot, ohjeistukset ja lainsäädäntö, siirtymisen vaiheet ja esimerkkitapauksia. Työ on toteutettu kirjallisuustutkimuksen keinoin. Suomessa ollaan ottamassa käyttöön Euroopan laajuinen ETRS89- koordinaattijärjestelmän kansallinen realisaatio EUREF-FIN ja sen kanssa käytettävät tasokoordinaatistot ETRS-TM35FIN ja ETRS-GKn. Siirtyminen uuteen koordinaattijärjestelmään on vaativa prosessi, joka voidaan jakaa viiteen vaiheeseen: selvitystyö, suunnitteleminen, mittaaminen, laskenta ja käyttöönotto. Perusteet prosessille ja toteutuksen ohjaaminen on Suomessa säädetty laissa, julkisen hallinnon suosituksissa, Suomen Geodeettisen laitoksen tiedotteissa ja kaavoitusmittausohjeessa. Avainsanat: ETRS89, EUREF-FIN
4 School of Technology Land Surveying Abstract of Thesis Author Saara Patronen Year 2011 Commissioned by Subject of thesis Number of pages Rovaniemi University of Applied Sciences Introduction of ETRS89 System in Finland 41 The aim of this study was to discuss the ETRS89 system in Finland at a general level. Thesis presents the related basic information, guidelines and legislation, steps in the transformation process and case studies. This research was carried out as a literature review. Finland is introducing the European-wide ETRS89 system and its national format EUREF-FIN with plane coordinate systems ETRS-TM35FIN and ETRS-GKn. The transformation process is demanding and it can be divided into five stages: clearing phase, measuring, calculation and implementation. In Finland the process criteria and practical implementation guidance has been determined by the law, the government recommendations, the Finnish Geodetic Institute bulletins and the zoning measuring guide. Key words: ETRS89, EUREF-FIN
5 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO TEORIATAUSTA Koordinaatit Koordinaattijärjestelmä Koordinaatisto Yleistä koordinaatistoista Maantieteellinen koordinaatisto Ellipsoidikeskinen suorakulmainen koordinaatisto Tasokoordinaatisto Valtakunnalliset tasokoordinaatistot Suomessa Vanha Valtion Järjestelmä Kartastokoordinaattijärjestelmä ETRS-TM35FIN ja ETRS-GKn Koordinaattien muuntaminen Koordinaattikonversiot Koordinaattimuunnokset Helmert-muunnos Kolmiulotteinen yhdenmuotoisuusmuunnos Affiininen muunnos tasolla Affiininen muunnos kolmioittain EUREF-FIN EUREF GPS-Suomi FinnRef EUREF-FIN-pisteet Ohjeistukset ja lainsäädäntö INSPIRE-direktiivi ja kansallinen paikkatietostrategia Julkisen hallinnon suositukset Geodeettisen laitoksen tiedotteet Kaavoitusmittausohjeet Muita SIIRTYMISEN VAIHEET Selvitystyö Suunnitteleminen Mittaaminen... 26
6 4.4 Laskenta Vektoreiden jälkilaskenta Vapaa verkko Kytketty verkko Karttaprojektion valinta Muunnosparametrit Testaus Käyttöönotto ESIMERKKEJÄ SIIRTYMISPROJEKTEISTA Maanmittauslaitos Lahti Turku POHDINTA LÄHTEET... 42
7 KÄSITTEET JA LYHENTEET ETRS89. European Terrestrial Reference System Epookkina ITRS-järjestelmään yhtyvä, Euraasian mannerlaatan yhtenäiseen osaan kiinnitetty kolmiulotteinen koordinaattijärjestelmä. ETRS-GKn. EUREF-FIN-koordinaatistoon liittyvä, GK-projektioon perustuva tasokoordinaatisto, jossa käytetään tarkoituksenmukaista projektiokaistan leveyttä ja alueelle parhaiten soveltuvaa keskimeridiaanin tasa-astetta. ETRS-TM35-FIN. EUREF-FIN-koordinaatistoon liittyvä, UTM-projektioon perustuva tasokoordinaatisto, joka kattaa koko Suomen. EUREF-FIN. ETRS89-järjestelmän kansallinen realisaatio Suomessa. GK. Gauss-Krüger. Poikittainen, sivuava lieriöprojektio. GNSS. Global Navigation Satellite System. Eri maiden ylläpitämien satellittipaikannusjärjestelmien muodostama kokonaisuus. GPS. Global Positioning System. Amerikkalainen satelliittipaikannusjärjestelmä. ITRS. International Terrestrial Reference System. Maailmanlaajuinen, kolmiulotteinen koordinaattijärjestelmä. Karttaprojektio. Menetelmä, jonka avulla maapallon kolmiulotteinen pinta kuvataan kaksiulotteiselle tasolle.
8 Koordinaatisto. Koordinaattiakselien muodostama mitta-akselisto, käytetään myös tarkoitettaessa koordinaattijärjestelmän realisaatiota. Koordinaattijärjestelmä. Joukko suureita, jotka määrittelevät koordinaatiston sekä sen sijoittamisen ja orientoimisen. Koordinaattikonversio. Kahden samaan datumiin perustuvan koordinaatiston välillä tapahtuva koordinaattien muuntaminen. Koordinaattimuunnos. Kahden eri datumiin perustuvan koordinaatiston välillä tapahtuva koordinaattien muuntaminen. ppm. Miljoonasosa (parts per million). UTM. Universal Transverse Mercator. Poikittainen, leikkaava lieriöprojektio, jossa kaistat 6º leveitä. 3D. Kolmiulotteinen. 2D. Kaksiulotteinen.
9 1 1 JOHDANTO Euroopan Unioni on jäsenvaltioidensa muodostama taloudellinen ja poliittinen liitto, joka pyrkii kokoamaan itsenäisten jäsenvaltioidensa voimavarat ja käyttämään niitä kaikkien hyödyksi. Yhteinen toiminta EU:n alueella saa aikaan monia toimintoja, jotka koskevat laajoja alueita ylittäen valtioiden rajat. Tämän seurauksena tarvitaan yhtenäistä, paikkaan sidottua tietoa, joka on tasapuolisesti kaikkien saatavilla. Euroopan parlamentti ja neuvosto on antanut asiaa koskevan, Euroopan alueen paikkatietojen yhtenäistämistä tehostavan INSPIRE-direktiivin. Myös Suomi on kansallisella lainsäädännöllä ryhtynyt saattamaan direktiiviä voimaan: Suomessa on säädetty Maa- ja metsätalousministeriön ohjaama ja valvoma laki ja asetus paikkatietoinfrastruktuurista vuonna Laaja paikkatietoyhteistyö vaatii onnistuakseen Euroopan alueen yhteisen koordinaattijärjestelmän: ETRS89-järjestelmän, jonka kansallinen realisaatio Suomessa on EUREF-FIN. ETRS89-järjestelmän käyttämiselle on olemassa myös muita perusteluita. GPS-paikannus tapahtuu WGS84-järjestelmässä, joka on yhtenevä maailmanlaajuisen ITRF-koordinaatiston kanssa. ETRS89- järjestelmään perustuvat koordinaatistot ovat yhteensopivia ITRF:n kautta myös WGS84:n kanssa. Suomen KKJ-järjestelmän havaittiin olevan GPSmittausten koordinaatistoon verrattuna vääristynyt, joten uuden koordinaattijärjestelmän käyttöönotto on myös sen kannalta järkevää. Maanmittauslaitos ja Geodeettinen laitos suorittivat ETRS89-järjestelmän kansallisen realisaation, EUREF-FIN-koordinaatiston pisteistön mittaukset. Pisteistön tihentäminen jatkuu edelleen. Suomen kunnissa on yhä käytössä sekalainen lajitelma kuntien omia erilliskoordinaatistoja. Tämä vaikeuttaa paikkatiedon hyödyntämistä ja vaihdantaa alueellisesti. Maanmittauslaitos toimii monissa kunnissa yhteistyökumppanina aineistojen vaihdossa. Maanmittauslaitoksella siirryttiin 2010 käyttämään uutta valtakunnallista koordinaattijärjestelmää ja KKJ:tä tuetaan kuntatietojen siirrossa ja aineistopalveluissa enää vuoden 2012 loppuun saakka. Julkisen tietohallinnon neuvottelukunta on antanut Suomessa säädöksiä ETRS89- järjestelmään liittyen. Näiden suosituksien mukaan Suomessa valtakun-
10 2 nallisissa töissä voidaan käyttää tasokoordinaatistona ETRS-TM35FINkoordinaatistoa, mutta paikallisissa ja suurempaa tarkkuutta vaativissa töissä tulisi käyttää ETRS-GKn-koordinaatistoja. Muunnosprosessi kunnan omasta erilliskoordinaatistosta uuteen on mittava ja vaatii resursseja. Muunnoksien suorittamisen eri vaiheista on olemassa joitakin kirjallisia raportteja. Nämä ovat pääasiassa erilaisia insinööri- ja diplomitöitä. Muunnosprojektin suorittamisesta kokonaisuudessaan on vähän tietoa, joten asiasta informaatiota hakevan on perehdyttävä sekalaiseen lajitelmaan erilaisia yksittäistapauksia, säädöksiä ja ohjeita. Omassa opinnäytetyössäni pyrin kirjallisuustutkimuksen avulla muodostamaan yleisellä tasolla kuvan muunnoksen suorittamisesta. Vaikka suurimmassa osassa tapauksia on käsitelty samalla myös uuteen korkeusjärjestelmään vaihtaminen, rajasin kyseisen asian pois omasta työstäni. Perustelen tätä sillä, että aihe oli jo tässä muodossaankin tarpeeksi laaja ja korkeusjärjestelmän muunnos suoritetaan yleensä joka tapauksessa erikseen, kuin tasomuunnos. Se lienee myös tasomuunnoksen suorittamista yksinkertaisempi toimitus.
11 3 2 TEORIATAUSTA 2.2 Koordinaatit Koordinaatit ovat lukuarvoja, jotka kertovat pisteen sijainnin koordinaatistossa (Sanastokeskus TSK Ry 2005, 13). Maanmittauksessa koordinaatit ovat perustava keino ilmoittaa kohteiden sijainti maastossa. Niiden avulla paikannetaan ja tallennetaan sijaintitietoa, joka voidaan esittää kartoilla ja näyttöpäätteillä erilaisissa mittakaavoissa. Koordinaatteja ilmoitettaessa lukuarvoja on saman verran, kuin kulloinkin käytettävässä koordinaatistossa on akseleita. Koordinaatit voivat olla geodeettisia koordinaatteja (φ, λ, h), avaruuskoordinaatteja (X, Y, Z) tai tasokoordinaatteja (x, y tai N, E). (JHS 153, 3.) Termi epookki liittyy koordinaattitietoihin. Se kertoo niiden ajanmukaisuudesta ja tarkkuudesta. Mannerlaattojen liike ja maannousu muuttaa koordinaatteja ja korkeustietoja koko ajan, joten koordinaatteihin voidaan liittää se hetki, jolloin ne ovat sidottu koordinaatistoon, koordinaatisto sidottu suhteessa maapallon keskipisteeseen tai korkeusjärjestelmän nollataso määritetty suhteessa merenpinnan keskikorkeuteen. (JHS 154, 2.) 2.3 Koordinaattijärjestelmä Koordinaattijärjestelmä on koordinaatiston ja datumin muodostama vertailujärjestelmä, jonka avulla kohteiden sijainti voidaan ilmoittaa yksikäsitteisesti (Sanastokeskus TSK Ry 2005, 14). Se on joukko suureita, jotka määrittelevät, sijoittavat ja orientoivat koordinaatiston. Tällaisia suureita ovat vertausellipsoidin isoakselin puolikas (a), Maan geosentrinen voimavakio (GM), dynaaminen muotokerroin (J 2 ), pyörähdysliikkeen kulmanopeus (ω), origon sijainti ja koordinaattiakselien orientointi (JHS 153, 4). Esimerkiksi GRS80- järjestelmä (Geodetic Reference System 1980), johon pohjautuu muun muassa ETRS89-järjestelmä, määritellään seuraavasti: a= m, GM= x10 8 m 3 s -2, J 2 =108263x10-8 ja ω= x10-11 rad s-1 (JHS 154, 4).
12 4 WGS84: WGS84, eli World Geodetic System 1984, on kolmiulotteinen, ellipsoidikeskinen suorakulmainen koordinaattijärjestelmä. WGS84 ja sen realisaatio on määritelty Yhdysvaltain armeijan karttaviraston DMA:n (Defence Mapping Agency) julkaisussa DMA 1987 (Ollikainen ym. 2001, 9-10). Järjestelmän on kehittänyt Yhdysvaltain puolustusministeriö (DoD, Department of Defence) (Häkli ym. 2009, 19). GPS-satelliitit lähettävät ratatietonsa WGS84-järjestelmässä (Ollikainen ym. 2001, 10). Näin ollen GPS-paikannuksessa on käytettävä järjestelmän kanssa yhteensopivia koordinaatistoja. WGS84:n määritelmässä sanotaan, että se on yhtenevä ITRF-koordinaatistoon (The International Terrestrial Reference Frame) perustuvien kansallisten tai alueellisten koordinaatistojen kanssa. ITRF on IERS:n (International Earth Rotation and Reference Systems Service) ylläpitämä maailmanlaajuinen, kolmiulotteinen suorakulmainen koordinaattijärjestelmä, joka muuttuu koko ajan mannerlaattojen liikkeiden aikaansaamien muutosten takia. Esimerkiksi ETRS89-järjestelmään perustuvat koordinaatistot ovat ITRF:n kanssa yhteensopivia. (Häkli ym. 2009, ) 2.4 Koordinaatisto Yleistä koordinaatistoista Koordinaatisto on koordinaattiakseleiden muodostamaa mitta-akselisto, joka voi olla kaksi- tai kolmiulotteinen, eli se voi sisältää tasokoordinaattien lisäksi korkeustiedon (JHS 153, 5-6). Maanmittauksessa käytetään kolmenlaisia eri koordinaatistoja; kaksiulotteisia koordinaatistoja ovat maantieteelliset-, sekä kartoista tutut, suorakulmaiset tasokoordinaatistot. Lisäksi GNSS-mittauksessa käytetään kolmiulotteisia, ellipsoidikeskisiä suorakulmaisia koordinaatistoja. (Laurila 2008, 127.) Datumilla tarkoitetaan parametreja, jotka kiinnittävät koordinaatiston maan pintaan; paikallinen datumi määrittelee paikallisen koordinaatiston origon ja orientaation, horisontaalinen datumi vertauspinnan ja koordinaatiston nollatasot horisontaalisten koordinaattien ilmaisemista varten ja korkeus-
13 5 datumi korkeusjärjestelmän nollatason. Geodeettinen datumi on vertailujärjestelmä, joka määrittelee koordinaattijärjestelmän lähtöpisteen paikan vertausellipsoidin keskipisteen suhteen. (JHS 153, 3.) Geodeettinen datumi pannaan toimeen runkomittausten avulla. Maastoon rakennetaan kiinteitä pisteitä, joille mitataan koordinaatit datumin lähtöpisteestä alkaen. Näille järjestelmän maahan kiinnittäville kiintopisteille määritetään koordinaatit järjestelmän mukaisessa koordinaatistossa. (Laurila 2008, 142.) Kiintopisteet voivat olla taso-, korkeus- tai yhdistettyjä taso- ja korkeuskiintopisteitä (Maanmittauslaitos 2003, 8). Ensimmäiseksi mitatut pisteet ovat ensimmäisen luokan kiintopisteitä, jotka määrittävät koko koordinaatiston. Ensimmäisen luokan kiintopisteistä muodostuvaa koordinaattiverkkoa kutsutaan koordinaattijärjestelmän realisaatioksi. (Häkli Puupponen Koivula Poutanen 2009, 7.) Runkopisteverkko rajoittuu kunnissa asemakaava-alueelle, sillä kyseisillä alueilla tapahtuvien mittausten tulee olla erityisen tarkkoja verrattuna haja-asutukseen. Suomen runkopisteet luokitellaan vuonna 2003 tehdyssä Kaavoitusmittausohjeessa valtakunnallisiin kiintopisteisiin, peruskiintopisteisiin ja käyttöpisteisiin. Luokittelu on tehty mittausten suhteellisen tarkkuuden perusteella. Tarkkuusvaatimukset sekä mittaamisen ja laskennan menetelmät esitetään Kaavoitusmittausohjeessa. Valtakunnallisia kiintopisteitä ovat I-, II- ja III-luokan kolmiopisteet (KKJ) sekä EUREF-FIN-tihennyspisteet. Kuntien kiintopisteitä ovat perus- ja käyttökiintopisteet, joista peruskiintopisteitä ovat III-luokan kolmiopisteet ja IVluokan suurmonikulmiopisteet. Käyttökiintopisteitä ovat V- ja VI-luokan jonopisteet. Pisteiden luokittelu on alun perin tehty Kaavoitusmittausohjeessa Tässä ohjeessa muodostettiin runkopisteille kuusi tarkkuuteen ja luotettavuuteen perustuvaa luokkaa: I- ja II-luokat muodostavat ylemmän luokan pisteistön ja perustuvat valtakunnallisiin mittauksiin, III-luokka muodostuu kuntien rakentamasta runkopisteistöstä, IV- ja V-luokkien pisteistö muodostuu alemman luokan runkopisteistöstä ja VI-luokka muodostuu pisteistä, jotka eivät joltain osin täytä runkopisteiden vaatimuksia. Tasorunkomittauksia suoritetaan nykyisin pääasiassa satelliittimittauksella. Muita
14 käytössä olevia mittaustapoja ovat kolmio- ja jonomittaus. (Maanmittauslaitos 2003, 8-9.) Maantieteellinen koordinaatisto Maan muotoa kuvataan pyörähdysellipsoidin eli symmetria-akselinsa ympäri pyörähtäneen ellipsin avulla. Kaikilla koordinaattijärjestelmillä on oma ellipsoidinsa, jota kutsutaan järjestelmän vertausellipsoidiksi. Vertausellipsoidilla on omat tunnuslukunsa, joissa määritellään muun muassa sen isoja pikkuakseleiden pituudet ja litistyneisyys. (Laurila 2008, ) Maantieteellinen koordinaatisto on maapallon vertausellipsoidiin kiinnitetty koordinaatisto. Se on liitetty Maahan navoilla, päiväntasaajalla ja nollameridiaanilla (Lontoon Greenwichin kohdalla). Maantieteellisessä koordinaatistossa sijainnit ilmoitetaan kulmamittojen avulla; leveyskulma (φ) ja pituuskulma (λ) annetaan asteina, minuutteina ja sekunteina tai desimaaliasteina. Leveyskulma kertoo havaintopaikan ja ekvaattoritason- ja pituuskulma havaintopaikan ja Greenwichin meridiaanin välisen kulman. Maapallon pinnalla oleva asteverkko on yksi keino esittää maantieteellinen koordinaatisto. Asteverkko muodostuu pituus- ja leveyspiireistä, jotka on piirretty tasaisin astevälein. Leveys on positiivinen ekvaattorin pohjoispuolella ja negatiivinen eteläpuolella. Pituus taas kasvaa liikuttaessa itään nollameridiaanista. (Laurila 2008, 129.) Ellipsoidikeskinen suorakulmainen koordinaatisto Ellipsoidikeskinen suorakulmainen koordinaatisto on maan vertausellipsoidiin kiinnitetty, kolmiulotteinen koordinaatisto. Tällaisen koordinaatiston origo on maan massakeskipisteessä, eli koordinaatisto on geosentrinen. Koordinaatiston Z-akseli on yhdensuuntainen Maan pyörähdysakselin kanssa, X- akseli on suunnattu massakeskipisteestä nollameridiaaniin ja Y-akseli on kohtisuorassa Z- ja X-akseleita vastaan (Ollikainen ym. 2009, 20). Ellipsoidikeskiset suorakulmaiset koordinaatistot eivät sovellu karttojen tuottamiseen tai mittaamiseen. Sen sijaan ne soveltuvat erinomaisesti satelliittipaikannukseen ja koordinaattijärjestelmien välisiin muunnoslaskuihin. (Laurila 2008, )
15 Tasokoordinaatisto Haluttaessa siirtää maantieteelliset koordinaatit tasoon, tarvitaan karttaprojektio, jonka avulla voidaan käyttää kulmamittojen sijaan pituusmittoja. Karttaprojektio on siis maapallon pinta muutettuna tasoksi. Tämä mahdollistaa kohteiden esittämisen esimerkiksi painetulla kartalla, johon voidaan liittää tasokoordinaatisto. Pallon projisointia tasoksi ei voida tehdä täysin virheettömästi, joten projektioihin ja sen myötä myöskään tasokoordinaatistoihin liittyvät aina projektiovirheet. On olemassa useita erilaisia karttaprojektioita. Niihin liittyviä ominaisuuksia ovat oikeapintaisuus, -pituisuus ja -kulmaisuus. Näistä ominaisuuksista vääristyy aina jokin. Yleisimpiä karttaprojektiotyyppejä ovat taso-, kartio- ja lieriöprojektiot, joissa kuva on muodostettu - projektion nimen mukaisesti - tasomaiselle-, kartiomaiselle- tai lieriömäiselle pinnalle. (Häkli ym. 2009, 7-8.) Projektiot voivat olla maapallon suhteen joko pysty- tai poikittaisasentoisia. Ne voivat olla myös sivuavia tai leikkaavia. Tämä tarkoittaa, että ne joko sivuavat maapallon pintaa tai leikkaavat sen. (Laurila 2008, 134.) Suomen alueen karttoihin käyvät parhaiten poikittaisasentoiset lieriöprojektiot, sillä ne soveltuvat hyvin pohjois-eteläsuunnassa pitkien alueiden kuvaamiseen. Lieriöprojektiot ovat konformisia, eli paikallisesti oikeapituisia ja -kulmaisia. (Häkli ym. 2009, 7.) Suomessa käytettävän Kartastokoordinaattijärjestelmän kanssa käytetään Gauss-Krüger-projektiota (GK) ja EUREF-FIN:n kanssa Universal Transverse Mercator- (UTM) tai GKprojektiota. UTM-projektiota suositellaan käytettäväksi paikallisesti GK:n sijaan, mikäli vaaditaan kansainvälistä yhteensopivuutta. Tällaisissa tapauksissa voidaan käyttää myös 6 o :n levyisiä UTM-projektiokaistoja (JHS 153, 5-6.) Gauss-Krüger-projektio on poikittaisasentoinen, sivuava lieriöprojektio. Se on keskimeridiaanilla mittatarkka, mutta mittakaavavirhe suurenee siirryttäessä sivuille. Esimerkiksi 400km:n päässä meridiaanista virhe on jo noin 20cm:n luokkaa (JHS 154, 9). Tätä virhettä torjutaan käyttämällä kapeita
16 8 projektiokaistoja. Vertausellipsoidia leikkaavan UTM-projektion mittakaavavirhe taas on keskimeridiaanilla 0,9996 ja pienenee noin 180km:n päähän meridiaanista, missä sen virhe on nolla. Tästä sivuille siirryttäessä mittakaavavirhe alkaa taas kasvaa (Häkli ym. 2009, 8). 2.5 Valtakunnalliset tasokoordinaatistot Suomessa Vanha Valtion Järjestelmä Vanha Valtion Järjestelmä (VVJ), eli Helsingin järjestelmä alkoi muodostua, kun Suomen itsenäistyttyä juuri perustettu Suomen Geodeettinen laitos aloitti systemaattiset kolmiomittaukset. Mittausten tarkoituksena oli määrittää ensimmäisen luokan pisteistö omalle koordinaattijärjestelmälle. (Häkli ym. 2009, 9.) Pohjois-Suomessa järjestelmä saatiin käyttöön jo 1920-luvulla Struven ketjun välityksellä (Tätilä 2008, 34). Koko Suomen alueella Helsingin järjestelmä otettiin vähitellen käyttöön 1924 lähtien - mittausten edistyessä (Laurila 2008, 144). VVJ:ssä oli käytössä Hayfordin vertausellipsoidi, ja origo sijaitsi Helsingin tähtitornissa. Akseleiden orientointi saatiin kolmiosivusta, joka kulki Kallion kirkolta Falkbergiin (Tätilä 2008, 33-34). Mittauksissa etäisyydet mitattiin invarlangoilla ja kulmat teodoliitilla (Häkli ym. 2009, 9). Geodeettinen laitos mittasi suurimman osan perusverkon ensimmäisen luokan pisteistä, ja maanmittaushallitus tihensi verkkoa ensimmäisen- ja toisen luokan pisteillä, sekä puiden latvuksiin tehdyillä lovilla, joita kutsuttiin puunlatvamerkeiksi (Tätilä 2008, 33). Vuonna 1960 valmistuivat mittaukset uudesta, 291 pistettä käsittävästä I- luokan kolmioverkosta. Suomen kolmiopisteverkko tasoitettiin kokonaisuudessaan Tasoituslaskennan lähtöpisteenä oli Simsiön kolmiopiste, joka oli ED50-järjestelmässä (European Datum 1950). Tämä koordinaattijärjestelmä oli läntisen Euroopan yhteinen, eri maiden vuosina suorittamien tasoituslaskentojen tulos. Näin myös Suomi liittyi Simsiön pisteen kautta ED50-järjestelmään. (Laurila 2008, 144.) Simsiön pisteen koordinaatit otettiin amerikkalaisen Army Map Servicen ED50-tasoituksesta,
17 joten Suomen ED50-koordinaatit poikkeavat jonkin verran yleiseurooppalaisista ED50-koordinaateista (Ollikainen ym. 2001, 9) Kartastokoordinaattijärjestelmä Suomen pisteistöä täydennettiin edelleen. Tekniikan ja laskennan kehittyessä VVJ ja ED50 jalostuivat I-asteen lineaarisen-, eli Helmert-munnoksen kautta lopulta KKJ:ksi (Tätilä, 2008, 34). KKJ on ollut käytössä Suomen kartastotöissä vuodesta 1970 (JHS 154, 3). KKJ:n peruskoordinaatistossa perustana on Gauss-Krüger-projektio, joka esitetään kuudessa projektiokaistassa ja ellipsoidina on Hayfordin ellipsoidi. Kukin kaista on leveydeltään 3 o (JHS 154, 6). Projektiokaistat on numeroitu siten, että keskimeridiaanilla 18 o oleva kaista saa numeron 0, 21 o saa numeron 1, 24 o numeron 2, 27 o numeron 3, 30 o numeron 4 ja 33 o numeron 5 (Häkli ym. 2009, 17). Yhtenäiskoordinaatistossa (YKJ) Suomi kuvataan yhdessä projektiokaistassa, jonka keskimeridiaani on 27 o itäistä pituutta (JHS 154, 5). Tätä koordinaatistoa voidaan käyttää esimerkiksi tilanteessa, jossa halutaan laskea eri kaistoilla sijaitsevien kohteiden etäisyyksiä. Koordinaatit annetaan KKJ:ssä ja YKJ:ssä yleensä xy-tasokoordinaatteina ETRS-TM35FIN ja ETRS-GKn ETRS89-järjestelmä yhtyy maailmanlaajuiseen ITRS-järjestelmään (International Terrestrial Reference System) epookkina (Häkli ym. 2009, 22, 29). Sitä suositellaan käytettäväksi valtakunnallisissa kartastotöissä ja paikkatietopalveluissa. ETRS89-järjestelmä on kiinnitetty Euraasian mannerlaatan yhtenäiseen osaan. ETRS89-koordinaattijärjestelmän realisaatioiden yhteisnimitys on ETRF (European Terrestrial Reference Frame). ETRS-TM35FIN on UTM-projektioon perustuva ETRS89-koordinaattijärjestelmän kanssa käytettävä tasokoordinaatisto Suomessa. Koordinaatiston nimessä ETRS (European Terrestrial Reference System) viittaa geodeettiseen datumiin. TM (Transverse Mercator) kertoo karttaprojektion tyypin, joka on poikittainen lieriöprojektio, 35 kertoo kaistan numeron ja FIN ilmaisee projektion poikkeavan standardista kaistanleveyden suhteen. ETRS- TM35FIN-järjestelmän vertausellipsoidi on GRS80 (Geodetic Reference System 1980). (JHS 154, 7.)
18 10 ETRS-TM35FIN-koordinaatistossa käytetään vain yhtä projektiokaistaa 35. Tämän kaistan keskimeridiaani on Suomessa 27 o itäistä pituutta ulottuen siitä noin 8 o keskimeridiaanista länteen ja noin 5 o itään. Kaistanleveys on yhteensä noin 13 astetta, minkä osalta Suomen realisaatio ei vastaa yleiseurooppalaista projektiosuositusta. Negatiiviset koordinaatit vältetään, kun keskimeridiaanin itäkoordinaatin arvoksi annetaan m. Pohjoiskoordinaatin arvo on päiväntasaajalla 0m. (JHS 154, 7.) ETRS- TM35FIN-koordinaatistossa kaistan reuna-alueilla on tehtävä projektiokorjauksia, sillä niiden etäisyys keskimeridiaanista on suuri. Kun käsitellään tässä koordinaatistossa mitattuja tuloksia, on pinta-aloissa otettava huomioon mittakaavakorjaus. Sama pätee myös kapeakaistaisempien ETRS-GKnkoordinaatistojen reunamilla. (JHS 154, 7-9.) ETRS-GKn-koordinaatistoja suositellaan käytettäväksi paikallisissa mittausja kartastotehtävissä, jotka vaativat suurempaa tarkkuutta verrattuna ETRS- TM35FIN-koordinaatistoon. Tällaista toimintaa ovat esimerkiksi kaavoitus- ja rakentamistoiminta. Tasokoordinaatiston keskimeridiaaniksi voidaan valita kyseiselle alueelle parhaiten sopiva tasa-aste, jolloin projektiokorjaukset pysyvät pieninä. Samoin kuin isoveljellään ETRS-TM35FIN-koordinaatistolla, myös ETRS-GKn-koordinaatistoilla ETRS89 kertoo järjestelmän geodeettisesta datumista. GK viittaa Gauss-Krüger-projektioon ja n kertoo käytetyn keskimeridiaanin asteluvun. Itäkoordinaatin arvo keskimeridiaanilla on n m, missä n kertoo kaistan keskimeridiaanin asteluvun. Pohjoissuunnassa nollataso on päiväntasaajalla. (JHS 154, 7.) 2.6 Koordinaattien muuntaminen Koordinaattikonversiot Kahden samaan datumiin perustuvan koordinaatiston väliset muunnokset, eli konversiot ovat pelkkiin laskutoimituksiin perustuvia (Häkli ym ). Näin ollen niistä ei aiheudu muunnosvirhettä laskentatarkkuuden ollessa riittävä (Puupponen 2008, 28). Ne ovat esimerkiksi siirtymistä tasokoordinaatistosta toiseen, kuten koordinaattien muuntamista KKJ:n kaistojen välillä. Lisäksi konversio tehdään siirryttäessä projektiosta toiseen, esimerkkinä GK-
19 11 projektiosta UTM-projektioon siirtyminen. Usein konversiot eivät ole mahdollisia suorittaa suoraan, vaan koordinaatit on ensin muutettava maantieteellisiksi koordinaateiksi ja vasta sitten haluttuun muotoon. (Häkli ym. 2009, 36.) Konversio suoritetaan yleisesti tunnettujen, matemaattisten konversiokaavojen avulla. Näitä kaavoja ovat Suomessa esimerkiksi maantieteellisten ja tasokoordinaattien väliset kaavat (JHS 154, Liite 1), maantieteellisten ja suorakulmaisten 3D-koordinaattien väliset kaavat (JHS 153, Liite B) ja konversio ETRS-GK27 ja ETRS-TM35FIN tasokoordinaatistojen välillä (JHS 154, Liite 1) Koordinaattimuunnokset Koordinaattimuunnokset ovat aiheellisia, kun halutaan muuntaa koordinaatteja kahden eri datumiin perustuvan koordinaattijärjestelmän välillä. Muunnosta ei voida suorittaa suoraan kolmi- ja kaksiulotteisten koordinaatistojen välillä. Koordinaatit on muunnettava ensin samaan muotoon, jolloin on myös pidettävä huoli siitä, että projektiotyyppi ja keskimeridiaani ovat samoja. Tällöin vältytään niiden poikkeamisen aiheuttamilta jäännösvirheiltä. (Häkli ym. 2009, ) Muunnosparametrien laskeminen perustuu molemmissa järjestelmissä tunnettuihin vastinpisteisiin. Pisteiden määrän riittävä ja niiden laadun on oltava hyvä. Virheiltä ei voida mitenkään välttyä tehtäessä koordinaattimuunnoksia, sillä mittauksien suorittaminen täysin virheettä on mahdotonta. Tämän vuoksi suositellaan, että koordinaattien määritysmenetelmä (mitattu/muunnettu) olisi käyttäjän tiedossa. Muunnosmenetelmiä on useita erilaisia ja menetelmää valittaessa tulisi ottaa huomioon muun muassa tavoiteltu tarkkuus ja muunnoksen käyttötarkoitus. (Häkli ym. 2009, ) Kaikkea aineistoa ei voida muuntaa. Runkopisteet on aina mitattava mittausohjeiden mukaisella tarkkuudella ja hyväksytyin mittausmenetelmin, sillä ne ovat pohjana uudessa koordinaatistossa tapahtuville mittauksille.
20 12 Muunnosparametrit lasketaan yleisesti pienimmän neliösumman periaatteella. Laskennan menetelmät riippuvat tarkemmin käytettävästä muunnoksesta. Pienimmän neliösumman periaate on usein käytetty menetelmä maanmittauksen laskennoissa, sillä sen tuloksena saadaan luotettavia tuloksia ja myös tietoa tuloksien virheistä. Maanmittauksen alalla pienimmän neliösumman periaatetta kutsutaan myös tasoituslaskennaksi. (Laurila 2008, 69.) Seuraavaksi esitellään pääpiirteissään tavallisimmat muunnosmenetelmät Helmert-muunnos Yhdenmuotoisuusmuunnoksella voidaan muuttaa koordinaatiston sijaintia, orientointia ja mittakaavaa sillä tavoin, että muunnettava koordinaatisto yhtyy mahdollisimman hyvin tavoitteena olevaan koordinaatistoon. Se ei siis muuta pisteistön muodostamaa kuviota, joten mahdollisten mittavirheiden aiheuttamat vääristymät eivät muutu miksikään. (JHS 154, ) Helmert-muunnos on yleisimmin käytetty koordinaattimuunnos. Se on yhdenmuotoisuusmuunnos tasolla. Helmert-muunnoksen suorittamiseksi on oltava tiedossa vähintään kahden pisteen koordinaatit. Käytännössä kuitenkin mittauksissa pyritään saamaan paljon enemmän havaintoja, jolloin on kysymys ylimääritetystä mittauksesta. Tällöin voidaan saada tietoa myös mittaustarkkuudesta. Muunnosparametrit ovat origon muutos x- ja y- akseleiden suunnassa (dx ja dy), koordinaatiston kierto (t 0 ) ja mittakaavakertoimet (kx ja ky). (Laurila 2008, ) Kolmiulotteinen yhdenmuotoisuusmuunnos Kolmiulotteinen yhdenmuotoisuusmuunnos, joka on 7-parametrinen Helmertmuunnos, voidaan suorittaa kahden kolmiulotteisen, suorakulmaisen koordinaatiston välillä (Puupponen 2008, 28). Sen avulla voidaan kolmiulotteisessa koordinaatistossa olevalle pisteelle laskea uudet, myös kolmiulotteiset koordinaatit kiertyneessä, siirtyneessä ja mittakaavaltaan muuttuneessa koordinaatistossa (Rönnholm 2002, 12).
21 13 Muunnoksen suorittamiseen tarvitaan vähintään kolmen, mieluiten useamman vastinpisteen koordinaatit. Parametreina tässä muunnoksessa ovat koordinaatiston kierto koordinaattiakseleiden suhteen, origon siirto ja mittakaavan muutos. Koska koordinaattiakseleita on kolme, tulee muunnoksesta yhteensä seitsemän parametria: kolme kiertoa (e x, ey ja e z ), kolme origon siirtoa (dx, dy ja dz) ja mittakaavakerroin (m). (Häkli ym. 2009, 38.) Affiininen muunnos tasolla Affiininen muunnos tasolla voidaan tehdä kahden kaksiulotteisen koordinaatiston välillä. Muunnosparametrien laskemiseen tarvitaan vähintään kolmen pisteen koordinaatit, joskin on jälleen suositeltavaa käyttää useampia pisteitä tarkemman lopputuloksen takaamiseksi. Affiinisessa muunnoksessa kahdelle koordinaattiakselille määritellään omat mittakaavakertoimensa (kx ja ky), origon siirto (dx ja dy) ja kiertokulma (t 0 ). Muunnosparametreja on siis yhteensä kuusi. Tämä muunnos on yhdenmuotoisuusmuunnosta joustavampi ja jäännösvirhe on yleensä pienempi, sillä se ei pyri väkisin säilyttämään kuvioiden muotoja. (Häkli ym. 2009, 40.) Affiininen muunnos kolmioittain Kolmioittain suoritettava affiininen muunnos on affiinisen muunnoksen erikoismuoto. Muunnospisteistöstä on muodostettu kolmioverkko, josta ensin paikallistetaan kolmio, jonka sisällä muunnettavana oleva piste sijaitsee. Kun kolmion kärkipisteiden koordinaatit tunnetaan alkuperäisessä- ja tavoitekoordinaatistossa, lasketaan näiden vastinpisteiden avulla kolmion muunnoksen parametrit. Muunnosta ei siis tehdä koko koordinaatistolle tai valitulle alueelle kerralla, vaan se suoritetaan kolmioittain. (Häkli ym. 2009, 41.) Affiinisen muunnoksen suorittaminen kolmioittain on vaivatonta ja pisteistön tihentäminen vaikuttaa vain tihennyspisteen sisältäviin kolmioihin. Huonona puolena menetelmässä on se, että muunnokseen ei saada tarkkuusarviota, minkä vuoksi muunnoksen tarkkuutta on kontrolloitava esimerkiksi
22 testipisteiden avulla. Tässä muunnostyypissä käytettävien vastinpisteiden tulee olla erityisen laadukkaita. (Häkli ym. 2009, 41.) 14
23 15 3 EUREF-FIN 3.1 EUREF89 EUREF89-kampanja toteutettiin vuonna 1989 tehdyllä, 92 eurooppalaisen GPS-aseman laskennalla. Verkkoon kuului myös useita satelliittilaser- ja VLBI-pisteitä (Very Long Baseline Interferometry pitkäkantainterferometria), joiden havainnoista koordinaatiston orientointi ja mittakaava ovat peräisin. Suomen pisteistä laajassa laskennassa oli mukana kolme III-luokan kolmiopistettä, sekä yksi VBLI-piste. (Häkli ym. 2009, 6, 23.) Näin saatiin Suomeen ensimmäinen ETRS89-järjestelmän realisaatio. 3.2 GPS-Suomi 1992 EUREF89-koordinaatistossa olevia pisteitä piti saada lisää. Geodeettinen laitos, Merenkulkulaitos ja Maanmittauslaitos toteuttivat seuraavaksi Suomen kattavan GPS-pisteverkon mittaamisen vuonna Tähän kampanjaan kuului 22 I-luokan kolmiopistettä, sekä Metsähovin pysyvä GPS-asema. Pisteistä kolme oli myös EUREF89-kampanjan pisteitä (Kaunispää, Nisula ja Sjökulla). Verkko kiinnitettiin näihin, alkuperäisessä kampanjassa mukana olleisiin pisteisiin. (Häkli ym. 2009, 23.) 3.3 FinnRef IAG:n (International Association of Geodesy) alakomissio EUREF suositteli vuonna 1990, että ETRS89 otettaisiin yleisesti Euroopassa käyttöön. Vuonna 1993 Pohjoismainen Geodeettinen Komissio (NKG) suositteli pysyvien GPSasemien verkon rakentamista. (Häkli ym. 2009, 23.) Vuonna 1992 Geodeettinen laitos oli jo suunnitellut maahamme rakennettavaksi 12 pysyvää GPS-asemaa (KUVIO 1) (Ollikainen ym. 2001, 12). Asemat valmistuivat vuosina ja niistä neljä kuuluvat myös Euroopan pysyvään GPS-verkkoon (EUREF Permanent GPS-network, EPN). Nämä asemat ovat Metsähovi, Joensuu, Vaasa ja Sodankylä. EPN koostuu osasta Euroopan maiden pysyviä GPS-asemia, jotka lähettävät tietonsa alueellisiin laskentakeskuksiin ja saavat niiltä asemien tarkat koordinaatit. Lisäksi Metsähovin asema kuuluu kansainväliseen IGS-verkkoon (International GPS
24 16 Service). Suomen verkkoa kutsutaan FinnRef -verkoksi ja se liittyy kansainvälisiin järjestelmiin edellä mainittujen asemien kautta. (Poutanen ym , 3.) KUVIO 1: FinnRef - Suomen pysyvien GPS-asemien verkko (Häkli ym. 2009, 24). 3.4 EUREF-FIN-pisteet Suomen EUREF-FIN-pisteverkkoa alettiin mitata GPS-asemien valmistuttua. Vuosina Geodeettinen laitos mittasi sadan pisteen EUREFverkon, jonka pisteet olivat pääosin I-luokan kolmiopisteitä. (Ollikainen ym. 2001, ) Lisäksi mukana oli kolme tarkkavaaituspistettä ja kuusi mareografien läheisyydessä olevaa pistettä (Häkli ym. 2009, 24). Nämä pisteet ovat Suomen EUREF-FIN-koordinaatiston määrittäviä pisteitä. Niistä kolme oli mukana jo ensimmäisessä EUREF89-kampanjassa. Sadasta
25 pisteestä 19 hyväksyttiin virallisiksi ETRS89-pisteiksi Prahan EUREFkokouksessa vuonna (Ollikainen ym. 2001, ) 17 EUREF-FIN-koordinaatiston I-luokan pisteistön muodostivat 12 FinnRef asemaa ja sata I-luokan kolmiopistettä. Tämä ei kuitenkaan ollut riittävän tiheä ja mittausten kannalta toimiva ratkaisu, joten pisteverkon tihentäminen oli tarpeen. EUREF-FIN-pisteistön tihentäminen tapahtui vuosina Geodeettinen laitos mittasi 350 kyselyiden perusteella valittua GPSkäyttöpistettä, jotka olivat Maanmittauslaitoksen tarkkuusluokkaa II ja III. Mittaustulokset kiinnitettiin EUREF-FIN-koordinaatistoon mittauksissa mukana olleiden FinnRef - ja EUREF-FIN-pisteiden avulla. (Ollikainen ym. 2001, 13.) Pisteverkon tihentäminen jatkuu edelleen. Tällä hetkellä EUREF-FIN-pisteet on luokiteltu neljään eri tarkkuusluokkaan: E1, E1b, E2 ja E3. E1-luokkaan kuuluvat edellä mainitut 12 FinnRef -asemaa, 91 I-luokan kolmiopistettä, 6 mareografia ja 3 tarkkavaaituspistettä. E1b-luokkaan kuuluvat 350 tihennyspistettä, E2-luokkaan kuuluvat noin ja E3-luokkaan vielä tuntematon määrä Maanmittauslaitoksen tekemiä tihennyspisteitä (KUVIO 2 ja 3). (Häkli ym. 2009, 28.) KUVIO 2: EUREF-FIN-pisteiden luokittelu (JHS 153, 10).
26 18 KUVIO 3: E1-E2-luokkien pisteet Suomessa. 3.5 Ohjeistukset ja lainsäädäntö INSPIRE-direktiivi ja kansallinen paikkatietostrategia Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivin 2007/2/EY (annettu ) tarkoituksena on saada aikaan kansallisten paikkatietojen yhteiskäyttö koko Euroopan alueella. Euroopan yhtenäinen koordinaattijärjestelmä on välttämätön, jotta näin laaja yhteistoiminta olisi käytännössä mahdollista. (Euroopan parlamentti ja neuvosto 2007/2/EY.) Kun INSPIRE oli vasta valmisteluvaiheessa, asetti Suomessa Valtioneuvosto Paikkatietoasian neuvottelukunnan, jonka tehtävistä yhtenä oli käynnistää kansallisen paikkatietostrategian valmistelu. Tämän tarkoituksena oli kehittää
27 kansallista ja kansainvälistä paikkatietoinfrastruktuuria vuosina (Maa- ja metsätalousministeriö 2004.) 19 Direktiivi on saatettu voimaan jo useissa Euroopan Unionin jäsenvaltioissa kansallisen lainsäädännön kautta. Suomessa toimeenpanoa varten on säädetty laki paikkatietoinfrastruktuurista (421/2009) ja lakia täydentävä asetus (725/2009). Laki paikkatietoinfrastruktuurista tuli voimaan ja asetus Lain toimeenpanoa ohjaa ja seuraa, sekä yhteystahona toimii Maa- ja metsätalousministeriö. Laki edellyttää, että paikkatietoa hallinnoiva viranomainen huolehtii tietojen metatiedoista, sekä pitää paikkatietoaineistot yhteisessä käytössä ja ajantasaisina. Suomessa metatietojen hakupalvelusta ja muista niihin liittyvistä toimenpiteistä huolehtii Maanmittauslaitos, joka tarjoaa myös neuvontaa, sekä tuki- ja muunnospalveluita. Asetuksessa nimetään paikkatietoa hallinnoivat viranomaiset, joihin kuuluvat eri organisaatioiden lisäksi kaikki kunnat. (Suomen Valtioneuvosto 2009a ja 2009b.) Direktiivin ja säädösten soveltamista ohjeistetaan Julkisen Hallinnon Suositusten (JHS) avulla, joista lisää seuraavaksi Julkisen hallinnon suositukset Julkisen tietohallinnon neuvottelukunta (JUHTA) on valtiovarainministeriön yhteydessä toimiva, ministeriöiden ja Suomen Kuntaliiton pysyvä yhteistyö- ja neuvotteluelin. Sen tarkoituksena on edistää Suomessa julkisen hallinnon tietoyhteiskuntakehitystä. Julkisen hallinnon suositukset (JHS) koskevat valtion- ja kunnallishallinnon tietohallintoa. Ne voivat olla sisällöltään julkishallinnon toiminnan tukemiseksi tarkoitettuja yhtenäisiä menettelytapoja, määrittelyitä tai ohjeita. JHS-järjestelmän painopistealueet ovat tietojärjestelmien yhteentoimivuus, yhteisten tietovarojen hyödyntäminen, asiointikäyttöliittymät, tietojen käsittelyn tietoturva ja -suoja, sekä palveluiden kehittämistä tukevat hyvät käytännöt. Suositukset laatii JHS-jaosto ja hyväksyy JUHTA. (Valtiovarainministeriö 2011.)
28 20 JUHTA on tehnyt koordinaattijärjestelmiin liittyen kaksi suositusta: JHS 153 ETRS89-järjestelmän mukaiset koordinaatit Suomessa ja JHS 154 ETRS89- järjestelmään liittyvät karttaprojektiot, tasokoordinaatistot ja karttalehtijako. Lisäksi on tekeillä JHSxxx GNSS-mittaus EUREF-FIN-koordinaatistossa (hankesuunnitelman nimi). Näiden lisäksi on tehty myös useita paikkatietoihin liittyviä suosituksia, jotka liittyvät osaltaan koordinaattijärjestelmiin ja niiden muutoksiin. JHS 153 paneutuu nimensä mukaisesti määrittelemään ETRS89- järjestelmän realisaation, EUREF-FIN-koordinaatiston Suomessa. Se on tarkoitettu paikkatietoaineistojen ja paikkatietojärjestelmien tuottajille. Suosituksen tavoitteena on helpottaa osaltaan ETRS89-järjestelmän käyttöönottoa Suomessa. JHS 154 määrittelee tarkemmin EUREF-FINkoordinaatiston kanssa käytettävät karttaprojektiot, tasokoordinaatistot, sekä esittelee koordinaatistojen välisiä muunnoksia. Tavoitteena on pohjustaa teknisiä ja matemaattisia valmiuksia uusien tasokoordinaatistojen käyttöön ottamiseen. Näissä molemmissa Julkisen hallinnon säädöksissä mainitaan seuraavat standardit, joihin niiden antamat suositukset pohjaavat: ISO 19111:2007 ja ISO/FDIS 6709:2008. ISO (Geographic information Spatial referencing by coordinates) ja ISO/FDIS 6709 (Standard representation of geographic point location by coordinates) määrittelevät, kuinka maantieteellistä informaatiota voidaan esittää koordinaattien avulla. ISO eli International Organization for Standardization julkaisee maailmanlaajuisia standardeja eri aihepiireistä. Standardien tarkoituksena on yhdenmukaistaa käytännöt ja saada ne vertailukelpoisiksi ympäri maailmaa. (International Organization for Standardization 2011.) Tekeillä olevan JHS xxx-suosituksen taustalla on uuden koordinaattijärjestelmän käytön yleistyessä tarve määritellä GNSSmittauksille viralliset ja yhtenäiset mittausohjeet. Suosituksessa tullaan esittelemään EUREF-FIN-pisteiden luokitus ja pisteiden
29 21 tarkkuusvaatimukset. Aikaisemmin asiaa on hoitanut Maanmittauslaitos julkaisemalla Kaavoitusmittausohjeet (KMO). Nykyinen KMO 2003 katsotaan tiedoiltaan vanhentuneeksi ja asia hoidetaan jatkossa suosituksilla, joista ensimmäinen tulee olemaan tämä suositus. (JHS-työryhmä 2011.) Geodeettisen laitoksen tiedotteet Suomen Geodeettinen laitos on geodesian ja paikkatietoalan asiantuntija- ja tutkimuslaitos. Se tekee yhteistyötä yliopistojen, tutkimuslaitosten, julkisyhteisöjen ja yritysten kanssa Suomen ja Euroopan alueella. Se toimii myös Maa- ja metsätalousministeriön asiantuntija- ja tutkimuslaitoksena. Geodeettisen laitoksen tiedotteista ja julkaisuista useat käsittelevät ETRS89- järjestelmään siirtymistä Suomessa. Seuraavaksi esitellään tarkemmin kaksi aiheeseen liittyvää tiedotetta. Geodeettisen laitoksen tiedote 24: EUREF-FIN-koordinaatisto ja EUREFpistetihennykset Suomessa käsittelee Suomen EUREF-FIN-koordinaatiston määrittelyä ja siihen johtaneita toimenpiteitä. Tiedotteessa esitetään myös EUREF-FIN:n määrittävät koordinaatit ja käyttöpisteiden koordinaatit EUREF-FIN-koordinaatistossa. (Ollikainen ym ) Tiedotteessa 30: Suomen geodeettiset koordinaatistot ja niiden väliset muunnokset esitellään perusteellisesti Suomen koordinaatistot ja karttaprojektiot, EUREF-FINkoordinaatisto, korkeusjärjestelmät, sekä muunnokset ja konversiot (Häkli ym. 2009) Kaavoitusmittausohjeet Maanmittauslaitoksen julkaisemat Kaavoitusmittausohjeet (KMO) sisältävät kaavoitusmittauksen teknistä suorittamista koskevia määräyksiä ja suosituksia. Suomessa on julkaistu kaksi kaavoitusmittausohjetta; ensimmäinen vuonna 1983 ja toinen vuonna Kaavoitusmittausohjeet 2003 valmisteli Maanmittauslaitoksen kokoama työryhmä, johon kuuluivat edustajat Geodeettiselta laitokselta, alan oppilaitoksista, pääkaupunkiseudun kunnista, alan konsulttiyrityksistä, Suomen Kuntaliitosta, Topografikunnasta ja Ympäristöministeriöstä. Uusimmassa kaavoitusmittausohjeessa uuteen
30 22 koordinaattijärjestelmään siirtyminen on huomioitu, mutta nopeiden muutosten takia niin mittaustekniikassa, kuin muissakin käytänteissä, ovat uudenkin KMO:n tiedot vanhentuneita, kuten tulee ilmi kappaleessa (Maanmittauslaitos 2003.) Muita Hyödyllistä tietoa ETRS89-järjestelmän käyttöönotosta Suomessa löytyy runsaasti luotettavien tahojen internet-sivustoilta. Tällaisia ovat esimerkiksi Maa- ja metsätalousministeriön-, Maanmittauslaitoksen- ja Geodeettisen laitoksen sivustot. Kuntatiedon keskuksen kunnat.net -sivustolta voi myös löytää hyödyllistä tietoa aiheesta. Aiheesta on tehty lukuisia raportteja, kuten opinnäyte- ja diplomitöitä, joissa perehdytään lähinnä yksittäisten kuntien tai alueiden suorittamiin tai suunnitteilla oleviin tasokoordinaatisto- ja korkeusjärjestelmien muunnoksiin. Näistä voidaan uusimpina esimerkkeinä mainita Antti Väätäisen insinöörityö Virtain kaupungin muunnosvaihtoehdoista (2010) ja Petri Honkasen diplomityö Lahden muunnoksesta (2010). Kuntien ja kaupunkien kotisivuilta löytyy myös tietoa suoritetuista muunnoksista, kuten esimerkiksi Oulun ja Jyväskylän.
31 23 4 SIIRTYMISEN VAIHEET 4.1 Selvitystyö Koordinaattijärjestelmän uudistamisen ensimmäinen vaihe on suorittaa perusteellinen selvitys vallitsevista olosuhteista. Alkuvaiheessa on hyvä tutustua aiheesta tehtyihin säädöksiin ja määräyksiin sekä muualla suoritettuihin muunnoksiin. Lisäksi kannattaa kysyä neuvoa Maanmittauslaitoksen ja Geodeettisen laitoksen asiantuntijoilta. On myös järkevää ottaa selville yhteistyömahdollisuudet naapurikuntien kanssa. Yhteistyö jakaa kustannuksia ja työmäärää ja mahdollistaa myös seudullisen yhteistyön paikkatietojen käytössä. Monilla pienillä kunnilla ei ole omaa mittausosastoa, vaan ne toimivat usein konsulttien tai naapurikuntien ostopalveluiden varassa. Hyvänä esimerkkinä laajasta alueellisesta yhteistyöstä voidaan mainita Turun seudun kuntien koordinaattijärjestelmien yhdistäminen ja uudistaminen, missä oli mukana 16 kuntaa (Järvinen 2009). Selvitysvaiheessa tärkein tehtävä on ottaa selville kunnan runkopisteverkon tila, ellei verkon tilasta ole ajantasaista tietoa. Runkoverkon sisäinen tarkkuus ja rakenne selvitetään yleensä arkistotutkimuksella ja tarkistusmittausten avulla. Tässä vaiheessa voidaan suorittaa pisteinventointi, jossa suoritetaan maastokäynti kaikilla pisteillä. Näin voidaan suoraan karsia joukosta pois tuhoutuneet ja siirtyneet pisteet. On myös hyvä arvioida pisteiden soveltuvuutta GNSS-mittaukseen ja tehdä estepiirrokset, joissa merkitään satelliittien näkyvyyttä haittaavat kohteet. Myös mahdollisia raivaustoimenpiteitä voidaan tehdä. Tämä mahdollistaa myöhemmin parhaimman mittausajankohdan määrittelemisen pisteille. Pisteinventointia jouduttaa se, että pisteiden löytyminen varmistetaan etukäteen karttojen tai pistepiirrosten avulla. Myös satelliittipaikantimen käyttö helpottaa pisteiden löytymistä. Runkopisteverkon tasalaatuisuutta on tutkittu GPS-RTK-mittauksen avulla Savonlinnassa (Kyllönen 2010, 9-14). Keravalla kaupungin vanha runkopisteverkko mitattiin kokonaan uudelleen GPS-verkkomittauksella (Piirainen 2009, 9). Nurmeksessa runkopisteverkon tilaa on arvioitu arkistotutkimuksella ja perimätiedon keräämisellä (Korhonen 2008, 28-32).
32 24 Kuntien runkopisteverkot on usein mitattu pitkän aikavälin kuluessa, jolloin mittaus- ja laskentamenetelmät ovat olleet alueittain erilaisia. Laadultaan alueittain vaihteleva runkopisteverkko vaatii useiden alueellisten muunnosten suorittamisen, mikä lisää työmäärää. Pistetilanteen selvitessä selkenee yleensä myös se, onko kunnalla resursseja suorittaa muunnokseen tarvittavat suunnitelmat, mittaukset ja laskenta itse, vai onko turvauduttava konsulttiapuun. On otettava huomioon resurssien, kuten rahan, henkilöstön ja kaluston riittävyys. On punnittava tarkoin mahdollisuus käyttää konsulttien palveluita, sillä mittauksiin ja laskentaan tarvittavat ohjelmistot ja kalusto ovat yleensä tarpeen vain tässä muunnostyössä, eikä niiden hankkiminen ole järkevää. Kalusto voidaan vuokrata myös erikseen, mutta silloin on tärkeää pystyä arvioimaan tarkkaan mittausten kesto. On myös tarpeen pohtia muunnoksen hyötyjä, haittoja ja tavoitteita. Monissa kunnissa on pohdittu hankkeen kalleutta ja työläyttä. Kaikissa paikkatiedon tuottamisen työvaiheissa edut eivät ehkä näykään välittömästi. Siirtyminen uuteen valtakunnalliseen järjestelmään on perusteltavaa, jotta pysyttäisiin mukana kehityksessä. Tulevaisuudessa paikkatietojen yhteensopivuus on aina vain merkittävämpää. Seudullinen yhteistyö paikkatiedon käyttämisessä ja tuottamisessa lisääntyy jatkuvasti ja kuntaliitokset ovat yleisiä. Myös yhteistyö Maanmittauslaitoksen kanssa asettaa omat vaatimuksensa kunnille. ETRS89-järjestelmä on Euroopan laajuinen, tarkka ja luotettava järjestelmä. Se soveltuu muita järjestelmiä paremmin GNSS-mittauksiin. Haitat ovat yleensä ohimeneviä ja liittyvät lähinnä siirtymävaiheeseen, kun on toimittava eri järjestelmissä olevien koordinaattien kanssa. Käytännön mittaustyö voi olla sekavaa ja esimerkiksi karttojen, pisterekisterien ja toimitusasiakirjojen koordinaattitiedot vanhentuvat, mikä tulee ottaa huomioon. Myös karttalehtijako ja koordinaattien pituus muuttuvat, mikä vaikuttaa osaltaan laitteiden ja ohjelmistojen käyttöön. 4.2 Suunnitteleminen Kun kunta tai useiden kuntien muodostama alue liittyy ETRS89- järjestelmään, on suoritettava kunnan runkopisteverkon mittaaminen, jotta runkopisteille saadaan uuden järjestelmän mukaiset koordinaatit. Tämä
33 25 tapahtuu siten, että pisteverkko mitataan uudelleen ja kiinnitetään EUREF- FIN-koordinaatistoon valtakunnallisten pisteiden kautta. Lisäksi määritetään vastinpisteiden avulla muunnosparametrit vanhan ja uuden järjestelmän välille, jotta muunnettavaksi soveltuva aineisto voidaan muuntaa. Mittaussuunnitelman huolellinen laadinta helpottaa työn käytännön toteuttamista huomattavasti. Se parantaa mittaustyön laatua ja tehokkuutta ja auttaa ennakoimaan mahdollisia ongelmia ja keksimään ratkaisuita. Verkon satelliittimittauksessa käytetään vähintään neljää lähtöpistettä, joiden muodostaman monikulmion sisään muunnettavan alueen on sisällyttävä. Nämä lähtöpisteet ovat uudessa koordinaattijärjestelmässä tunnettuja pisteitä, joiden kautta muunnospisteet sidotaan valtakunnalliseen järjestelmään. Suomessa lähtöpisteiksi on valittavissa kolmesta eri vaihtoehdosta. Geodeettisen laitoksen FinnRef -tukiasemaverkko ja Geotrim Oy:n GPSNet.fi VRS-verkko mahdollistavat muunnospisteiden sitomisen näihin kiinteisiin tukiasemiin. Usein etäisyys näihin asemiin saattaa olla varsin suuri, minkä johdosta havaintoaikojen pituudet kasvavat. VRS-verkon asema runkoverkkojen hierarkiassa ei ole selvä, mikä valitettavasti usein estää sen käytön runkomittauksissa. Lähtöpisteinä voidaan käyttää myös maastossa sijaitsevia pisteitä. Tällaisia pisteitä ovat Geodeettisen laitoksen I- tai II-luokan EUREF-verkon pisteet tai Maanmittauslaitoksen EUREFtihennyspisteet. Myös muut paikallisesti määritetyt EUREF-pisteet sopivat lähtöpisteiksi, mikäli niiden tarkkuus on tarpeeksi hyvä. (Honkanen 2010, ) Jotta voidaan laskea muunnosparametrit uuteen järjestelmään siirrettäviä aineistoja varten, on muunnospisteiden joukossa oltava vähintään neljä vanhassa järjestelmässä luotettavasti tunnettua pistettä. Yleensä ne pyritään valitsemaan kunnan I- tai II-luokan pisteistä. Tarvittaessa on käytetty myös III-luokan pisteitä. Mitattavia pisteitä valittaessa katveisuuden lisäksi on otettava huomioon monitieheijastusten vaikutus, auringon aktiivisuus ja mahdollisesti pisteiden keskinäinen näkyvyys. Pisteverkon tulee kattaa muunnettava alue mahdollisimman suurelta osin. Valittujen pisteiden välille suunnitellaan kolmija nelikulmaiset geometriset silmukat, jolloin saadaan jokaiselle pisteelle
34 26 useammassa havaintojaksossa mitattuja havaintoja ja näin saadaan myös ylimääritystä tasoituslaskentaan. Jokaisessa silmukassa tulee olla vektoreita vähintään kahdesta havaintojaksosta, eikä silmukan tule sulkeutua yhdessä havaintojaksossa. Mikäli edellisen havaintojakson pisteet ovat samoja, kuin seuraavan havaintojakson, tulee laitteisto kuitenkin keskistää uudelleen, jotta vektorit ovat riippumattomia. Peruskiintopisteitä mitattaessa yhdessä silmukassa saa olla enintään neljä vektoria ja mittausjakson pituuden on oltava minuuttia. Havaintojaksojen pituuksiin vaikuttavat lisäksi laitteisto, vastaanottimien lukumäärä ja satelliittien sijainti taivaalla. Satelliittigeometriaa kuvaa GDOP-arvo, jonka on oltava alle 8. Vierekkäisillä silmukoilla on oltava vähintään kaksi yhteistä pistettä, eikä verkossa saa olla verkkoon vain yhdellä vektorilla tai pisteellä liittyviä piikkipisteitä. (Maanmittauslaitos 2003, ) Mittausten aikataulua suunniteltaessa otetaan huomioon eri pisteiden soveltuvuus satelliittimittaukseen eri ajankohtina, havaintojakson pituudet, kaluston ja mittaushenkilöiden määrä, siirtyminen pisteeltä toiselle ja kaluston pystyttämiseen kuluva aika. Lisäksi on otettava huomioon havaintojen purkamiseen ja prosessoimiseen kuluva päivittäinen aika. On havaittu, että mittausten takia etukäteen tehty verkkosuunnitelma on paikallaan, jotta esimerkiksi useiden eri kuntien alueella tapahtuvat mittaukset hallitaan paremmin ja vältytään mahdollisilta päällekkäisyyksiltä. 4.3 Mittaaminen Koordinaatiston perus- ja käyttökiintopisteiden suositeltavat mittaustavat ovat staattinen satelliittimittaus ja jonomittaus. Korkeuskiintopisteet on mitattava vaaitsemalla. Kaavoitetun alueen rajamerkit ja rakennukset suositellaan mitattavan RTK-satelliittimittauksella ja takymetrillä, mutta myös ilmakuvakartoitus käy. Muiden kohteiden kartoittamiseen hyväksytään kaikki edellä mainitut mittaustavat. Peruskiintopisteiden suhteellisen tasotarkkuuden on oltava 20ppm. (Maanmittauslaitos 2003, 10-12) Mitattaessa muunnospisteitä on siis mahdollista suorittaa mittaukset joko staattisella satelliittimittauksella tai takymetrilla. Staattinen satelliittimittaus on hyväksi havaittu mittaustapa muunnosmittauksissa.