Kortlægning og opmåling ved udbygning af Motorring 3 i København

Transkript

1 Kortlægning og opmåling ved udbygning af Motorring 3 i København Af Landinspektør Torben Weinkouff Rasmussen, Vejdirektoratet, Anlægsområdet twr@vd.dk Udbygning af en eksisterende motorvej i bymæssig område byder på mange faglige og sikkerhedsmæssige udfordringer også ved kortlægning og landmåling her er der anvendt nye teknikker, metoder og samarbejdsformer på godt og ondt. I maj 2003 blev anlægsloven for udbygning af Motorring 3 i København vedtaget med et budget på mio. kr. Dermed kunne arbejdet gå i gang efter en stram tidsplan, således udbygningen kunne være færdig i Allerede et par måneder før havde Vejdirektoratets (VD s) landmålere været i gang med at etablere referencenet m.v., således det var muligt at gennemføre en fotogrammetrisk kortlægning, som grundlag for detailprojektering. De to største udfordringer med dette projekt var den korte tidsramme og de store trafikmængder på strækningen, som er den egentlige årsag til udbygningen fra 4 til 6 spor. Dette betød, at alle kortlægnings- og landmålingsopgaver skulle tænkes igennem, således det var muligt at gennemføre dem hurtigt, og uden at trafikken blev forstyrret unødigt under hensyn til egen og andres sikkerhed. Nu mindre end et år efter de første opgaver gik i gang, kan vi gøre status generelt er det gået efter planen nye teknikker og metoder er blevet afprøvet og anvendt nogle med større succes end andre. Erfaringerne føres allerede videre til de næste projekter f.eks. Ønslev-Sakskøbning på Falster, hvor den 2-sporede motortrafikvej skal udbygges til 4-sporet motorvej. Udbygningsplanerne for Motorring 3 Motorring 3 er den vigtigste ringvej i København, som forbinder Køge bugt motorvejen og Helsingørmotorvejen samt de krydsende forbindelser til Roskilde, Frederikssund og Hillerød. Motorring 3 er en 17 km lang 4-sporet motorvej med en hverdagsdøgntrafik på ca biler over det dobbelte i forhold til I myldretiderne er der daglige trafikkøer med hastigheder ned til km/t. Med denne baggrund aftalte en række partier i folketinget i 2001, at det skulle undersøges, om Motorring 3 kunne udvides fra 4 til 6 spor. Dette arbejde resulterede i, at der blev vedtaget en anlægslov i maj Projekteringen har siden august/september været i fuld sving. Projekteringsgrundlaget kortlægning m.v. blev afleveret i løbet af august og er siden suppleret efter aftale med projektledelsen i VD og rådgiveren Cowi. Detailprojekteringen afsluttes i Anlægsarbejderne starter for alvor i foråret Nærmere beskrivelse af projektet se vejprojekter. Referencenet For at sikre, at det geografiske grundlag for projekteringen hænger nøjagtig sammen med de givne forhold i marken og de dyre anlægsarbejder, fastlægges et referencenet, som omkranser det samlede projekt. Referencenettet reducerer bygherrens risiko for større geometriske fejl, der kan resultere i dyre efterregninger fra entreprenører på ekstraarbejder m.v. Referencenettet anvender koordinatsystemet System 34 (YX) og højdesystemet DNN (Z). Der indgår 3 typer fikspunkter i referencenettet: Hovedpunkter (plan net), nivellementsbolte (højdenet) og vejfikspunkter (detailnet). Hovedpunkterne er det plane (YX) referencenet, som omkranser hele Motorring 3. Hovedpunkter er GI-punkter, som Kortog Matrikelstyrelsen (KMS) har etableret på toppen af bygninger og andre beskyttede steder suppleret med punkter som VD selv har etableret med søm i stier eller lign. Hovedpunkterne er indmålt i et net med statisk GPS. Nettet er udjævnet som en fritnet, der efterfølgende er transformeret over de kendte punkter fra KMS med en indpasningsmiddelfejl på 18 mm alle punkter i nettet har fået nye koordinater, således nettet er spændingsfrit ingen af KMSs punkter er ændret mere end 45 mm. KMS 1. ordens punkt ved Buddinge afviger ca. 10 mm. Hovedpunkter, som er jordnære og tæt ved Motorring 3, er koteret med dobbelt-nivellement i forhold til højdenettet. Nivellementsbolte er højdefikspunkter (Z), som er monteret af KMS og VD i broer, huse og andre bygværker langs Motorring 3. Højdenettet blev nivelleret i samarbejde med KMS, som gennemførte et kørende præcisionsnivellement med 3 biler. Det blev til et ca. 40 km langt nivellement på motorvejen over vejfikspunkter og nivellementsbolte. Dette blev gennemført en lørdag-søndag i marts 2003 med en kortege af 6 biler 3 biler til præcisionsnivellement (KMS), 1 bil til GPS-detailmåling (VD s DyRoS-bil) og 2 til sikkerhedsafmærkning for og bag kortegen. Nivellementet blev knyttet til de 3 overordnede præcisionsnivellementer, som krydser Motorring 3. Alle målepunkter er koteret med en middelfejl bedre end 2 mm. Efterfølgende har VD selv suppleret nærliggende hovedpunkter og vejfikspunkter med koter med eget præcisionsnivellement. Vejfikspunkterne er etableret ca. pr. 100 meter på motorvejen med et vejsøm i asfalten i belægningsskiftet mellem kørebane og nødspor. På hver af de skærende veje over/under Motorring 3 er der DANSK VEJTIDSSKRIFT

2 blev foretaget på motorvejen, skærende veje m.v. med DyRoS-bil, GPS-stok, totalstationer med/uden reflektorer alle med udgangspunkt i vejfikspunkter og hovedpunkter. Figur 1. Oversigtskort - Motorring 3 i København tilladelse fra KMS G Det fotogrammetriske kort og ortofotokort Baggrunden for det fotogrammetriske kort er en luftfotografering i Luftfoto er 1:3000 svarende til en flyvehøjde på ca. 450 meter over terræn. Disse luftfoto gør det muligt at udtegne et kort med ca. 7 cm nøjagtighed i YXZ normalt er nøjagtigheden centimeter. Vejliniemålingerne og vejfikspunkterne blev leveret som støtte til fastlæggelse af udtegningsgrundlaget for kortet. Udtegningen blev foretaget i samarbejde med Scankort I/S efter forudgående udbud og licitation af kortlægning. Som en del af kortlægningsentreprisen blev der også leveret et detaljeret ortofotokort med pixelstørrelse på 6 cm normalt er pixelstørrelsen 40 cm for DDOland og 10 cm for DDOby. Det er nu indført som standard i Vejdirektoratet, at etableret tilsvarende 3-4 fikspunkter. I alt ca. 440 vejfikspunkter. Det virker umiddelbart, som et stort antal punkter ideen med disse punkter er, at de både skulle støtte kortlægningen og de senere anlægsarbejder. Af sikkerhedsgrunde kunne der ikke placeres punkter i midterrabatten. I siderabatten var det heller ikke muligt på grund af bevoksninger og de senere anlægsarbejder. Så belægningsskiftet mellem kørebane og nødspor på motorvejen blev det oplagte sted. Vejfikspunkterne er indmålt i YX med GPS-stok fra vinduet af en bil. Koten Z blev nivelleret i forbindelse med KMS kørende præcisionsnivellement. Vejliniemåling Ved udvidelse af eksisterende veje er det vigtigt at kende de eksisterende vejoverflader bedst muligt, da afvandingsforhold på vejen er et af de væsentlige forhold ved projektering af veje. Dette har været en af de opmålingsmæssige største udfordringer, da disse opmålinger skulle gennemføres hurtigt, uden større gene for trafikken og nøjagtigt. Vores udgangspunkt og kontrolmulighed var de ca. 440 vejfikspunkter. VD s DyRoS-målebil (Dynamic Road Surveying) var netop blevet opdateret til dette formål og indmålte 135 km vejlinier på Motorring 3 i løbet af 3 aftener/nætter. DyRoS-bilen har den fordel, at den kan måle langsgående vejlinier kørende i trafikken med km/t, uden at der skal gennemføres afspærring af et længere stykke af vejen. Afspærringen/sikring af DyRoS-bilen blev foretaget af en TMA, som fulgte DyRoS-bilen. En TMA er en stødabsorberende enhed, som monteret på en lastbil, kan modstå en påkørsel selv af større køretøjer. DyRoS-målingerne er baseret på GPS med forbindelse til egen referencestation i hovedpunkterne. Da GPS-modtageren skal have frit sigte til mindst 4-5 satellitter har vi haft problemer ved overførte broer og høj beplantning nær Motorring 3. Ca. 70% vejlinier kunne måles med Dy- RoS-bilen. For at lukke de sidste huller ca. 30% af vejlinierne og kontrollere DyRoS-målingerne blev der opmålt ca. 110 tværprofiler med reflektorløs totalstation, hvor der blev taget udgangspunkt i vejfikspunkterne. Med reflektorløs måling er det muligt at gennemføre opmålinger på tværs af vejen uden større afspærring, da landmåleren og instrumentet kan opholde sig i nødspor/siderabat. Supplerende detailmålinger Figur 2. Netskitse af hovednettet udført af Henrik Vad Jensen, Vejdirektoratet DANSK VEJTIDSSKRIFT 37

3 Figur 3. Målekortege ved præcisionsnivellement 3 målebiler fra KMS, 1 DyRoS-bil med GPS og 2 afmærkningskøretøjer foto: Ole B. Eiersted, KMS. ortofotokort leveres med 8 cm pixelstørrelse. Ortofotokortene er blevet meget populære, da de indeholder supplerende oplysninger i forhold til det fotogrammetriske kort de er også en god kortbaggrund ved præsentationer over for borgere, som kan genkende mange detaljer og farver i kortet. Indmåling af bygværker Udbygningen af Motorring 3 betyder, at der skal udskiftes eller ombygges 33 broer. Da Motorring 3 er opført i løbet 1960 erne og 1970 erne, ligger der ikke mange detaljerede informationer, som umiddelbart kan anvendes ved projekteringen, som i dag foregår digitalt. Den nytilkomne laserscanningsteknik blev valgt til indmåling af bygværker, da den gør det muligt at scanne objekter i 3 dimensioner med en nøjagtighed inden for et par centimeter. Valget blev også foretaget ud fra et sikkerhedsmæssigt syn, da laserscanningen giver minimal gene for trafikken fordi opstillingerne med udstyret kan foretages uden for kørebanen og midterrabatten. Det lykkedes at scanne og opbygge modeller til Cad-systemer for 25 broer i løbet af 2 måneder. Dette arbejde blev udført i samarbejde med Cowi i Aalborg og LE34 i Ballerup. Det startede med et møde i Skanderborg, hvor alle broer og betingelser blev gennemgået sammen med 3 indbudte firmaer, som havde bekendtgjort, at de mestrede den nye teknik. Cowi og LE34 blev efter de havde fremsendt tilbud valgt til denne opgave. Der blev valgt 2 firmaer af hensyn til tiden og anvendelse af 2 lidt forskellige typer scannere. Cowi anvendte en Cyrax-scanner og LE34 anvendte en Callidus-3D-scanner. Der skulle afleveres 3 modeller af scanningen: Selve broen vejen/stien Terræn. De bedste resultater var modellen af broen, da beton m.v. giver de bedste refleksioner ved scanningen og var lettere at definere i modellen. Enkelte kontrolmål af konstruktionen i marken kunne give en støtte/kontrol af modelopbygningen dette blev ikke gennemført men foretaget efterfølgende på enkelte broer. Laserscannerne havde lidt vanskeligheder med at modtage retursignal fra asfalten. Grundet den mørke overflade er retursignalet fra asfalt meget svagt. Asfalten nærmest suger scannernes stråler allerede ved meter fra scanneren er der næsten ingen retursignal den hvide afmærkning går derimod tydeligt igennem. Grænsen mellem asfalt og terræn var også svær at definere. Terræn gav de største problemer på grund af lav kratbevoksning og højt græs derved er det svært at definere jordoverflader m.v. En traditionel måling med prisme- eller GPS-stok ville have været mere troværdig. Laserscanning og den efterfølgende databehandling hvor en dag i marken skal følges op af 3-4 dages arbejde bag skærmen kan virke dyrt men set i forhold til en traditionel opmåling, hvor der skal anvendes store summer på afspærring ventetider for landmåleren og trafikanter hang økonomien i dette tilfælde sammen. Endelig har laserscanningsmetoden den fordel, at rådataene i scanningen gør det muligt at optage ekstra mål og modellering således er det ikke er nødvendigt at sende en landmåler ud for at foretage supplerende opmålinger. Erfaringer Når vi ser tilbage på opgaverne og resultatet vil vi generelt sige, at det blev en succes vi gennemførte en kortlægning og opmåling på 1/2 år, hvor vi normalt har 1 år til rådighed. I den samme periode blev der stort set i alle opgaver afprøvet nye teknikker og metoder, uden at resultater blev kasseret de skulle suppleres det havde vi regnet med. Indførsel af nye tekniker og metoder kræver opfølgning og kontrol. Den vanskeligste opgave var at opnå de ønskede nøjagtighedskrav til vejliniemålingerne. GPS-målingerne viste sig at have nogle udsving, som måtte rettes op med supplerende målinger med reflektorløs totalstationsmålinger. Der arbejdes stadig på at finde målemetoder og udstyr, som kan opfylde kravene til nøjagtighed og sikkerhed med mindst mulig ophold på vejarealer. De første erfaringer vedrørende vejfikspunkter og vejliniemålinger er allerede overført til tilsvarende opgaver på udbygningen af den 2-sporede motortrafikvej Ønslev-Sakskøbing på Falster til 4-sporet motorvej. DyRoS-bilen er blevet opdateret med en SmallPos-enhed med Gyro og andre sensorer, som gør det muligt, at de sidste 20-30% af vejlinierne hvor GPS ikke kan anvendes pga. broer og bevoksning også kan stedfæstes. Samtidig kan evt. udsving i GPS-signaler fanges med denne enhed. SmallPos-enheden er udviklet i DANSK VEJTIDSSKRIFT

4 Figur 5. DyRoS-bilen til indmåling af langsgående vejlinier og systemlinier DyRoS (Dynamic Road Surveying) er et all-inone-system, hvor GPS-modtager, hældningssensorer, digitalkompas, triptæller m.v. er samlet og styres via en berøringsfølsomskærm. Foto: Henrik Vad Jensen, Vejdirektoratet. Figur 4. Foto af vejfikspunkt i motorvejen belægningsskiftet mellem kørespor og nødspor foto: Hanne Hansen, Vejdirektoratet. Figur 6. Leica TCRA1102 reflektorløs totalstation i aktion ved opmåling af tværprofiler på vej Foto: Kaj Svendsgaard, Vejdirektoratet DANSK VEJTIDSSKRIFT 39

5 samarbejde med firmaet Smalltouch i Århus, som også har deltaget i opbygningen af DyRoS-bilen. Det var endvidere første gang, at laserscanning blev anvendt til detailmåling i forbindelse med veje de opnåede resultater og erfaringer er et godt grundlag for anvendelse af denne teknik i lignende opgaver i fremtiden. Det svage retursignal fra asfaltoverflader er en begrænsning, men kan løses ved flere opstillinger eller lign. Udover bygværker kan rundkørsler og vejkryds være interessante måleområder for laserscanning, da disse trafikale knudepunkter er svært tilgængelige for landmålerne uden at trafikanterne generes. Generelt har kortlægnings- og landmålingsfaggrupperne i Vejdirektoratet sammen med samarbejdspartnere oplevet et løft fagligt, således vi er parate til de kommende større vejudvidelser i Danmark. Figur 7. Udsnit af detaljeret ortofoto på Motorring 3 vejkryds på skærende vej, hvor bl.a. vejafmærkning fremgår meget tydeligt. Figur 8. Laserscanning af bro Motorring 3 digital foto laser-punktsky model af bro udarbejdet af Morten T. Christoffersen, Cowi DANSK VEJTIDSSKRIFT