Kõrgusvõrk

Kõrgusvõrgu rekonstrueerimise eesmärgiks on nivelleerimisvõrgu ajakohastamine vastavalt integreeritud geodeetilise võrgu nõuetele. Eesti kõrgusvõrk on seotud Euroopa Vertikaalse referentssüsteemiga (EVRS - European Vertical Reference System), mille nullpunktiks on NAP (Normaal Amsterdam Peil).

Eestis kõrgussüsteemiks on EVRS, mille kõrgusi tähistatakse lühendiga EH2000.

Ajalugu

Kogu Eesti territooriumi kattev kõrgusvõrk rajati Balti Geodeesia Komisjoni initsiatiivil aastail 1933-1943 kõrgtäpsete ja täpsete nivelleerimiskäikude (1728 km) süsteemina, mis moodustas mandrialal 6 polügooni. Sõlmpunktid kindlustati 23 fundamentaalreeperiga.

Teine kõrgtäpne nivelleerimine toimus aastatel 1948-1969 ja kolmas 1970-1996. Aastail 1948 ja 1970 teostas toonane Nõukogude Liidu Geodeesia ja Kartograafia Peavalitsus (GKP) I klassi nivelleerimisi Narva - Tallinn - Pärnu - Ikla trassil (505 km). Eesti Teaduste Akadeemia tegi nivelleerimiskäikude kordusmõõtmisi aastail 1951-1969 ja 1970-1991 vastavalt 2101 km ja 1884 km ulatuses. 1969-1996 nivelleerimised lülitati UELN (United European Levelling Network) andmebaasi aastal 1999.

Kõrgusvõrgu rekonstrueerimiseks koostati Kõrgusvõrgu rekonstrueerimise ja nivelleerimise juhend ( 5.5 MB, 11.12.2009 ) , mis on kinnitatud peadirektori käskkirjaga 21. juuni 2006 nr 286. Kõrgusvõrgu juhend määrab üldised tehnilised põhinõuded Eesti kõrgusvõrgu renoveerimiseks.

Kõrgusvõrgu rekonstrueerimine

Ettevalmistused neljandaks nivelleerimiseks algasid aastal 1996, kui kavandati integreeritud geodeetilise põhivõrgu kontseptsiooni. Selle alusel lülitatakse rekonstrueeritava kõrgusvõrgu koosseisu nivelleerimistrassidel või nende vahetus läheduses paiknevad riigi geodeetilise põhivõrgu I ja II klassi ning gravimeetrilise põhivõrgu punktid ja veemõõdujaamad.

Nivelleerimiskäikude ülevaatus (2001-2007) näitas, et enne aastat 2001 paigaldatud kõrgusmärkidest (2403) oli korras ainult 53% (1275); hävinud, rikutud ja leidmata 47% (1128). Selline seis muutis kõrgusliku alusega seotud geodeetiliste tööde teostamise küllaltki komplitseerituks ja kulukaks.

Eesti kõrgusvõrgu rekonstrueerimine toimus aastatel 2003-2016. Kõrgusvõrk rajati käikude süsteemina, mis moodustab mandriosas 15 ja saartel 2 polügooni. Täiendavalt rajatud väiksemad polügoonid asuvad Eesti mandri äärealadel. Kõrgusvõrku on kaasatud kõik riikliku kõrgusvõrgu nivelleerimiskäigud ja osaliselt Tallinna kõrgusvõrgu (2003-2009) nivelleerimiskäigud (Joonis 1).

Nivelleerimiskäikude üldpikkus on 4238 km, keskmine vahemaa kõrgusmärkide vahel käigus on 1,4 km, nivelleerimiskäikudesse kuulub kokku ca 3144 reeperit.

Instrumendid ja mõõtmismetoodika

Nivelleerimisel kasutati digitaalnivelliire Trimble/Zeiss DiNi 12, DiNi 11 ja DiNi 03 (mõõtmistäpsus edasi-tagasi suunas ±0,3 mm/km, suurendus 30×) ning invar-koodlatte NEDO pikkusega 3 m, 2 m ja 1 m. Latid kalibreeriti enne ja pärast välitöid Soome Geodeesiainstituudis. Lattide invarskaala temperatuur määrati digitermomeetritega, mille sensorid asusid invarskaala ülemisest ja alumisest otsast ca 10 cm kaugusel. Jaamades mõõdeti nivelliiri lähedal õhutemperatuur kõrgusel 0,5 ja 2,5 m maapinnast digitermomeetritega. Hügro-, baro- ja anemomeeter kinnitati statiivile ca 2,5 m maapinnast (foto 1).

Kõik nivelleerimiskäigud mõõdeti edasi- ja tagasisuunas I klassi mõõtmismetoodika kohaselt. Polügoone mittemoodustavad nn rippuvad käigud nivelleeriti 2 korda edasi- ja tagasisuunas. Välistemperatuuriga kohanemiseks hoiti nivelliire ja latte enne mõõtmise algust töötemperatuuril. Nivelliiri horisonteeritust (nurk i) kontrolliti igapäevaselt enne töö alustamist. Sidepunktides kasutati lati alusena reeglina metallvaiu (Ø = 20 mm, L = 400 mm). Sektsioon nivelleeriti mõlemas suunas mööda samu vaiu päeva erinevatel pooltel. Viseerimiskiire pikkus oli 30 - 40 m ja minimaalne kõrgus maapinnast 0,5 - 0,8 m. Mõõtmisel kasutati ainult sfäärilise pinnaga geodeetilisi märke.

Kõrgusvõrgu nivelleerimine

Kontrollmõõtmisi parima mõõdistusmetoodika valimiseks alustati 2001. aastal. Kõrgusvõrgu rekonstrueerimistööd toimusid aastatel 2003-2016. Erinevatel aastatel teostatud mõõtmiste täpsushinnangud on esitatud tabelis 1.

Eesti ja Läti kõrgusvõrkude ühendamine

Eesti ja Läti riiklik kõrgusvõrk ühendati neljas kohas - Ikla, Mõisaküla, Valga, Vastse-Roosa (tabel 2 ja foto 2). Mõõtmisi tegid mõlema riigi töörühmad samaaegselt, alustades erinevatest otstest, ja käigud mõõdeti 2 korda edasi- ja tagasisuunas. Kasutati I klassi nivelleerimise metoodikat, digitaalnivelliire Trimble/Zeiss DiNi 12 (Eesti) ja Trimble/Zeiss DiNi 03 (Läti) ning invar-koodlatte NEDO.

Kõrguste ülekandmine saartele

Kõrguste ülekandmiseks mandrilt Lääne-Eesti saartele kasutati Tallinna Tehnikaülikooli Meresüsteemide Instituudi (MSI) paigaldatud automaatjaamu. Rõhuandurid monteeriti sadamakai külge kinnitatud veemõõdulati tagaküljele veepinnast 1,5 m sügavusele (Foto 3). Veemõõdujaamas mõõdeti veesamba kõrgust rõhuanduri kohal 5-minutilise intervalliga.

Rõhuanduritel põhinevaid hüdrodünaamilisi loodimisi teostati aastail 2010 - 2011 kuues sadamas - Virtsu, Rohuküla, Heltermaa, Kuivastu, Triigi, Sõru. Mõõtejaamad seoti kõrgusvõrguga vastavalt I klassi nivelleerimise nõuetele. Hüdrodünaamilise loodimisega on võimalik saavutada täpsus kuni ±1,0 cm.

Kõrgusvõrgu tasandus

Eesti kõrgusvõrk tasandati kahes etapis. Esmalt toimus Euroopa ühendatud kõrgusvõrgu tasandus (koos rekonstrueeritud Eesti kõrgusvõrgu andmetega). Euroopa kõrgusvõrgu tasandusest saadi lähtekõrgus Eesti kõrgusvõrgu tasandamiseks. Euroopa ühendatud kõrgusvõrgus asendati 1969-1996 aastate andmed 2003-2016.a rekonstrueeritud kõrgusvõrgu andmetega ning lisati kõrgusvõrkude ühendused Läti Vabariigi kõrgusvõrguga (4 nivelleerimiskäiku) ja Vene Föderatsiooni kõrgusvõrguga (2 nivelleerimiskäiku), vt Joonis 3. Korrastatud Eesti kõrgusvõrgu andmed saadeti Euroopa kõrgusvõrgu arvutuskeskusesse Saksamaal.

Euroopa kõrgusvõrgu arvutuskeskuse poolt saadi Eesti kõrgusvõrgu andmete tasandamise keskmiseks täpsushinnanguks ± 0.228 kGal·mm/√km ja kõrguste keskmiseks täpsuseks ± 13.9 mm.

Eestis tähistatakse EVRS süsteemi kõrgusi lühendiga EH2000. EH2000 kõrguste arvutamisel kasutati Euroopa kõrgusvõrgu arvutuskeskuse lahendust EVFR2007 (lahendus 201703/NKG2005LU).

Riigi kõrgusvõrgu tasandamisel fikseeriti üks lähtepunkt, milleks on Põltsamaa fundamentaalreeper (H=55,21140 m). Lähtepunkti kõrgus saadi Euroopa kõrgusvõrgu tasandusest. Niisugune tasandus tagab Eesti ja naaberriikide kõrgusvõrkude parima kokkusobivuse. Mandri-Eesti kõrgusvõrgu sidumisel Lääne-Eesti saartega kasutati 2011. aasta hüdrodünaamilise nivelleerimise tulemusi. Kõrgusvõrgu andmete viimisel epohhi 2000 kasutati maatõusumudelit NKG2005LU. Riigi kõrgusvõrgu tasanduse tulemusel saadi kõrguste täpsushinnanguks ± 1.7 mm.

BK77 kõrguste ja EH2000 kõrguste vahelised üleminekuparameetrid

BK77 ja EH2000 üleminekuparameetrid arvutati mudelpinnana, kus kasutati 68 reeperi BK77 ja EH2000 kõrguste erinevusi. Mudelpind võimaldab BK77 kõrguste ümberarvutamist EH2000 kõrgusteks ja vastupidi (Joonis 4). Üleminekumudeli sammuks on 1' x 0.5', piirkonnaks on B = 57º 20' ... 60º 00' ja L = 21º 20' ... 28º 40'. Väljaspool mudeli piirkonda mudeli kasutamine ei ole soovitatav.