VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ Využit́ı systému Galileo ve stavebńım inženýrstv́ı Leoš Mervart Department of Advanced Geodesy Faculty of Civil Engineering, CTU in Prague E-mail: mervart@fsv.cvut.cz Kĺıčová slova: Systém Galileo, stavebńı inženýrstv́ı, výzkumný plán MSM 6840770032 Popis výzkumného záměru Předmět a ćıl výzkumného záměru Vývoj prvńıch družicových navigačńıch systémů - známých též jako globálńı polohové systémy (GPS) - se datuje do 60. let dvacátého stolet́ı. Jejich význam pro technickou praxi začal vzr̊ustat s postupným dokončováńım systému NAVSTAR (Na- vigation Satellite Timing And Ranging) GPS v pr̊uběhu let 80. Od té doby se neustále zvyšuje počet aplikaćı a GPS se staly nepostradatelné v nejr̊uzněǰśıch oblastech lidské činnosti. S vývojem nových aplikaćı GPS se však zároveň začala projevovat určitá omezeńı v současné době jediného plně operačńıho systému NAVSTAR GPS, která jsou zp̊usobena hlavně t́ım, že systém byl p̊uvodně navržen pro potřeby armády Spojených stát̊u a jeho tv̊urci nepoč́ıtali se stovkami r̊uzných civilńıch aplikaćı. Z tohoto d̊uvodu se jednou z priorit stát̊u Evropské unie stalo vybudováńı vlastńıho družico- vého navigačńıho systému, který by byl (na rozd́ıl od systému Spojených stát̊u) primárně navržen pro celou řadu velmi rozmanitých civilńıch aplikaćı. V pr̊uběhu složité a dlouhé př́ıpravné fáze projektu se měnila jak jeho celková koncepce tak i název vlastńıho navigačńıho systému. Obt́ıžná byla i jednáńı mezi Evropskou uníı a Spojenými státy, která měla zajistit tzv. interoperabilitu stávaj́ıćıho a nového navigačńıho systému. V současné době je možno konstatovat, že neexistuj́ı žádné daľśı politické překážky bráńıćı vybudováńı evropského na- vigačńıho systému a byla schválena i jeho detailńı koncepce. V roce 2006 přešel projekt z tzv. vývojové fáze do fáze zaváděćı. Operačńı fáze by mělo být dosaženo v roce 2008. Navigačńı systém Evropské unie je založen na dvou projektech: Projektu EGNOS (Euro Geostationary Navigation Overlay Service). Jde o společný projekt Evropské kosmické agentury (ESA) a Evropské komise, který se bude (podle plánu z roku 2005) sestávat ze tř́ı geostacionárńıch družic. Projektu GALILEO. Systém GALILEO (jde opět o společný projekt ESA a Evropské komise) je velmi ambiciózńım projektem, který by po svém dokončeńı měl představovat nejmoderněǰśı technologii pro přesné určováńı polohy. Od 1. července 2003 do konce roku 2005 byl projekt v tzv. vývojové fázi, rokem 2006 byla zahájena tzv. zaváděćı fáze a od roku 2008 má být systém již plně funkčńı. V systému se poč́ıtá s celkem 30 družicemi na třech oběžných drahách (sklon k rovńıku 56 stupň̊u, vzdálenost od Země 23616 km). Protože v roce 2004 (26. června) byla podepsána Geinformatics FCE CTU 2006 80 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ dohoda mezi USA a Evropskou uníı “o podpoře, rozmı́st’ováńı a použ́ıváńı družicových na- vigačńıch systémů GALILEO a NAVSTAR GPS“, otevřela se cesta k uživatelské interopera- bilitě a radiofrekvenčńı kompatibilitě obou systémů. Systém GALILEO má v současné době jednu z nejvyšš́ıch priorit ve všech člen- ských zemı́ch EU. Usneseńı vlády ČR č́ıslo 218 z 23.2.2005 k organizačńımu zajǐstěńı aktivńı participace České republiky na programu Galileo deklaruje při- pravenost České republiky k podpoře vlastńıch podnikatelských a výzkumných subjekt̊u. Návrh služeb a signál̊u systému GALILEO podléhal dlouhé diskusi a mnoha změnám. V současné době je však zřejmé, že jeden ze signál̊u systému GALILEO bude ve vysokofrekven- čńım pásmu L1. Tato skutečnost otev́ırá cestu k jednoduchým a levným přij́ımač̊um schopným pracovat s oběma systémy – NAVSTAR GPS i GALILEO. Zároveň t́ım otev́ırá i cestu k výraznému zvýšeńı přesnosti a zejména spolehlivosti určováńı polohy při využit́ı kombinace měřeńı obou navigačńıch systémů. A jako př́ımý d̊usledek tohoto kvalitativńıho skoku lze očekávat ohromný rozvoj nových aplikaćı včetně aplikaćı ve stavebńım inženýrstv́ı. Domńıváme se, že vzhledem k výše uvedeným skutečnostem je nezbytné soustředit úsiĺı vědeckých pracovńık̊u Fakulty stavebńı ČVUT na výzkum a vývoj aplikaćı systému Galileo v oblastech geoinformatiky, krajinného a stavebńıho inženýrstv́ı. Jsme přesvědčeni, že pro projekt takovéhoto výzkumu máme k dispozici kvalitńı řešitelský tým sestávaj́ıćı z odborńık̊u z oblasti družicových navigačńıch systémů, informatiky, geodézie, dopravńıho stavitelstv́ı, stavebńıch konstrukćı a daľśıch stavebńıch obor̊u. Rovněž jsme přesvědčeni, že předkládaný projekt je správně věcně zaćılen, že je správně načasován (vzhledem k budováńı systému GALILEO), a že jeho realizace přinese i podstatné hospodářské výsledky. Zamýšlený výzkumný záměr sestává ze tř́ı na sebe navazuj́ıćıch část́ı: 1. Výzkum a vývoj metod pro zpracováńı signál̊u družic Galileo, problematika kombinováńı měřeńı systému Galileo se stávaj́ıćım globálńım polohovým systémem NAVSTAR GPS, specifika použit́ı systému Galileo v České republice a návaznost na současné geodetické základy České republiky. 2. Výzkum a vývoj metod efektivńıho zpracováńı polohových informaćı poskyt- nutých systémem Galileo, jejich vizualizace, tvorba databázových a informačńıch systémů (GIS) založených na údaj́ıch poskytnutých systémem Galileo. 3. Výzkum a vývoj aplikaćı systému Galileo v jednotlivých oborech stavebńıho inženýrstv́ı. � monitorováńı deformaćı mostńıch objekt̊u � sledováńı posun̊u stavebńıch objekt̊u pomoćı kombinace měřeńı systému Galileo a me- tody laserového skenováńı � ř́ızeńı stavebńıch stroj̊u � dlouhodobé sledováńı posun̊u tramvajových a železničńıch trat́ı � prevence rizik při dopravě nebezpečných náklad̊u Geinformatics FCE CTU 2006 81 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ � hledáńı a vývoj nových aplikaćı družicových navigačńıch systému ve stavebnictv́ı � hledáńı a vývoj nových aplikaćı družicových navigačńıch systémů a metod dálkového pr̊uzkumu Země ve vodńım hospodářstv́ı Jedńım z hlavńıch ćıl̊u předkládaného výzkumného záměru je tedy komplexńı vývoj sta- vebńıch aplikaćı systému Galileo. Pod “stavebńımi aplikacemi“ rozumı́me nejr̊uzněǰśı technologické postupy, jejichž součást́ı je źıskáváńı polohových informaćı o stavebńıch ob- jektech, ř́ızeńı stavebńıch stroj̊u, optimalizace logistických problémů při procesu výstavby atd. Na jedné straně p̊ujde o aplikace, které jsou v současné době řešeny jinými technologi- emi (např. terestrickými měřeńımi). V těchto př́ıpadech bude ćılem vyvinout technologické postupy založené na systému Galileo, které jsou ekonomicky výhodněǰśı, přesněǰśı či méně rizikové pro pracovńıky prováděj́ıćı měřeńı. Na straně druhé kvalitativńı skok v přesnosti a spolehlivosti určeńı polohy, který systém Galileo přináš́ı, otevře cestu i ke zcela novým apli- kaćım a technologíım, které dosavadńımi prostředky nebylo možno zajistit. Tyto aplikace nelze konkrétně předv́ıdat, a proto ani vyjmenovat v návrhu výzkumného záměru, domńıváme se však, že právě jejich hledáńı a vývoj by měly představovat významnou část navrhovaného výzkumného záměru. Předkládaný projekt však neńı zaměřen pouze na aplikačńı úroveň systému Galileo. Pro- jekt je předkládán pracovńıky Fakulty stavebńı ČVUT, Mezi předkladateli projektu jsou ve značném počtu zastoupeni geodeti a kartografové (Geodézie a kartografie je jedńım s obor̊u studovaných na stavebńı fakultě). Neméně d̊uležitým ćılem projektu je proto vývoj algo- ritmů, metod a softwarových aplikaćı pro zpracováńı p̊uvodńıch měřeńı systému Galileo a začleněńı výsledk̊u źıskaných pomoćı tohoto systému do informačńıch systémů. Teprve na výsledky tohoto vývoje mohou navazovat jednotlivé aplikace ve sta- vebńım a krajinném inženýrstv́ı. Projekt je tedy určitou syntézou výzkumu v oblasti družicové geodézie a geoinfor- matiky s konkrétńımi aplikacemi ve stavebńım a krajinném inženýrstv́ı. Současný stav výzkumné činnosti a úrovně poznáńı v oblasti, která je předmětem výzkumného záměru, z mezinárodńıho a národńıho hlediska Z části pojednávaj́ıćı o předmětu a ćıli výzkumného záměru je zřejmé, že pro dosažeńı ćıl̊u projektu jsou nezbytné poznatky z v́ıce vědńıch a technických discipĺın. Zde je stručné shr- nut́ı stavu výzkumné činnosti a úrovně poznáńı v oborech, které jsou pro řešeńı záměru nejd̊uležitěǰśı: Družicová geodézie a navigace Družicová geodézie, teorie globálńıch polohových systémů a vývoj algoritmů a softwarových nástroj̊u pro zpracováńı družicových měřeńı je jakýmsi “výchoźım bodem“ předkládaného projektu, nebot’ družicová měřeńı představuj́ı prvotńı zdroj dat, na nichž jsou zamýšlené apli- kace založeny. Samotná družicová geodézie nemůže existovat bez vazby na daľśı specializace spadaj́ıćı do oboru tzv. vyšš́ı (teoretické) geodézie. Jejich společným úkolem je umožnit určeńı polohy statických či pohybuj́ıćıch se objekt̊u v přesně definovaném souřadnicovém a časovém systému. Protože každé určeńı polohy je založeno na měřeńıch vykonávaných v konkrétńım Geinformatics FCE CTU 2006 82 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ fyzikálńım prostřed́ı, stává se součást́ı vyšš́ı geodézie i studium fyzikálńıch vlastnost́ı tělesa Země a studium změn těchto vlastnost́ı v čase. Problematice družicové navigace se pracovńıci Katedry vyšš́ı geodézie Fakulty stavebńı ČVUT věnuj́ı od počátku 90. let. Vedoućı katedry, prof. Mervart, je spoluautorem dvou významných softwarových systémů pro zpracováńı měřeńı NAVSTAR GPS – tzv. Bernského GPS Softwaru (ve spolupráci s Astronomickým ústavem Univerzity Bern) a programu RTNET (Real-Time Network) už́ıvaného Japonským geografickým institutem pro monitorováńı japonské śıtě Ge- onet (śıt’ cca 1200 permanentńıch stanic GPS) . Prof. Mervart a Ing. Lukeš jsou autory či spoluautory mnoha vědeckých publikaćı s tématickou globálńıch polohových systémů. Daľśı členové řešitelského týmu – prof. Kostelecký, Ing. Vondrák, DrSc. a Ing. Pešek jsou odborńıky v oboru geodetických polohových základ̊u, geodetické astronomie a souřadnicových a časových referenčńıch systémů. Problematika referenčńıch rámc̊u je d̊uležitou součást́ı řešeńı, nebot’ jednotlivé navigačńı systémy mohou pracovat v r̊uzně definovaných a realizovaných referenčńıch rámćıch, jejichž korektńı transformace a následný převod výsledk̊u do systémů už́ıvaných v České republice je nutnou podmı́nkou použit́ı družicových navigačńıch systémů pro přesné aplikace v technické praxi. Vědecká činnost v oblasti družicové geodézie neńı myslitelná bez široké mezinárodńı spo- lupráce. Výše uvedeńı členové řešitelského týmu jsou zapojeni do mezinárodńı spolupráce v rámci bilaterálńıch smluv s našimi zahraničńımi partnery (zejména Astronomickým ústavem Univerzity v Bernu) a v rámci mezinárodńıch vědeckých organizaćı – zejména Mezinárodńı GNSS služby (International GNSS Service) a Mezinárodńı služby rotace Země a referenčńıch systémů (International Earth Rotation and Reference systems Service - IERS). Z vědeckých pracovǐst’ v České republice je naš́ım partnerem zejména Výzkumný ústav geo- detický, topografický a kartografický. Informatika, geoinformatika, digitálńı kartografie a geografické informačńı systémy Druhým piĺı̌rem zamýšleného výzkumného záměru je skupina vědńıch discipĺın, které by (po- kud je chceme shrnout pod jednoslovným termı́nem) bylo možno nazvat “geoinformatikou“. Tato moderńı vědńı discipĺına aplikuje poznatky informatiky – vědy o zpracováńı a manipu- laci s informacemi – na potřeby geodézie, kartografie a daľśıch vědńıch a technických discipĺın zabývaj́ıćıch se měřeńım, zobrazováńım nebo (jako v př́ıpadě stavebnictv́ı) i přetvářeńım zemského povrchu. V našem pojet́ı chápeme geoinformatiku jako velmi široký pojem, který do jisté mı́ry zastřešuje kartografii, fotogrammetrii, dálkový pr̊uzkum Země, mapováńı a ka- tastr nemovitost́ı. O významu geoinformatiky svědč́ı i skutečnost, že “Geoinformatika“ je i názvem a náplńı nově akreditovaného studijńıho oboru na Fakultě stavebńı ČVUT, jehož výuka bude zahájena v akademickém roce 2006/2007. Katedra mapováńı a kartografie Fakulty stavebńı ČVUT je špičkovým pracovǐstěm v oborech spadaj́ıćıch do geoinformatiky. Součást́ı katedry je Laboratoř dálkového pr̊uzkumu Země, která se svým výzkumem zaměřuje na několik oblast́ı. Jednou z nich je sledováńı časových změn v krajině, které je možno určovat z dat dálkového pr̊uzkumu Země – družicových dat (optická i radarová data) i leteckých dat (letecké měřické sńımky). V procesu vyhodnocováńı sńımk̊u je nezbytná přesná lokalizace sledovaných změn. Systém Galileo a j́ım poskytovaná Geinformatics FCE CTU 2006 83 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ data umožńı źıskáváńı dat s podstatně větš́ı polohovou přesnost́ı a snazš́ı využit́ı źıskaných poznatk̊u pro praxi. Laboratoř dálkového pr̊uzkumu Země se již několik let zabývá problematikou diferenciálńı interferometrie. Tato metoda umožňuje źıskávat informace o změnách v poloze územı́ na zemském povrchu. Podp̊urným nástrojem pro posouzeńı výsledku zpracováni diferenciálńı in- terferometrie je např. použit́ı GIS, kde je na základě r̊uzného druhu vstupńıch dat zkoumána teoretická možnost existence poklesových oblast́ı. T́ımto zp̊usobem již byly porovnávány hod- noty dat přeb́ırané z geologických, d̊ulńıch aj. podklad̊u, které však nelze použ́ıvat jako zcela spolehlivé pro potvrzeńı nebo vyloučeńı pokles̊u. Systém Galileo umožńı sledovat polohu ve vybraných lokalitách pr̊uběžně v řádu několika let. Tato měřeńı budou porovnávána s výsledky interferometrických vyhodnoceńı. Předpokladem je tedy měřeńı systémem Galileo na předem vybraných lokalitách. Tato data budou pravidelně vyhodnocována, informace vkládána do GIS. Daľśı součást Katedry mapováńı a kartografie FSv ČVUT je Laboratoř fotogrammetrie. Činnost laboratoře se v posledńıch pěti letech soustředila zejména na využit́ı pozemńı fotogra- mmetrie v oblasti dokumentace památkových objekt̊u, kde bylo dosaženo řady významných úspěch̊u i v mezinárodńıch projektech. Vyšš́ı formy vyhodnocovaćıch systémů digitálńı foto- grammetrie využ́ıvaj́ı princip̊u virtuálńı reality a jsou zastoupeny v laboratoři na čtyřech sta- nićıch. Nosným projektem laboratoře z dlouhodobého hlediska je práce se systémem PhotoPa, který představuje dnes již poměrně rozsáhlou fotogrammetricko-měřickou databázi drobných památkových objekt̊u. Sběr těchto dat má geoinformačńı prvky, pro lokalizaci objekt̊u se předpokládá využit́ı evropského navigačńıho systému GALILEO. Inženýrská geodézie Inženýrské geodézie je aplikaćı geodetických metod v pr̊umyslu a stavebnictv́ı. Mezi hlavńı úkoly inženýrské geodézie patř́ı kompletńı geodetické zajǐstěńı staveb – od praćı při projek- tové části výstavby přes vytyčeńı stavby až po dokumentaci jej́ıho skutečného provedeńı a v některých př́ıpadech i dlouhodobé sledováńı jej́ıch posun̊u a deformaćı. Inženýrská geodézie se vyznačuje vysokými nároky na přesnost měřeńı a také t́ım, že měřeńı jsou prováděna ve velmi obt́ıžných podmı́nkách. Nasazeńı nejmoderněǰśıch př́ıstroj̊u je často jedinou cestou pro splněńı požadavk̊u na přesnost a zároveň umožňuje dodržet bezpečnost práce a výrazně sńıžit riziko pracovńıch úraz̊u. V této souvislosti je třeba zmı́nit použit́ı družicových navigačńıch systémů při vytyčováńı velkých staveb, metodu laserového skenováńı či metody automatizovaného ř́ızeńı stavebńıch stroj̊u. Současný navigačńı systém NAVSTAR GPS byl již úspěšně použit v některých výše zmı́něných aplikaćıch. Využit́ı systému Galileo by však přineslo zvýšeńı přesnosti výsledk̊u a t́ım i nahrazeńı klasických terestrických metod v aplikaćıch inženýrské geodézie s vysokými nároky právě na přesnost určeńı polohy. Ještě d̊uležitěǰśı dopad nového systému Galileo by byl v př́ıpadech, kdy měřeńı jsou vykonávána v nepř́ıznivých podmı́nkách (např. omezená viditelnost družic zp̊usobená zástavbou atd.) Vı́ce než dvojnásobný počet družic (celkem 54 družic při současném použit́ı systému NAVSTAR GPS a Galileo oproti pouhým 24 družićım NAVSTAR GPS) by umožnil vysoce přesná měřeńı i v těchto obt́ıžných podmı́nkách. Problematikou geodetických měřeńı na stavbách se zabývá Katedra speciálńı geodézie Fakulty stavebńı ČVUT a rovněž Katedra geodézie a pozemkových úprav FSv ČVUT. Doc. Blažek, ve- doućı posledně zmiňované katedry, se zabývá měřeńım deformaćı most̊u optickými metodami. Geinformatics FCE CTU 2006 84 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ Ing. Štroner, PhD z Katedry speciálńı geodézie FSv ČVUT se zabývá metodou laserového skenováńı staveb. Doc. Hampacher je odborńıkem na matematické zpracováńı geodetických měřeńı metodami vyrovnávaćıho počtu. Stavebńı mechanika, dopravńı stavby, inženýrstv́ı životńıho prostřed́ı, vodńı hos- podářstv́ı a vodńı stavby Katedra stavebńı mechaniky Fakulty stavebńı ČVUT se mimo jiné dlouhodobě zabývá mo- nitorováńım statického a dynamického chováńı významných stavebńıch konstrukćı a detekćı jejich nadměrných statických deformaćı a dynamických výchylek. V současné době je přesnost družicových měřeńı NAVSTAR GPS zpravidla nižš́ı než přesnost požadovaná při výše zmı́ně- ném monitorováńı. Lze však očekávat, že po zvýšeńı přesnosti zavedeńım systému Galileo bude v některých př́ıpadech možné nahradit terestrická měřeńı měřeńımi družicovými s výraznými ekonomickými úsporami a zvýšeńım bezpečnosti práce. Pro posouzeńı źıskaných výsledk̊u by byla velmi cenná i skutečnost, že opakovaná měřeńı by bylo možno nahradit měřeńımi perma- nentńıch družicových přij́ımač̊u a eliminovat tak vliv periodických jev̊u (např. stř́ıdáńı teplot v pr̊uběhu dne či roku) na celkově zjǐstěné chováńı stavebńıch konstrukćı. Katedra železničńıch staveb FSv ČVUT se mimo jiné zabývá sledováńım posun̊u vybraných úsek̊u tramvajových a železničńıch trat́ı – např. zkušebńıch úsek̊u s novými konstrukčńımi prvky. V současné době jsou tyto posuny sledovány terestrickými metodami. Nasazeńı družico- vých metod by bylo velmi výhodné jak z ekonomického hlediska, tak z hlediska bezpečnosti práce. Podmı́nkou je nejen vysoká přesnost měřeńı, ale předevš́ım schopnost dosáhnout této vysoké přesnosti v poměrech běžných na železničńıch a tramvajových trat́ıch – omezeńı vidi- telnosti družic v zářezech, zhoršeńı př́ıjmu signál̊u v d̊usledku vegetace atd. Katedra zdravotńıho a ekologického inženýrstv́ı FSv ČVUT se zabývá modelováńım dis- tribučńıch śıt́ı a srážkoodtokových proces̊u v urbanizovaných povod́ıch i hodnoceńım eko- logického stavu vodńıch tok̊u a vodárenských nádrž́ı, pro něž jsou zapotřeb́ı přesné informace o druhu a velikosti ploch v povod́ı včetně jejich výškového zaměřeńı a ohraničeńı a přesné umı́stěńı objekt̊u, např. povrchových znak̊u vodovod̊u a kanalizaćı, které by se s výhodou daly źıskat pomoćı družicových metod. Katedra ocelových a dřevěných konstrukćı FSv ČVUT se pod́ıĺı na řešeńı úkol̊u, které si kladou za ćıl sledovat takové ocelové a dřevěné konstrukce, u kterých je riziko nadměrných defor- maćı a posun̊u. Tato rizika jsou zásadńı např́ıklad pro historicky cenné věžové dřevěné kon- strukce střech. U většiny konstrukćı docháźı k postupné degradaci materiálu nosné konstrukce a při extrémńıch klimatických podmı́nkách (zat́ıžeńı větrem) hroźı riziko jejich poruch a nenávratných ztrát. Proto je měřeńı navrhovanou metodou při využit́ı milimetrových přesnost́ı velmi cenné a může velmi dobře identifikovat poruchu konstrukce. Použit́ı družicových me- tod u těchto konstrukćı je velice výhodné, nebot’ se jedná o stavby zpravidla převyšuj́ıćı okolńı zástavbu. Proto je jakékoliv jiné měřeńı v takovýchto podmı́nkách velmi náročné, využit́ı družicových přij́ımač̊u je naopak v tomto př́ıpadě velice výhodné nebot’ nehroźı, že by přij́ımače byly zast́ıněné. Použit́ı navrhované metody by rovněž významně přispělo při měřeńıch na vysokých stožárech, věž́ıch, komı́nech a jiných obdobných konstrukćıch. U takovýchto staveb je často rozhoduj́ıćı II. mezńı stav (mezńı stav použitelnosti). Zejména se jedná o dynamické účinky větru, které je nutno sledovat jak ve směru p̊usob́ıćıho větru, tak v kolmém směru, kde obzvláště válcové stavby mohou být účinkem větru rezonančně rozkmitávány a t́ım i ohrožovány únavovým Geinformatics FCE CTU 2006 85 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ poškozeńım. Účinky větru se velmi komplikovaně sleduj́ı ve větrných tunelech (použ́ıvaj́ı se zmenšené modely), kde se pouze simuluj́ı skutečné účinky větru. Měřeńı pomoćı družicových přij́ımač̊u by poskytlo velmi ojedinělé informace, na jejichž základě by bylo možné analyzovat skutečné p̊usobeńı větru na skutečných konstrukćıch. Pro rozvoj v této oblasti navrhováńı konstrukćı by měl navrhovaný projekt významný vliv. Katedra geotechniky je připravena k účasti na řešeńı výzkumného záměru využit́ım znalost́ı, týkaj́ıćıch se základových poměr̊u sta- veb (stavu horninového prostřed́ı v podzáklad́ı staveb) a jejich základových konstrukćı, včetně geotechnických př́ıčin statických poruch. Tvarové deformace stavebńıch objekt̊u mohou být vyvolány i dynamikou horninového prostřed́ı, bez přihlédnut́ı k tomu, zda jde o autonomńı projevy v masivu, nebo o interakci masivu se stavbou. Spolehlivé výsledky tedy přinesou zpravidla jen komplexńı posouzeńı. Katedra je materiálně i personálně vybavena ke sledováńı a hodnoceńı dynamiky horninového prostřed́ı v interakćı se stavebńımi objekty. Očekávaným výsledkem spolupráce s ostatńımi zúčastněnými řešiteli je mj. źıskáńı hodnotných geode- tických a geotechnických podklad̊u pro typové hodnoceńı lokalit; řešitelský kolektiv katedry geotechniky poskytne také inženýrsko-geologické a geotechnické podklady i k ostatńım pro- jektovaným pracem. Dı́lč́ı ćıle výzkumného záměru 1. Systémová analýza a stanoveńı základńıch úkol̊u (SA) Proces navazuje na výsledky řešitel̊u dosažené před započet́ım projektu. Prob́ıhá na začátku a zároveň po celou dobu trváńı projektu, aby byla zajǐstěna aktuálnost stanovovaných d́ılč́ıch úkol̊u v souvislosti s mezinárodńım vývojem v dané problematice. Systémové řešeńı projektu sestává ze základńı analýzy řešených problémů, aplikačńı analýzy a následném stanoveńı požadavk̊u na funkcionalitu a vlastnosti subsystémů, aby byla zajǐstěna vzájemná provázanost jednotlivých proces̊u. 2. Výzkum, vývoj, testováńı a optimalizace výpočetńıch algoritmů zpracováńı informaćı z družic Galileo (GA) Proces je jedńım z hlavńıch úkol̊u zamýšleného výzkumného závěru. Navazuje na předchoźı práce řešitel̊u týkaj́ıćı se vývoje programů pro zpracováńı měřeńı NAVSTAR GPS v reálném čase. V rámci této části výzkumného záměru chceme � vyvinout program pro zpracováńı tzv. fázových měřeńı systému Galileo � posoudit vliv korekćı systému EGNOS na určovanou polohu přij́ımače, navrhnout op- timálńı zp̊usob využit́ı systému EGNOS pro zamýšlené technické aplikace � zkoumat problémy vyplývaj́ıćı z kombinace měřeńı NAVSTAR GPS a Galileo (rozd́ılné referenčńı systémy atd.) a připravit softwarové nástroje pro řešeńı těchto problémů V současné době je připravována nová generace přij́ımač̊u družicových signál̊u. Tyto nové přij́ımače se od současných lǐśı v tom, že některé hardwarové prvky jsou nahrazovány prvky firmwarovými. Přij́ımače budou vybaveny výkonnými procesory a stanou se do jisté mı́ry univerzálńımi. Úpravou či změnou firmwaru bude možno použ́ıt přij́ımač k měřeńı s r̊uznými globálńımi polohovými systémy či jejich kombinacemi (NAVSTAR GPS, Galileo a př́ıpadně i daľśı). Přij́ımače budou mı́t vlastńı operačńı systém, který umožńı spuštěńı uživatelských Geinformatics FCE CTU 2006 86 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ programů př́ımo v přij́ımač́ıch. Otev́ırá se tak cesta k vývoji nových aplikaćı, které opti- malizuj́ı zpracováńı p̊uvodńıch surových dat, řeš́ı komunikaci s ostatńımi zař́ızeńımi v rámci dané technologie atd. Výzkum a vývoj takovýchto aplikaćı, které jsou na hranici firmwaru a uživatelské aplikace, bude rovněž součást́ı naš́ı práce. 3. Integrace polohových geodetických základ̊u do jednotného evropského rámce (PZ) Ćılem je realizace evropského souřadnicového systému ETRF89 na územı́ ČR s centimetro- vou přesnost́ı a jeho navázáńı na stávaj́ıćı polohové a výškové souřadnicové systémy (S-JTSK, S42/83, ČSNS) s centimetrovou přesnost́ı. Pouze při dodržeńı tohoto standardu bude možné provádět lokalizaci ve všech souřadnicových systémech s požadovanou přesnost́ı. Protože po- hyb družic je primárně popisován zákony nebeské mechaniky v nebeském kvazi-inerciálńım nebeském systému, bude zapotřeb́ı se věnovat též daľśımu zpřesňováńı transformačńıch vztah̊u mezi t́ımto nebeským a rotuj́ıćım pozemským referenčńım systémem (precese, nutace, světový čas, pohyb pólu). Některé z parametr̊u orientace Země (precese, nutace, světový čas) přitom neńı možné źıskat pouze z pozorováńı družic, je potřeba je dále kombinovat s pozorováńım VLBI; výzkum bude proto zaměřen též na techniku těchto kombinaćı. Pro źıskáńı integro- vaných polohových základ̊u je nutno mimo jiné provést daľśı zpřesněńı pr̊uběhu plochy kva- zigeoidu na územı́ ČR zpracováńım heterogenńıch dat, provést testováńı jeho přesnosti me- todou “GPS-nivelace“, vytvořit algoritmus transformace ETRF89 – S-JTSK, resp. ETRF89 – S42/83 a provést jeho softwarovou realizaci s ohledem na jeho začleněńı do GIS softwar̊u 4. Aplikace metod moderńı numerické matematiky (NM) Nalezeńı efektivńıch a numericky stabilńıch metod řešeńı matematických problémů, které se vyskytuj́ı při zpracováńı měřeńı družicových navigačńıch systémů a při zpracováńı velmi rozsáhlých sobor̊u geoinformaćı. V návrhu výzkumného záměru nelze přesně odhadnout, které matematické problémy se při řešeńı vyskytnou. Obecně lze očekávat, že bude nutno řešit problémy při řešeńı velkých soustav lineárńıch rovnic (při zpracováńı měřeńı družicových navigačńıch systémů se mohou vyskytnout soustavy s počtem neznámých v řádu 100 tiśıc). Požadavkem řešeńı je nejen vysoké numerická stabilita, ale i rychlost. Optimalizaci algoritmů lze dosáhnout t́ım, že využijeme určitých apriorńıch znalost́ı o struktuře systémů rovnic (např. jde o tzv. “ř́ıdké“ systémy rovnic nebo o systémy, v nichž některé neznámé jsou silně závislé atd.) Při zpracováńı družicových měřeńı v reálném čase se nejčastěji (z d̊uvod̊u efektivity výpočtu) použ́ıvaj́ı r̊uzné modifikace tzv. Kalmanova filtru. Obecně lze ř́ıci, že tato filtrace může být numericky velmi nestabilńı. Optimalizace filtračńıch algoritmů z hlediska numerické stability je daľśım z úkol̊u této části projektu. 5. Monitorováńı deformaćı mostńıch konstrukćı (MK) Tuto oblast považujeme za jednu z nejslibněǰśıch aplikaćı družicových měřeńı ve stavebnictv́ı. Úkolem projektu je ověřeńı využitelnosti nového evropského navigačńıho systému Galileo pro monitorováńı statického a dynamického chováńı stavebńıch konstrukćı a pro detekci jejich nadměrných statických deformaćı a dynamických výchylek. Z hlediska použitelnosti, provozuschopnosti, dlouhodobé spolehlivosti a životnosti předpjatých mostńıch konstrukćı větš́ıch rozpět́ı je vysoce aktuálńı otázka trvalého r̊ustu deformaćı v čase. Společenský význam problémů provozuschopnosti most̊u je mimořádný a jejich d̊usledky vy- volané náklady v ekonomickém pohledu mnohonásobně převyšuj́ı náklady vyvolané poruchami Geinformatics FCE CTU 2006 87 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ statického charakteru. Zkušenosti ukazuj́ı na větš́ı hodnoty skutečných pr̊uhyb̊u oproti výpočtové predikci a na jejich dlouhodobý nár̊ust v čase - skutečné dlouhodobé pr̊uhyby jsou větš́ı než pr̊uhyby stanovené dosavadńımi výpočty. Př́ıčin tohoto jevu je celá řada a je třeba je objektivně analyzovat. Jedńım (nikoliv však jediným) z významných faktor̊u ovlivňuj́ıćıch vývoj pr̊uhyb̊u je dotva- rováńı a diferenčńı smršt’ováńı betonu. Vzhledem k tomu, že jde o velmi složité jevy zahrnuj́ıćı interakci řady faktor̊u na r̊uzných úrovńıch mikrostruktury, které jsou ovlivňovány mnoha proměnnými účinky, je matematické vyjádřeńı vývoje těchto jev̊u nutně dosti složité. Řešitelský tým Katedry betonových konstrukćı a most̊u FSv ČVUT již přinesl zcela konkrétńı výsledky charakteru jak p̊uvodńıch př́ınos̊u v oblasti teorie stavebńıch konstrukćı, tak i pod- pory pro praktické projektováńı a sledováńı vývoje přetvořeńı velkých mostńıch staveb. Byly vytvořeny nové matematické modely a metodika výpočt̊u, zobecněny výsledky a zpracována praktická doporučeńı která nacházej́ı uplatněńı jakožto účinný nástroj pro spolehlivý a hos- podárný návrh konstrukćı, pro dosažeńı úspor konstrukčńıch materiál̊u, energie a finančńıch náklad̊u, a to nejen na výstavbu, ale i na údržbu, opravy a rekonstrukce. Pro kalibraci teoretických predikćı maj́ı informace o skutečném pr̊uběhu nár̊ustu deformaćı mostńıch konstrukce z předpjatého betonu zcela zásadńı význam. Lze je využ́ıt jak k posu- zováńı stavu sledované mostńı konstrukce, tak i k ověřeńı výstižnosti matematických model̊u predikce dotvarováńı. Př́ıklad: na mostu na dálnici D8 přes Ohři u Doksan je dlouhodobě sledován vývoj pr̊uhyb̊u. V nejdeľśım poli, které měř́ı cca. 130 m, byl za 5 let zjǐstěn nár̊ust trvalého pr̊uhybu uprostřed rozpět́ı o cca. 3 cm. Při takto velkých deformaćıch je možné uvažovat o jejich měřeńı metodami družicové geodézie, u nichž lze očekávat oproti běžným metodám nejen srovnatelnou či vyšš́ı přesnost, ale zejména možnost monitorováńı v pr̊uběhu celého dlouhodobého měřeńı. Zat́ıžeńı změnou teploty představuje u významných stavebńıch konstrukćı podstatnou složku jejich celkového namáháńı. Informace o deformaćıch konstrukce zp̊usobené změnou jejich tep- loty, které by byly źıskány pomoćı systému Galileo, doplněné o měřeńı změn teploty, které deformace vyvolaly, lze využ́ıt k upřesňováńı poznatk̊u o podkladech, výpočtových mode- lech a postupech pro výpočet a posuzováńı vlivu změn teploty na spolehlivost zkoumaných konstrukćı. Př́ıklad: v současné době je na několika mostech v ČR soustavně sledována změna jejich teploty za účelem ověřeńı hodnot, které jsou předepsány v převzaté evropské normě EN 1991-1-5. Katedra stavebńı mechaniky FSv ČVUT sleduje změny teploty mostu z předpjatého betonu přes Sedlický potok na dálnici D1 v řezu lež́ıćım uprostřed jeho nejdeľśıho pole, jehož rozpět́ı je 75 m. Pr̊uhyb od změny teploty dosahuje cca. 1 cm. Z výše uvedených skutečnost́ı je zřejmé, že systém Galileo by mohl být použit pro : � monitorováńı nár̊ustu trvalých pr̊uhyb̊u významných mostńıch konstrukćı z předpjatého betonu. � monitorováńı nár̊ustu poddajnosti významných stavebńıch konstrukćı zp̊usobené po- stupnou degradaćı jejich nosné konstrukce. Geinformatics FCE CTU 2006 88 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ � monitorováńı kvazistatických deformaćı významných stavebńıch konstrukćı vyvolaných změnou jejich teploty. � monitorováńı změn základńıch vlastńıch frekvenćı významných stavebńıch konstrukćı v reálném čase zp̊usobené postupnou degradaćı jejich nosné konstrukce. � detekce nadměrných statických deformaćı sledované konstrukce vlivem extrémńıho sta- tického nahodilého zat́ıžeńı (např. sněhem). � detekce nadměrných dynamických výchylek sledované konstrukce vlivem extrémńıho dynamického nahodilého zat́ıžeńı (např. rozkmitáńı sledované konstrukce extrémńımi účinky větru, rozkmitáńı lávky pro pěš́ı vandaly) nebo ztrátou aerodynamické stability. V prvńı fázi se předpokládá porovnáńı výsledk̊u měřeńı źıskaných systémem Galileo s výsledky měřeńı provedeného klasickým zp̊usobem (řešitelské pracovǐstě: Katedra geodézie a pozem- kových úprav FSv ČVUT). Po ověřeńı výsledk̊u by měl být možný přechod od klasických měřeńı k měřeńı družicovým s výhodami v ekonomičnosti a bezpečnosti práce a spolehlivosti výsledk̊u. Součást́ı úkolu je rovněž vývoj metod pro matematicko-statistické zpracováńı źıskaných dat a programové zajǐstěńı výpočetńıch praćı. 6. Sledováńı poruch a nadměrných deformaćı významných historických pozemńıch objekt̊u a staveb, sledováńı výchylek a deformaćı vysokých stožár̊u, věž́ı a komı́n̊u (HK) Ćılem této části projektu je ověřeńı využitelnosti nového evropského navigačńıho systému Ga- lileo pro monitorováńı statického a dynamického chováńı významných historických stavebńıch konstrukćı a pro detekci jejich nadměrných statických deformaćı a dynamických výchylek, které zpravidla signalizuj́ı poruchu v nosné konstrukci. Rizika poruch a poškozeńı jsou zásadńı např́ıklad pro historicky cenné věžové dřevěné kon- strukce střech. U většiny dřevěných konstrukćı docháźı k postupné degradaci materiálu nosné konstrukce (p̊usobeńı vlhkosti, dřevokazných šk̊udc̊u atd.) a při extrémńıch klimatických podmı́nkách (u věžových staveb zejména zat́ıžeńı větrem) hroźı riziko jejich poruch. Proto by bylo využit́ı družicových přij́ımač̊u s milimetrovými přesnostmi velmi cenné a může velmi dobře identifikovat poruchu konstrukce a poskytnout odpověd’ na otázku, zda je nutné přistou- pit k sanaci (ześıleńı) nosné konstrukce. Použit́ı družicových metod u těchto konstrukćı je velice výhodné, nebot’ se jedná o stavby zpravidla převyšuj́ıćı okolńı terén a okolńı stavby. Jakékoliv jiné měřeńı je v takovýchto podmı́nkách velmi náročné a drahé, využit́ı družicových přij́ımač̊u se jev́ı naopak v tomto př́ıpadě velice výhodné nebot’ nehroźı, že by přij́ımače byly zast́ıněné, neńı potřeba stálá obsluha, měřeńı lze velmi snadno omezit pouze na určité časové obdob́ı, ve kterém je konstrukce vystavena extrémńım účink̊um. Družicová měřeńı jsou jednou z mála možnost́ı, jak ověřit chováńı vysokých stožár̊u, věž́ı, komı́n̊u a jiných obdobných konstrukćıch při p̊usobeńı větru. U těchto staveb je zpravidla roz- hoduj́ıćı mezńı stav použitelnosti (tzv. II. mezńı stav). Jedná se zejména o dynamické účinky větru, které je nutno sledovat jak ve směru p̊usob́ıćıho větru, tak v kolmém směru, kde ob- zvláště válcové stavby mohou být účinkem větru rezonančně rozkmitávány a t́ım i ohrožovány únavovým poškozeńım. Účinky větru se velmi komplikovaně sleduj́ı na zmenšených modelech ve větrných tunelech, kde se simuluj́ı skutečné účinky větru. Měřeńı pomoćı přij́ımač̊u Galileo Geinformatics FCE CTU 2006 89 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ by poskytlo velmi ojedinělé informace, na jejichž základě by bylo možné analyzovat skutečné p̊usobeńı větru na skutečných konstrukćıch. Vzhledem k proporćım těchto objekt̊u je jejich poměr výšky a š́ı̌rky velmi nevýhodný pro ověřováńı ve větrných tunelech, sledováńı výše zmı́něných veličin na skutečných objektech by znamenalo výrazný posun v poznáńı v tomto oboru navrhováńı konstrukćı. Daľśım př́ınosem by bylo prováděńı měřeńı na takových konstrukćıch, které již nesou poměrně značné množstv́ı anténńıch systémů a u kterých je tendence jejich počty a rozměry dále zvyšovat. S t́ımto stavem se budeme setkávat stále častěji, nebot’ jde o doprovodný jev spojený s rozvojem komunikačńıch śıt́ı. Výškových budov a konstrukćı je omezený počet, v zastavěných lokalitách již dále neńı možné stavět nové výškové stavby a konstrukce a proto docháźı k nár̊ust̊um ploch anténńıch systémů na stávaj́ıćıch konstrukćıch. Tento r̊ust má však svoje hranice a rizika z poruch při extrémńıch povětrnostńıch podmı́nkách stoupaj́ı. Proto by bylo možné na vybraných konstrukćıch nejprve sledovat jejich chováńı při současném stavu a po té, co se počet či plocha anténńıch systémů navýš́ı. Při významném nár̊ustu deformaćı bude možné rozhodnout, zda technologie neohrožuje bezpečnost a stabilitu konstrukce a popř́ıpadě jak velké přit́ıžeńı od vodorovných zat́ıžeńı bude ještě pro konstrukci př́ıpustné z hlediska zachováńı spolehlivosti celého systému. 7. Aplikace systému Galileo v krajinném a vodohospodářském inženýrstv́ı (VI) Řešitelská pracovǐstě (Katedra hydromelioraćı a krajinného inženýrstv́ı Fsv ČVUT a Katedra zdravotńıho a ekologického inženýrstv́ı) se budou zabývat vývojem expertńıch a varovných systémů pracuj́ıćıch pro podporu rozhodováńı v reálném čase. Půjde předevš́ım o následuj́ıćı oblasti: � vodńı hospodářstv́ı – sledováńı kritických situaćı jako jsou havárie, povodně, apod. � krajinné inženýrstv́ı – mapováńı cenných prvk̊u v krajině a jejich sledováńı, ochrana př́ırody a krajiny � doprava a jej́ı dopad na životńı prostřed́ı Přesná měřeńı pomoćı systému Galileo budou sloužit ke zpřesňováńı polohových a výškových informaćı povrchových znak̊u a k přesnému umı́stěńı dat dálkového pr̊uzkumu Země. Možné aplikace jsou např. v následuj́ıćıch oblastech: � přesné vytyčeńı povrchových znak̊u vodovod̊u a kanalizaćı v souřadnićıch x,y,z umožňu- j́ıćı rychlý př́ıstup k ovládaćım prvk̊um a šachtám pro účely provozu a rychlého zásahu při haváríıch (digitalizace mapových podklad̊u neposkytuje výškovou souřadnici, geo- detická měřeńı jsou náročná a nákladná, prvky jsou často obt́ıžně př́ıstupné, zejména kv̊uli husté dopravě) � informace pro srážkoodtokové modely kvantity a kvality vody (typy a velikosti ploch v územı́, jejich sklony), � podklady pro hodnoceńı ekologického stavu vodńıch tok̊u a vodárenských nádrž́ı (jejich zaměřeńı, sledováńı změn koryt, pobřežńıch zón a pokryvu povod́ı, koĺısáńı hladin), � sledováńı haváríı ovlivňuj́ıćıch vodńı zdroje, postup eutrofizace nádrž́ı, � sledováńı pokles̊u inženýrských śıt́ı v d̊usledku poklesu povrchu d̊ulńı činnost́ı, apod. Geinformatics FCE CTU 2006 90 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ Z obou řešitelských pracovǐst’ se předpokládaj́ı jednak výstupy v teoretické rovině – studie proveditelnosti, návrhy aplikaćı a posouzeńı technických nárok̊u systému a ve spolupráci s ostatńımi pracovńımi skupinami definováńı nutných technických požadavk̊u na systém, jednak výstupu v formě demonstrace jednotlivých aplikaćı 8. Aplikace systému Galileo v silničńım stavitelstv́ı (SI) Přesná lokace v čase a mı́stě se stává nezbytnou součást́ı silničńı dopravy a silničńıho stavitel- stv́ı. Aplikace existuj́ı např. v ř́ızeńı a regulaci nákladńıch vozidel, snadněǰśıch kontrolách při přet́ıžeńı, zpoplatněńı dálničńıch a rychlostńıch komunikaćı atd. Jedńım z d̊uležitých úkol̊u je sledováńı přet́ıžených vozidel a nadměrných a nebezpečných náklad̊u během přepravy. Nový systém Galileo se též jev́ı výhodný pro řešeńı problematiky oprav a údržby vozovek. Jde např. o optimalizaci odstraňováńı sněhu v zimńıch měśıćıch, diagnostiku aktuálńıho stavu a poruch vozovek, včetně měřeńı jejich proměnných a neproměnných parametr̊u. Řešitelské pracovǐstě (Katedra silničńıch staveb FSv ČVUT) se bude zabývat vývojem ex- pertńıho systému, který by komplexně řešil výše uvedenou problematiku s využit́ım sytému Galileo jako základńıho zdroje prostorových dat. Pozornost bude věnována prob́ıhaj́ıćım pro- jekt̊um GPS v Kanadě a jihovýchodńı Asii. Systém Fsv však bude využ́ıvat i ty vlastnosti nových navigačńıch systémů, kterými se tyto lǐśı od systémů stávaj́ıćıch. Jde předevš́ım o možnost komunikace mezi uživatelem (např. vozidlem) při zjǐstěńı krizové situace a expertńım systémem zajǐst’uj́ıćım reakci na vzniklou situaci. 9. Aplikace systému Galileo v železničńım stavitelstv́ı (ŽS) Řešitelské pracovǐstě (Katedra železničńıch staveb FSv ČVUT) se bude zabývat vývojem aplikaćı systému Galileo pro dlouhodobé sledováńı prostorových posun̊u vybraných úsek̊u tramvajových a železničńıch trat́ı. Půjde v tomto př́ıpadě o nahrazeńı technologíı založených na terestrických měřeńıch technologíı založenou na měřeńıch družicových s výhodou vyšš́ı ekonomičnosti a bezpečnosti práce. Sledováńı posun̊u trat́ı je nezbytné v př́ıpadech, kdy jde o tratě s novými konstrukčńımi prvky, vysokorychlostńı tratě a tratě ohrožené např. svahovými pohyby v d̊usledku lidské činnosti (tzv. technogenńı pohyby např. v d̊usledku poddolováńı apod.) Ćılem automatického sledováńı je zajǐstěńı vyšš́ı bezpečnosti provozu kolejových vozi- del. 10. Kombinace metody laserového skenováńı a systému Galileo (LS) Řešitelské pracovǐstě (Katedra speciálńı geodézie FSv ČVUT) se zabývá metodami sledováńı a dokumentace staveb tzv. laserovými skenery. Jde o velmi efektivńı a moderńı metodu, která umožňuje hromadný sběr prostorových dat a jejich následné poč́ıtačové zpracováńı a vizualizaci. Nejd̊uležitěǰśı použitý př́ıstroj – laserový skener – pracuje v lokálńım souřadném systému a výsledky měřeńı je třeba transformovat do souřadnicového systému mapového podkladu, národńıho referenčńıho systému nebo obecně do zvoleného dobře definovaného systému souřadnic. Pro efektivńı a přesné provedeńı této transformace se jev́ı jako velmi vhodné vyvinout technologie kombinace laserového skenováńı s určováńım polohy opěrných bod̊u metodami družicové geodézie s využit́ım systému Galileo. Navržený úkol by zahrnoval � výzkum možnost́ı sběru dat laserovými skenery pro dokumentaci staveb, � výzkum možnost́ı sběru dat laserovými skenery pro analýzu změn stavebńıch konstrukćı a daľśıch objekt̊u, Geinformatics FCE CTU 2006 91 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ � zpracováńı, vizualizace a prezentace dat poř́ızených laserovými skenery, � výzkum možnost́ı propojeńı měřeńı laserovými skenery s družicovými daty systému Galileo, � porovnáńı a skloubeńı terestrických geodetických technologíı a moderńıch navigačńıch metod se zaměřeńım na evropský navigačńı systém Galileo, � výzkum možnost́ı źıskáváńı podklad̊u pro rozhodováńı podnikového facility manage- mentu, � využit́ı źıskaných 3D model̊u v městských informačńıch systémech (MIS) 11. Aplikace systému Galileo v experimentálńı geotechnice (EG) Při geotechnickém pr̊uzkumu je posuzován stav horninového či zeminového prostřed́ı a jeho možný vliv na stavbu, nebo na již existuj́ıćı objekty. Častým úkolem je vyhledáváńı diskon- tinuit, oslabených zón, dutin a daľśıch podzemńıch nehomogenit. To vše poskytuje pr̊uzkum pomoćı georadaru, nejlépe v kombinaci s daľśımi metodami (mělkou refrakčńı seismikou, mi- krogravimetríı). Využit́ı georadaru umožňuje źıskat neocenitelné informace o geologické stavbě v okoĺı trasy stavby, jako např. o hloubce a reliéfu skalńıho podlož́ı, litologických změnách, výskytu poru- chových zón apod. Umožňuje lokalizaci inženýrských śıt́ı a podzemńıch objekt̊u. Na základě výsledk̊u pr̊uzkumu pomoćı georadaru lze optimalizovat trasu stavby, zatř́ıdit zemńı práce, stanovit nejvhodněǰśı technologii, stanovit rozsah trhaćıch praćı, posoudit stabilitu územı́ či př́ıpadný vliv stavby na okoĺı. Georadar má své uplatněńı jak během výstavby tak po jej́ım skončeńı (např. při posuzováńı kvality zhutněńı). Nespornou výhodou je źıskáńı vysoké hus- toty měřených dat. Zat́ımco vzdálenost mezi pr̊uzkumnými vrty čińı často několik set metr̊u, krok měřeńı při použit́ı georadaru se pohybuje v řádu decimetr̊u. Využit́ı georadaru ve spojeńı se systémem Galileo umožńı źıskávat přesně lokalizované výstupy tohoto pr̊uzkumu navázáńım na souřadný systém. Bude možné vytvořit 3D automatizovanou kontinuálńı databázi podlož́ı rozsáhlých územı́ spojeńım nedestruktivńıho zp̊usobu geotech- nického pr̊uzkumu se systémem Galileo. 12. Hodnoceńı rizika přetvořeńı ve spolup̊usobeńı stavebńı konstrukce a horni- nového maśıvu (GT) Ćılem této části projektu je sledováńı historických staveb (hrady, zámky – Kunětická hora, Valdštejn), skládek, výsypek (Palivový kombinát Úst́ı nad Labem - Rabenov), hald, pod- dolovaných územı́ (vědecko výzkumná podzemńı laboratoř, štola Josef, Mokrsko), svahových deformaćı (Čertovka – Úst́ı n.L., Vaňov), popř́ıpadě dopravńıch staveb (dálničńı stavby), hyd- rotechnických (sypané hráze apod.), pr̊umyslových staveb a inženýrských konstrukćı (mosty) z hlediska př́ırodńıch a antropogenńıch deformaćı horninového maśıvu. Po arch́ıvńı studii, by byly vybrány citlivé lokality z hlediska existuj́ıćıch pohyb̊u (svahové deformace, eroze, povodňové transporty a akumulace, senzitivńı zeminy, lidský zásah). Po zúžeńı výběru na počet objekt̊u, který je ve výzkumném záměru časově a personálně zpracovatelný, budou osa- zeny měřičské prvky a bude prováděno režimńı sledováńı, které bude vztaženo k měřeńım prováděným na horninovém maśıvu, př́ıpadně v podzemı́ a ve vrtech. Závěrem a výsledkem bude hodnoceńı možnosti podobných měřeńı a sledováńı na stavebńıch objektech. Geinformatics FCE CTU 2006 92 VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ 13. Vývoj webových služeb pro geoinformatiku (WS) Ćılem procesu je vývoj obecného objektového systému pro geoinformatiku s ćılem sjednotit rozličné geoinformačńı služby tak, aby př́ıstup k nim byl homogenńı. Rozhrańı každé služby bude popsáno pomoćı XML v jazyce WSDL. Pro uživatele s registrovaným účtem bude možné přistupovat k výsledk̊um zadaných úloh, vlastńı geoinformačńı systém bude napsán v jazyce Java s využit́ım servlet̊u a databázového ovladače JDBC. Oprávněńı uživatelé budou moci registrovat v systému vlastńı úlohy. 14. Referencováńı státńıch mapových děl velkých a středńıch měř́ıtek pomoćı systému Galileo (MA) Využit́ı měřeńı družicového navigačńıho systému je nemyslitelné bez začleněńı výsledk̊u do stávaj́ıćıch mapových podklad̊u. Na územı́ ČR se vyskytuje řada státńıch mapových děl cel- kem ve čtyřech souřadnicových systémech a třech kartografických projekćıch, s neobyčejně pestrou paletou systémů kladu a značeńı mapových list̊u. Pro potřebu digitálńı kartografie, výměnu kartografických dat se zahranič́ım a obecně všechny moderńı technické aplikace je třeba zavést bezešvé mapy (tj. mapa jako celek nikoli soubor mapových list̊u) v zobrazeńı a souřadnicovém systému podle volby uživatele. Problémy vznikaj́ı např. proto, že podkla- dové mapy jsou źıskány skenováńım a soused́ıćı listy nemaj́ı vyrovnané styky a nav́ıc maj́ı nepravidelnou srážku. Řešitelské pracovǐstě (Katedra mapováńı a kartografie FSv ČVUT) se bude zabývat vývojem nástroj̊u pro převod existuj́ıćıch mapových podklad̊u do jednotného (elektronického) formátu tak, aby je bylo možno použ́ıvat společně s družicovým navigačńım systémem Galileo. 15. Aplikace systému Galileo pro zvýšeńı efektivity vedeńı katastru nemovitost́ı (KN) Technické aplikace navigačńıho sytému ve stavebńım inženýrstv́ı záviśı na bezchybné funkci nového Informačńıho systému katastru nemovitost́ı (ISKN), a na rychlém poskytováńı aktuálńıch dat pro jeho grafickou část (SGI). V této souvislosti bude řešena problematika tvorby rychlých výstup̊u v podobě tématických map pro krizový management v době živelńıch katastrof nebo obdobných situaćı. Lokalizaci vybraných prvk̊u v územı́ pomoćı systému GALILEO bude možno vhodně kombinovat s obrazovými daty (barevná ortofota) určenými pro zjǐst’ováńı a sledováńı využ́ıváńı pozemk̊u systémem IACS, podle požadavk̊u a pravidel EU pro posky- továńı dotaćı pro zemědělskou výrobu. 16. Využit́ı systému Galileo ve fotogrammetrii (FG) Laboratoř fotogrammetrie se zabývá řadou úkol̊u, které jsou vázány na přesné určeńı polohy. Činnost laboratoře je dlouhodobě zaměřena na dokumentaci a prezentaci památkových ob- jekt̊u s ćılem vytvořeńı rozsáhlé virtuálńı databáze památkových objekt̊u v prostřed́ı śıtě In- ternet. Prvńı úspěšné pokusy v této oblasti byly již u nás provedeny http://lfgm.fsv.cvut.cz, funkčńı je prototyp databáze malých památkových objekt̊u PhotoPa. Ten by měl být doplněn zejména o možnosti animaćı a virtuálńıch rekonstrukćı objekt̊u a měl by být zpř́ıstupněn do formy zjednodušené databáze široké veřejnosti pro virtuálńı prohĺıdky a turistiku. Vzhledem k ukládáńı rozsáhlého množstv́ı dat do prostřed́ı GIS a jejich lokalizovatelnost je nutno pro každý objekt určit definičńı bod nebo body. Dosud jsme použ́ıvali pro tuto činnost odměřeńı polohy z podrobné mapy nebo turistickou GPS. Daľśım předpokládaným stupněm systému bude vizualizace objektu na základě jeho polohy v mapě. Zde je možnost systému Galileo ve Geinformatics FCE CTU 2006 93 http://lfgm.fsv.cvut.cz VYUŽITÍ SYSTÉMU GALILEO VE STAVEBNÍM INŽENÝRSTVÍ spojeńı s digitálńı mapou. Obdobný př́ıstup lze využ́ıt při dlouhodobém pr̊uzkumu geoglyf̊u a petroglyf̊u v Perú, který ve spolupráci s HTW Dresden a INC Peru prob́ıhá již několik let. Zde jde o využit́ı metod přesných GPS pro dokumentačńı práce v extrémńıch podmı́nkách pouště a vysokých hor. Daľśı výzkumná činnost předpokládá vytvořeńı systému pro v́ıceúčelovou navi- gace po kulturńıch památkách. Zde by bylo možno použ́ıt digitálńı mapový podklad a doplnit ho daľśımi užitečnými informacemi. Laserové skenováńı se stalo v posledńıch několika letech novou technologíı dokumentace a hromadného sběru tř́ırozměrných bod̊u z okoĺı. Zároveň se objevily také dynamické metody, využ́ıvaj́ıćı systému GPS doplněného inerciálńım navigačńım systémem. Systémy s inerciálńı jednotkou patř́ı dnes ke špičkovým technickým zař́ızeńım a využ́ıvaj́ı se v leteckých aplikaćıch. Pozemńı dynamické systémy jsou zat́ım ve vývoji. Ćılem výzkumu v tomto př́ıpadě bude vytvořeńı dynamického systému pro zaměřováńı pozemńıch liniových oblast́ı umı́stěný na automobilu nebo železničńım vozidle. Jádrem systému bude přij́ımač Galileo a laserová měř́ıćı hlava. Předpokládaným výsledkem měřeńı by byl 3D model bĺızkého okoĺı proj́ıžděného úseku s v́ıceúčelovým využit́ım. Geinformatics FCE CTU 2006 94