GeoRefAct

Projekt "GeoRefAct" loob võimalused Eesti ja Läti geodeetiliste süsteemide, sh erinevate geodeetiliste võrkude ja andmete, harmoniseerimiseks ning Eesti ja Läti geodeetiliste andmete ristkasutamiseks Eesti-Läti piirialal. Projekti käigus hinnatakse läbiviidud kõrgtäpsete mõõtmistulemuste (GNSS, kõrgtäpne nivelleerimine, gravimeetria, polügonomeetria) põhjal kahe riigi kõrgus- ja koordinaatsüsteemide erinevusi ja koostatakse üleminekumudelid koordinaat- ja kõrgussüsteemidele.

Projekti eesmärgiks on pakkuda täpseid, ajakohaseid ja ühtlustatud asukohapõhiseid andmeid ja teenuseid avalikuks kasutamiseks Eesti-Läti piirialal. Projekti tulemuseks on kõrguste ja koordinaatide teisendusmudelite veebirakendus, mis tehakse kättesaadavaks Maa-ameti ja Läti Ruumiandmete Informatsiooni Agentuuri veebilehel avaandmetena.

Projekti läbiviimise aeg on 11.01.2021–31.12.2022. Eraldatud toetuse summa: 500 000 eurot. Projekti partneriteks on Maa-amet ja Läti Georuumilise Informatsiooni Agentuur, kes täidavad geodeesia vallas Eestis ja Lätis sarnaseid ülesandeid, nagu  geodeetilise referentssüsteemi haldamine, geodeetiliste andmete kogumine ja haldamine, geodeetiliste võrkude, sh GNSS tugijaamad, hooldus ja haldamine ning geodeetiliste punktide andmebaaside haldamine. Maa-amet on projekti juhtpartner, kelle osalus moodustab kogusummast 56% ehk 280 000 eurot, millest ERDF Interreg V-A rahastus moodustab 85% ehk 238 00 eurot ning Maa-ameti omaosalus 15% ehk 42 000 eurot.

Rahvuslikud referentssüsteemid

Euroopa geodeetiline referentssüsteem ETRS89 ja Euroopa vertikaalne referentssüsteem EVRS on INSPIRE direktiivi kohaselt geodeetiliste süsteemide aluseks Euroopas. Kuid Euroopa Liidu riikide geodeetilised süsteemid võivad Euroopa referentssüsteemidest teatud määral erineda, sest naaberriikides esineb lahknevusi kõrguste ja koordinaatide väärtustes. Seetõttu tuleb piiriülestel aladel tagada geodeetiliste andmete täpne ja sujuv kasutamine.

Lätis on ametlikult kasutatavaks koordinaatide süsteemiks LKS-92, mis kehtestati 1992. aastal. Koordinaadid on kättesaadavad LatPos tugijaamade võrgu ja riikliku geodeetilise võrgu vahendusel. Läti kõrgussüsteem LAS-2000,5 loodi 2014. aastal Euroopa vertikaalse referentssüsteemi realisatsioonina. Kõrgusväärtused on kättesaadavad riikliku kõrgusvõrgu ja  kvaasigeoidi mudeli LV'14 kaudu LatPos tugijaamade vahendusel.

Eestis on ametlikult kasutusel geodeetiline referentssüsteem EUREF-EST97, mis on aluseks tasapinnaliste koordinaatide süsteemile L-EST97. Koordinaadid on kättesaadavad riikliku geodeetilise võrgu kaudu. Eesti kõrgussüsteem EH2000 loodi 2017. aastal Euroopa vertikaalse referentssüsteemi realisatsioonina. Koos uue kõrgussüsteemiga võeti kasutusele ka uus geoidi mudel EST-GEOID2017. 

Projekt GeoRefAct

Projekti elluviimisel  kasutatakse kõige ajakohasemaid geodeetilisi metoodikaid, mis sisaldavad geodeetiliste andmete hindamise, andmetöötluse ja üleminekumudelite modelleerimise põhimõtteid ning ühiste mõõtmiste (sh kõrgtäpsed GNSS mõõtmised, kõrgtäpne nivelleerimine, relatiivsed gravimeetrilised mõõtmised, polügonomeetria mõõtmised ja kõrgtäpne nivelleerimine Valga/Valka kaksiklinnas) korraldamist piirikoridoris. Mõõtmiste tulemused on aluseks Läti ja Eesti geodeetiliste süsteemide erinevuste hindamisel. Läti ja Eesti geodeetiliste süsteemide üleminekupinnad arvutatakse täppismõõtmistega saadud erinevuste põhjal, mis on aluseks vastasvatele üleminekumudelitele.

Projekti tulemusi saab kasutada erinevate infrastruktuuriobjektide (maantee- ja raudteeprojektid) ja piiriala keskkonnaprojektide (veemajandus, jäätmekäitlus, põllumajandusprojektid jne) projekteerimisel ja elluviimisel.

Projekti ajaskaala

2021. aastal koostati geodeetiliste mõõtmiste ja arvutuste metoodikad, teostati ühised mõõtmised piirialal (GNSS, kõrgtäpne nivelleerimine, Valga/Valka  polügonomeetria ja kõrgtäpne nivelleerimine) ja mõõtmiste esialgne amdetöötlus ning viidi läbi seadmete hankeid. ​

2022. aastal teostati relatiivsed gravimeetrilised mõõrtmised ja andmetöötlus, tehti lõplikud arvutused, hinnati geodeetiliste andmete erinevusi piirialal ja arvutati üleminekumudelid koordinaatidele ja kõrgustele. Samuti viidi läbi täiendavaid seadmete hankeid, korraldati projekti tulemusi tutvustav seminar ning koordinaatide ja kõrguste üleminekumudeklid avalikustati partnerite veebilehtedel. 

Projekti struktuur

Projekti tegevusted jaotati kolme osesse: (1) planeerimine ja mõõtmised, sh seadmete hanked; (2) arvutused ja modelleerimine ning (3) projekti tulemuste tutvustus. 

Mõõtmistööd

Geodeetiliste mõõtmiste eesmärgid:

• GNSS mõõtmised - koordinaatide valideerimine ja transformeerimine
• Kõrgtäpne nivelleerimine - normaalkõrguste valideerimine ja transformeerimine
• Valga-valka polügonomeetria - kohaliku geodeetilise võrgu koordinaatide valideerimine ja transformeerimine
• Relatiivne gravimeetria - normaalkõrguste valideerimine Lätis
• Valga kõrgtäpne nivelleerimine - kohaliku geodeetilise võrgu normaalkõrguste valideerimine

Geodeetilisi mõõtmisi tehti mõlemal pool Eesti-Läti maismaapiiri. GNSS mõõtmisi, kõrgtäpseid nivelleerimistöid ja polügonomeetria mõõtmisi Valgas-Valkas tegid mõlemad projekti partnerid (Maa-amet ja LGIA). Lisaks eelnevale tegi LGIA relatiivseid gravimeetrilisi mõõtmisi Lätis ja Maa-amet kõrgtäpseid nivelleerimistöid Valgas. 

Geodeetiliste mõõtmiste jaoks töötati välja ühine mõõtmiste metoodika. Mõõtmisi tehti samaaegselt riigipiiril või selle läheduses. Mõõtmisi kontrolliti partnerite olemasolevatele metoodikatele vastavalt. Elektroonilised kaugusmõõturid kalibreeriti Vääna geodeetilisel baasjoonel Eestis,  tulemusi valideeriti Soome Georuumilise Uurimise Instituudi Nummela standardbaasjoonel. Teiste mõõteseadmete kalibreerimine ja vastavad kontrollid tehti rutiinselt eraldi. 

Kõrgtäpsel nivelleerimisel mõõdeti 4 piiriülest nvelleerimiskäiku: Palli – Rūpnieki, Ala – Omuļi, Urissaare – Rozēni ja Valga – Valka. Mõõtmised toimusid ajavahemikul 01.09 - 30.09.2021. Piiriülesed nivelleerimiskäigud mõõdeti samaaegselt mõlema partneri poolt vastavalt 17.09.2021, 21.09.2021 ja 30.09.2021. Kõrgtäpne nivelleerimine Valgas tehti 24.08.2021.

GNSS mõõtmisi teostati sessioonide kaupa (üks sessioon päevas, sessiooni pikkus ca 6 tundi). Kokku mõõdeti Maa-ameti poot 14 sessiooni ja LGIA poolt13 sessiooni ajavahemikul 11.05 - 04.06.2021. Piiriülesed 4 sessiooni mõõdeti üheaegselt Maa-ameti ja LGIA poolt ajavahemikul 24.05-28.05.2021.

Valga-Valka GNSS mõõtmised tehti staatiliste GNSS sessioonidega, kusjuures igal punktil mõõdeti vähemalt kaks korda. GNSS sessiooni pikkuseks oli 1.5 tundi. Mõõtmised tehti üldiste GNSS mõõtmiste osana.

Valga-Valka polügonomeetriamõõtmistel kasutati Trimble S9 0.5” Robotic DR Plus tahhümeetrit koos Leica GPH1P prismadega, Leica GDF321 treegereid ja Leica GZR3 optilisi tsentriire. Seinamärkide mõõtmisteks kasutati miniprismat ADS103 (LGIA) ja Leica TS60 tahhümeetrit (hanngitud projekti raames) koos Leica GPR121 prismadega, Leica GDF321 treegereid ja Leica GZR3 optilisi tsentriire (Maa-amet). Suunad ja kaugused mõõdeti kolme täisvõttega. Maa-amet mõõtis üksikpunktid kuue täisvõttega, LGIA aga kolme täisvõttega kahelt lähtepunktilt. Polügonomeetriamõõtmised tehti ajavahemikus 17.08.2021 - 27.08.2021. Eesti sektsiooni mõõtmiseks kulus 4 päeva ja Läti sektsiooni mõõtmiseks 10 päeva. Piiriülesed mõõtmised tehti 19.08.2021 ja 21.08.2021.

Relatiivsetel gravimeetrilistel mõõtmistel kasutati Scintrex CG-5 ja CG-6 (hangitud projekti raames) relatiivseid gravimeetreid. Mõõtmised tehti baasjaama meetodil – mõõdeti suletud käigud, mis algasid ja lõppesid ühel ja samal lähtepunktil. Lähtepunktid paiknesid Läti territooriumil ca 30 km vahedega. Mõõtmised tehti ca 4 km sammuga alas, mis jäi Läti-Eesti piirist kuni 40 km kaugusele ajavahemikus aprill - oktoober 2022.

Arvutustööd

Nivelleerimise arvutustööd tehti eraldiseisvalt mõlema partneri poolt. Võrgu tasandus tehti minimaalselt piiratud lahendusena pinnasereeperil 2128, millel olid normaalkõrguse väärtused Läti LAS-2000,5 ja Eesti EH2000 kõrgussüsteemides. EH2000 kõrgused ja GeoRefAct võrgu tasandusel saadud kõrgusväärtused loeti piiriäärses alas samaväärseteks. Saadud normaalkõrguste erinevusi LAS-2000,5 ja GeoRefAct tasanduse vahel kasutati üleminekumudeli loomiseks.

GNSS admetöötluses kasutati Bernese 5.2 GNSS arvutustarkvara, arvutustes järgiti NKG (Põhjamaade Geodeesiakomisjon) ja EPN (Euroopa GNSS püsijaamade võrk) juhiseid, mida täiendati vastavalt vajadustele. Arvutused tehti kahes osas. Esmalt arvutati ESTPOS ja LatPos GNSS püsijaamadele koordinaadid kasutades referentsina rahvusvahelisi GNSS püsijaamu, ESTPOS/LatPOS püsijaamade koordinaadid saadi IGb14 referentssüsteemis epohhil 2021.05.23. Teiseks arvutati koordinaadid mõõdetud geodeetilistele punktidele EUREF-EST97, LKS-92 ja LKS-20 koordinaatsüsteemides, kasutades referentsina ESTPOS ja LatPos GNSS püsijaamu. Saadud tulemusi kasutati transformeerimisparameetrite arvutamiseks ning mudelpindade loomiseks.

Valga-Valka andmetöötlusel kasutas LGIA arvutusteks TopoNet 6.3 ja Maa-amet Leica iCON tarkvara. Tasandus tehti vähimruutude meetodil. Enne tasandust lisati andmetele instrumentide kalibreerimisel saadud tulemustest lähtuvad parandid. Valga/Valka polügonomeetriavõrk tasandati L-EST97, LKS-92 ja LKS-20 koordinaatsüsteemides, referentsiks kasutati GNSS mõõtmistel saadud punktide koordinaate. Tulemusi kasutati L-EST97 ja LKS-92 süsteemide vaheliste transformeerimis-parameetrite arvutamiseks ning mudelpinna loomiseks

Modelleerimine

Kõrguste üleminekumudel koostati kahes etapis. Esialgse  mudeli ala hõlmas pikkuskraadid 24.00 – 27.80 ja laiuskraadid 56.75 – 58.75, mudeli andmete samm oli 0.004/0.002 kaarekraadi (ca 220m). Peale mudeli silumist oli mudelpinna ala 24.2 – 27.5 pikkuskraadi ja 57.40 – 58.2 laiuskraadi. Mudeli andmete samm oli 0.02/0.01 kaare-kraadi (ca 1.1 km). Lõplik silutud mudel katab 2 km laiuse piiriäärse koridori. Väljaspool mudeli ala on mudeli väärtused NaN. Mudeli võrdlus piiriala geodeetiliste märkide kõrgusväärtustega näitab head, ca millimeetri suurusjärgus kokkusobivust.

Koordinaatide üleminekumudeli arvutamiseks kasutati lõplikust GNSS arvutustulemuste tasandusest mõõdetud punktidele geotsentrilisi ristkoordinaate XYZ EUREF-EST97 ja LKS-92 süsteemides. Saadud koordinaatide põhjal arvutati transformeerimisparameetrid, mille abil arvutati geodeetilised koordinaadid ja leiti erinevused EUREF-EST97 ja LKS-92 vahel. Mudelid loodi geodeetilise laius- (B) ja pikkuskraadide (L) jaoks eraldi. Mudelite testimine geodeetilistel punktidel näitab head, ca sentimeetri suurusjärgus kokkusobivust Eesti ja Läti koordinaatsüsteemide vahel. Mudeli arvutamisel kasutati GMT (Generic Mapping Tools) tarkvara algoritmi mille abil loodi muudetava pingega pidev kumeruspind. Mudeli ala katab pikkuskraadid 24.2 – 27.5 ja laiuskraadid 57.4 – 58.2 (sama mis normaalkõrguste üleminekumudelil). Mudeli andmete samm on 0.02/0.01 kaarekraadi (ca 1.1 km). Lõplik silutud mudel katab 2 km laiuse piiriäärse koridori. Väljaspool mudeli ala on väärtused NaN.

Valga-Valka koordinaatide üleminekumudel arvutati polügonomeetria mõõtmiste tasanduse tulemustest saadud L-EST97 ja LKS-92 TM tasapinnaliste ristkoordi-naatide erinevuste põhjal. Neile lisati Valga GeoRefAct GNSS võrgu punktid, mis polnud Eesti poole polügonomeetriavõrku kaasatud. Esimeses etapis arvutati Helmert 2D transformeerimis parameetrid, koordinaadid teisendati esmalt samasse kaardiprojektsiooni (kas LAMBERT-EST või LKS-92 TM). teises etapis saadud parameetrite abil arvutati üleminekumudeli sõlmedele vastavad koordinaatide erinevused. Võrgustikmudeli sõlmedele lisati LAMBERT-EST ja LV TM projektsioonide erinevuste väärtused. Mudeli ala hõlmas pikkuskraadid 25.98 – 26.08 ja laiuskraadid 57.76 – 57.80, mudeli andmete samm oli 0.004/0.002 kaarekraadi (ca 220 m). Mudeli testimine mõõdetud punktidel näitab head, ca millimeetri suurusjärgus kokkusobivust.