UPORABNOST IZBRANIH METOD DEFORMACIJSKE ANALIZE NA PRAKTIČNIH PRIMERIH GEODETSKIH MREŽ APPLICABILITY OF SELECTED METHODS OF DEFORMATION ANALYSIS ACCORDING TO PRACTICAL EXAMPLES OF GEODETIC NETWORKS Blaž Mozetič, Dušan Kogoj, Tomaž Ambrožič UDK: 528.3 IZVLEČEK Temeljni problem, ki ga poskuša rešiti deformacijska analiza, je določitev stabilnosti točk oziroma določanje premikov točk v geodetski mreži. Uporabnost izbranih metod deformacijske analize (Hannover, Karlsruhe) in enostavnega postopka testiranja premikov točk je bila preizkušena na praktičnih primerih geodetskih mrež za ugotavljanje premikov in deformacij. V članku so predstavljeni postopki, rezultati in ugotovitve testiranja. KLJUČNE BESEDE premik, deformacijs ka analiza, metoda Hannover, metoda Karlsruhe Klasifikacija prispevka po COBISS-u: 1.04 ABSTRACT The basic problem in deformation analysis is detection and determination of stability or displacement of the points in the geodetic network during two epochs. The applicability of the methods of deformation analysis (Hannover, Karlsruhe) and of the simple procedure for testing point displacement was tested on practical examples of geodetic networks for displacement and deformation detection. The procedure, results and assessments of the testing are described. KEY WORDS displacement, deformation analysis, Hannover method, Karlsruhe method 1 UVOD 620 Naloga deformacijske analize je ugotavljanje premikov in deformacij tal in objektov v prostoru in času. V osnovi deformacijska analiza rešuje problem ugotavljanja stabilnosti referenčnih točk, ki so domnevno stabilne, in določanja značilnih premikov nestabilnih točk. Za testiranje značilnih premikov se uporabljajo metode statistične analize (Ambrožič, 1996). Obravnavani premiki so lahko zelo majhni, enaki velikostnemu redu natančnosti meritev, zato je treba oceno natančnosti in statistično analizo izvesti zelo skrbno in pazljivo. Napačne predpostavke o stabilnosti točk obravnavane geodetske mreže imajo lahko zelo hude posledice z vidika interpretacije izračunanih premikov kakor tudi z vidika napovedovanja porušitve objektov. Namen testiranja izbranih metod deformacijske analize na praktičnih primerih geodetskih mrež je ugotoviti uspešnost posamezne metode ter odkriti prednosti in slabosti, ki izhajajo iz teoretičnih 2.2 Metoda Hannover Bistvo metode Hannover je globalni test kongruence ali skladnosti rezultatov izravnave predpostavk in postopka izračuna (Mozetič, 2005). Za različne položajne geodetske mreže želimo najti oziroma predlagati najprimernejšo metodo deformacijske analize. 2 UPORABLJENE METODE ZA UGOTAVLJANJE STABILNOSTI TOČK V TESTIRANJIH Postopek deformacijske analize, ki temelji na geodetskih metodah, v splošnem razdelimo na naslednje osnovne faze (Caspary, 1988). 1. faza: Vzpostavimo geodetsko mrežo in pripravimo načrt opazovanj ob upoštevanju zahtevane natančnosti koordinat. V kolikor je tudi deformacijski vzorec znan, ga upoštevamo v načrtu opazovanj. 2. faza: Izvedemo analizo geodetskih opazovanj za vsako terminsko izmero posebej, vključno z odkrivanjem in izločanjem grobo pogrešenih opazovanj. Določimo tudi natančnost opazovanj. 3. faza: Izvedemo ločeno izravnavo in odvisno od izbrane metode deformacijske analize tudi skupno izravnavo obravnavanih terminskih izmer z namenom pridobivanja informacij o premikih posameznih točk ter potrditvi stabilnosti skupine referenčnih točk. Rezultat te faze je vektor premikov točk obravnavanega objekta. 4. faza: Predstavimo deformacijski vzorec s primernim deformacijskim modelom. V testih smo uporabili enostavni postopek testiranja premikov točk ter metodo Hannover in metodo Karlsruhe, ki smo jih uporabili za ugotavljanje premikov in deformacij na praktičnih primerih geodetskih mrež. 2.1 Enostavni postopek testiranja premikov točk Po izravnavi in analizi kakovosti rezultatov posamezne terminske izmere izračunamo premike identičnih točk in natančnost določitve premikov točk. V primerjavi z drugimi metodami deformacijske analize je ta način enostavnejši, zato ga imenujemo enostavni postopek testiranja premikov točk. Razlike položajev točk med dvema terminskima izmerama dajejo popolnoma zadovoljive rezultate oziroma informacije o premikih za potrebe mnogih inženirskih del (nalog). To velja v primeru zadostnega števila stabilnih točk ali če so premiki nekajkrat večji od natančnosti določitve premika (Savšek - Safić et al., 2003). Pri posebnih in zahtevnejših inženirskih delih pa se izvede postopek deformacijske analize po eni izmed znanih metod. Z enostavnim postopkom testiranja premikov točk dobimo prvo informacijo o dogajanju v obravnavani geodetski mreži. Uporabniku je prepuščena odločitev, da glede na dejansko tveganje in posledice napačne odločitve presodi, ali je tveganje zanj še sprejemljivo ali ne. Če se uporabnik ne more odločiti, je najbolje, da stabilnost točk ugotovi z metodami deformacijske analize, ki so podrobneje opisane v nadaljevanju. Podrobno je enostavni postopek testiranja premikov točk opisan v Savšek - Safić (2002). 621 obravnavanih terminskih izmer geodetske mreže. Izračunati moramo srednje neujemanje dveh terminskih izmer, na podlagi katerega ugotovimo morebitne premike točk mreže. Seveda se vsaka terminska izmera neodvisno izravna pod predpostavko, da so opazovanja prosta grobih in sistematičnih pogreškov. Predpostavki metode Hannover sta: · statistično enaka a posteriori referenčna varianca v obeh obravnavanih terminskih izmerah in · v obeh obravnavanih terminskih izmerah se uporabljajo enake približne koordinate točk. Potek metode Hannover lahko razdelimo na šest faz (Ašanin, 1986; Mihailović in Aleksić, 1994; Savšek - Safić, 2002): 1. faza: ločeni izravnavi posameznih terminskih izmer, 2. faza: testiranje homogenosti natančnosti opazovanj v dveh terminskih izmerah, 3. faza: globalni test skladnosti mreže dveh terminskih izmer, 4. faza: testiranje stabilnosti osnovnih točk mreže, 622 Slika 1: Geodetska mreža Jalovišče Boršt. 5. faza: lokalizacija nestabilnih osnovnih točk mreže in 6. faza: ugotavljanje premikov točk na objektu. Podrobno je metoda Hannover opisana tudi v Ambrožič (2001). 2.3 Metoda Karlsruhe Metoda Karlsruhe temelji na neodvisni izravnavi posamezne terminske izmere (predhodne in tekoče) in na skupni izravnavi obeh, lahko tudi več, terminskih izmer skupaj. Metodo Karlsruhe za ugotavljanje stabilnosti točk v geodetski mreži razdelimo na tri faze (Ašanin, 1986; Mihailović in Aleksić, 1994; Savšek - Safić, 2002): 1. faza: izravnava posamezne terminske izmere, 2. faza: skupna izravnava terminskih izmer in določitev nestabilnih točk med pogojno stabilnimi točkami in 3. faza: končna izravnava opazovanj in grafična interpretacija rezultatov. Podrobno je metoda Hannover opisana tudi v Ambrožič (2004). 3 TESTIRANJE METOD NA PRAKTIČNIH PRIMERIH GEODETSKIH MREŽ Testiranje metod deformacijske analize na praktičnih primerih geodetskih mrež je potekalo v štirih fazah. V prvi fazi smo izravnali vsako mrežo posamezne terminske izmere kot prosto mrežo. V drugi fazi smo stabilnost točk ugotavljali z enostavnim postopkom. V tretji fazi smo ugotavljali premike točk z metodo Hannover, v četrti fazi pa z metodo Karlsruhe. Podana je primerjava rezultatov uporabljenih metod deformacijske analize. Metode smo testirali na treh izbranih primerih položajnih geodetskih mrež, ki se uporabljajo za ugotavljanje premikov, in sicer: · geodetska mreža Jalovišče Boršt, · geodetska mreža Vrtine Boršt in · geodetska mreža HE Moste. Geodetske mreže so izravnane po posredni metodi izravnave kot proste mreže. Za obdelavo podatkov so bili uporabljeni naslednji programi: · GeM ver. 3.1, mar. 97, · Premik ver. 2.0, feb. 02 in · DaH ver. 1.0, jun. 96. 3.1 Geodetska mreža Jalovišče Boršt Jalovišče Boršt, ki je nastalo kot posledica rudarjenja v Rudniku urana Žirovski vrh, se nahaja na jugovzhodnem pobočju Črne gore nad dolino Potoške grape. Na območju jalovišča in v njegovi neposredni okolici je bila vzpostavljena geodetska mreža za ugotavljanje premikov in deformacij. 623 624 Enostavni postopek Hannover točka premik [mm] smer [°] stabilna premik [mm] smer [°] stabilna 4 14,6 136 ne 14,6 136 da 102 21,0 340 ne 21,0 340 da 110 24,2 343 ne 24,2 343 da 116 19,4 12 ne 19,4 12 da 122 9,0 291 ne 9,0 291 da 123 16,5 174 ne 16,5 174 da 124 18,7 178 ne 18,7 178 da 126 16,9 194 ne 16,9 194 da 131 16,4 163 ne 16,4 163 da 132 17,1 182 ne 17,1 182 da 133 14,4 208 ne 14,4 208 da 141 8,6 134 ne 8,6 134 da 142 13,8 165 ne 13,8 165 da 143 10,1 171 ne 10,1 171 da 872 23,9 182 ne 23,9 182 da A 18,7 341 ne 18,7 341 da I/1 14,3 14 ne 14,3 14 da II/2 14,8 7 ne 14,8 7 da II/3 16,7 6 ne 16,7 6 da 1 19,2 355 ne 104,4 343 ne 2 18,1 8 ne 70,1 8 ne 3 18,2 28 ne 193,1 357 ne 10 22,2 126 ne 27,5 164 ne 112 19,9 304 ne 76,1 323 ne 113 32,7 290 ne 38,2 331 ne 114 7,3 37 ne 22,2 347 ne 125 17,2 172 ne 10,4 154 ne 871 14,9 145 ne 15,6 301 ne II/1 8,7 138 ne 37,2 271 ne Preglednica 1: Primerjava rezultatov različnih metod – Jalovišče Boršt. Mrežo sestavljajo osnove točke in točke na jalovišču ter v njegovi širši okolici. Geometrija geodetske mreže ni bila načrtovana za potrebe deformacijske analize, zato ta geodetska mreža ni vzorčen primer tovrstne mreže. Izbrali smo jo z namenom ugotovitve uporabnosti metod deformacijske analize na neidealni geodetski mreži. Za potrebe našega testiranja smo iz celotne mreže uporabili samo določeno število izbranih točk. Obravnavali smo dve terminski izmeri (Kogoj et al., 2005). Predhodna terminska izmera je prva izmera v letu 1994, tekoča terminska izmera pa je tretja izmera v istem letu. A priori standardni odklon v obeh terminskih izmerah za smeri je 3" in za dolžine 0,4 mm. Za obe terminski izmeri veljajo isti kvantitativni podatki izmere: · število opazovanj n = 112 (72 smeri in 40 dolžin), · število neznank u = 83 (58 koordinatnih in 25 orientacijskih), · defekt mreže d = 3 (merjene smeri in dolžine), · število nadštevilnih opazovanj f = n - u + d = 32. A posteriori standardni odklon enote uteži predhodne terminske izmere je 0,9650 in a posteriori standardni odklon enote uteži tekoče terminske izmere je 1,0868. Rezultati izravnave posameznih terminskih izmer so uporabljeni v nadaljevanju pri enostavnem postopku testiranja premikov točk, metodi Hannover in Karlsruhe. Izbrana stopnja značilnosti testa a = 0,05 je uporabljena v vseh statističnih testih. V preglednici 1 so predstavljeni rezultati ugotavljanja stabilnosti točk z enostavnim postopkom testiranja premikov točk (okrajšava Premik) in metodo Hannover. Rezultati, pridobljeni z metodo enostavnega postopka testiranja premikov točk, nam kažejo, da so vse obravnavane točke nestabilne. Vzrok za tak rezultat je treba iskati v definiciji testne statistike T, ki je podana kot kvocient velikosti premika d in natančnosti njegove določitve