Osastot
Tutkimus- ja mittausasemat
Hallinto
Julkaisut
Kirjasto
Asiantuntijapalvelut 
Standardit ja suositukset
Tutkimushankkeet
Koordinaatti- muunnospalvelu
Geodeettinen laitos
PL 15 (Geodeetinrinne 2)
02431 MASALA
Puh. 09 - 295 550
Geodeettinen laitos ylläpitää geodeettisten ja fotogrammetristen mittausten mittanormaaleja sekä toimii pituuden ja putoamiskiihtyvyyden kansallisena mittanormaalilaboratoriona (laki 581/2000). Geodesian pituusmittausten mittanormaaleja ovat mm. kvartsimetrit, perusviivat, tarkkuustakymetrikalustot ym. elektroniset etäisyydenmittauslaitteistot (EDM), laserinterferometrit ja lattakomparaattorit. Huolehdimme näiden jäljitettävyydestä, ja tarjoamme korkealuokkaisia mittaus- ja kalibrointipalveluita monenlaisilla geodesian sovellusalueilla.
Geodeettinen laitos liittyi vuonna 2002 Metrikonvention kansallisten mittanormaalien ja kansallisten metrologian laitosten antamien kalibrointi- ja mittaustodistusten vastavuoroiseen tunnustamissopimukseen (MRA). Toimintamme ohjaa laadunhallintajärjestelmä, joka täyttää ISO/IEC 17025 ja ISO 9001 -standardien vaatimukset.
Metri on matka, jonka valo kulkee tyhjiössä 1 / 299 792 458 sekunnissa. Jäljitettävyydellä tarkoitetaan pituusmittauksissa mittaustuloksen tai mittanormaalin yhteyttä metrin määritelmään ja kansallisiin tai kansainvälisiin mittanormaaleihin. Sen takaa jäljitettävyysketju, jossa kaikille vertailuille on ilmoitettu epävarmuudet.
Perusviivanmittauksissa Väisälä-komparaattorilla mittakaava saadaan kvartsimetrien kautta. Näiden noin metrin mittaisten mittanormaalien pituudet on saatu Mittatekniikan keskuksessa ja PTB:ssä (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig, Saksa) tehtyjen absoluuttimittausten ja Turun yliopiston Tuorlan observatorion vertausmittausten avulla. Absoluuttimittausten epävarmuus (k=2) on ±70 nm ja vertausten ±10 nm. Nykyisin käytetään kvartsimetrijärjestelmää BTM00; perusnormaalina on kvartsimetri n:o 29. Absoluuttimittauksia on viimeksi tehty PTB:ssä v. 1995 ja Mittatekniikan keskuksessa v. 2000. Mittojen keskinäiset vertaukset aloitettiin 1930-luvulla, ja niitä tehdään vähintään joka perusviivanmittauksen yhteydessä.
Absoluuttimittauksissa on käytetty Kösters-komparaattoria, joka on Michelson-interferometrin sovellutus mittapalojen mittaamiseksi. Myös keskinäiset vertaukset perustuvat optiikkaan, interferenssikuvioiden kuvaamiseen ja mittaamiseen. Jäljitettävyys metrin määritelmään tulee näiden mittausten kautta. Interferenssimittauksissa Väisälä-komparaattorilla kvartsimetrien pituus siirretään edelleen geodesiassa ja maanmittauksessa käyttökelpoisiksi suureiksi palvelemaan mm. EDM-kalibrointitoimintaa. Mittauksissa Nummelan normaaliperusviivalla käytetään kvartsimetriä n:o VIII; mittauksissa ulkomailla käytetään aina kahta kvartsimetriä, n:o 49 ja 51. Myös tarkimpia EDM-instrumentteja voidaan käyttää perusviivanmittaukseen. Mittausepävarmuus interferenssiperusviivoilla on ±0.03 mm - ±0.09 mm eli ±0.1 ppm (k=1) ja tarkimmilla EDM-perusviivoilla ±0.1 mm - ±0.2 mm eli ±0.1 ppm - ±0.2 ppm.
Lattakalibroinnin jäljitettävyys tulee mittauksissa käytetyn laserinterferometrin kautta. Valonlähteen taajuutta on verrattu Mittatekniikan keskuksen jodistabiloidun laserin taajuuteen viimeksi v. 1998. Mittausepävarmuus laserinterferometrilla on ±20 nm ja lattakalibroinnissa ±0.4 ppm (k=2).
Akateemikko Yrjö Väisälän 1920-luvulla kehittämä interferenssikomparaattori on vielä 2000-luvullakin tarkin laite alle 1 km pituuksien mittaamiseksi. Mm. maailmankuulu Nummelan normaaliperusviiva on mitattu tällä menetelmällä.
Perusviiva on maastoon merkitty välimatka, jonka pituus tunnetaan ja on tietyllä epävarmuudella jäljitettävissä metrin määritelmään. Perusviivoja käytetään mittanormaaleina siirrettäessä pituutta edelleen mittauslaitteisiin, kuten elektronisiin etäisyysmittareihin eli EDM-instrumentteihin ja mittanauhoihin ja -lankoihin. Normaaliperusviivoilla on kalibrointi- ja muita perusviivoja tärkeämpi asema kansallisena perustana suureen arvoja määritettäessä.
Nummelan normaaliperusviiva.
Nummelan normaaliperusviiva on mitattu Väisälän interferenssikomparaattorilla 13 kertaa vuosina
1947-1996. Viimeisimmän mittauksen perusteella koko viivan pituus on 864122.75 mm ±0.07 mm; pituus
on vaihdellut puolen vuosisadan aikana alle 0.6 mm. Seuraava mittaus on ohjelmassa syksyllä 2005.
Nummelan kalibrointiperusviiva.
Nummelan normaaliperusviivaa käytetään tarkimmissa mittauksissa ja tieteellisissä tutkimuksissa
käytettävien kojeiden kalibrointiin. Tavanomaisempia kalibrointitarpeita varten Nummelan harjulla on
toinenkin perusviiva, Nummelan kalibrointiperusviiva. Se koostuu viidestä havaintopilarista 840 m matkalla,
viivan jatkeella on lisäksi kisko nollapistekorjauksen jaksollisen osan määrittämistä
varten. Useimmiten riittää kuitenkin kalibroitavan koje/heijastin-yhdistelmän vakiokorjauksen ja
mittakaavakorjauksen määrittäminen epävarmuuksineen. Kaikkien kombinaatioiden menetelmällä
mitattavia pilarivälejä on kymmenen, ja niiden epävarmuus on ±0.1 mm - ±0.3 mm. Viiva
on vapaasti kalibroijien käytettävissä. Viimeisin vertaus normaali- ja kalibrointiperusviivan välillä
uusine tuloksineen valmistui v. 2004.
Pilarien keskireikien väliset vinoetäisyydet kokonaisepävarmuuksineen (95%):
| 1 - 2 | 120 198.5 mm ±0.3 mm |
| 1 - 3 | 240 226.1 mm ±0.3 mm |
| 1 - 4 | 480 238.0 mm ±0.3 mm |
| 1 - 5 | 840 231.9 mm ±0.3 mm |
| 2 - 3 | 120 027.6 mm ±0.2 mm |
| 2 - 4 | 360 039.5 mm ±0.2 mm |
| 2 - 5 | 720 033.4 mm ±0.2 mm |
| 3 - 4 | 240 011.9 mm ±0.1 mm |
| 3 - 5 | 600 005.8 mm ±0.1 mm |
| 4 - 5 | 359 993.9 mm ±0.1 mm |
Pilarien korkeudet (m) N60-järjestelmässä ovat:
(1) 111.497, (2) 110.907, (3) 110.321, (4) 109.150, (5) 107.416.
Kalibrointiperusviiva on mitattu viimeksi elokuussa 2004 normaaliperusviivalla kalibroiduilla Kern ME5000- ja Leica TC2003-etäisyysmittareilla. Nopeuskorjauksen määrittämiseen tarvittavat säätekijät on määritetty kalibroiduin laittein. Mittaukset on laskettu pienimmän neliösumman tasoituksina. Kalibrointimittauksissa suositellaan käytettäväksi pilarijalustaa.
Kalibrointiperusviiva sijaitsee Vihdin Nummelan keskustan tuntumassa, Nummelanharjun päällä, kulkuyhteys on Vesikansantieltä vesitornin vierestä. Pilari 1 on viivan lounaispäässä, pilari 5 on viivan koillispäässä.
Jämijärven kalibrointiperusviiva.
Kartastoalan laitosten kotimaisena yhteistyönä toteuttama 2060 m Jämijärven kalibrointiperusviiva
mitattiin GL:n Kern Mekometer ME3000:lla v. 1988. Viivalla on 28 kiintopistettä 50-100 m välein; havaintokojeet
pystytetään jalustalle. Pistevälien tarkkuus on ±0.2 mm - ±0.9 mm pituudesta riippuen.
Viiva on vapaasti kalibroijien käytettävissä. Pituudet on julkaistu GL:n tiedonannossa n:o 89:1.
TKK:n Väisälä-perusviiva.
Yksi merkittävä perusviiva löytyy sisätiloistakin. TKK:n Maanmittausosaston 75 m Väisälä-perusviivan
Espoon Otaniemessä Geodeettinen laitos mittasi v. 1998. Tulokset on esitetty GL:n julkaisussa n:o 127. Viiva
tarjoaa mahdollisuudet laboratorio-oloissa tapahtuvaan kojetutkimukseen.
Geodeettinen laitos on mitannut perusviivoja eri puolille maailmaa yli puolen vuosisadan ajan. Suuri osa näistä kuuluu jo geodesian historiaan, mutta muutamilla on yhä tärkeä asema kansallisten mittanormaalien ylläpidossa ja kehittämisessä.
Gödöllön perusviiva Unkarissa, n. 30 km Budapestista koilliseen, on perustettu jo vuonna 1938. V. 1987 GL mittasi sen ensimmäisen kerran Väisälä-komparaattorilla (432 m) ja Kern Mekometer 3000:lla (864 m). Pituuksiksi saatiin 432 018.40 mm ±0.06 mm ja 864 032.16 mm ±0.10 mm. Tämän jälkeen viivan stabiilisuutta on seurattu vuosittaisin mittauksin Kern Mekometer ME5000:lla. Interferenssimittaukset uusittiin v. 1999. Uudet tulokset olivat 432 018.35 mm ±0.06 mm ja 864 032.12 mm ±0.10 mm, eli käytännössä samat kuin vanhat. Viiva on siis äärimmäisen stabiili ja soveltuu hyvin tarkimpienkin EDM-laitteiden kalibrointiin. Unkarilaisena yhteistyökumppanina on Institute of Geodesy, Cartography and Remote Sensing (FÖMI).
Gödöllön normaaliperusviiva
Chengdun normaaliperusviiva
GL ja Sichuan Bureau of Surveying and Mapping mittasivat Chengdun normaaliperusviivan Sichuanissa, Kiinassa, vuonna 1998. Viiva on vanha kalibrointiperusviiva, joka mitattiin TKK:n Maanmittausosaston Kern Mekometer ME5000:lla ja osittain (384 m) Väisälä-komparaattorilla. Tulos, koko viiva 1488017.4 mm ±0.2 mm, vastasi odotuksia; 11 yksittäisen pilarivälin keskivirheet olivat ±0.03 mm:stä ±0.08 mm:iin. Valitettavasti kuitenkin jo mittauksen aikana esiintyi mittausepävarmuutta tuntuvasti suurempia havaintopilarien liikkeitä.
Chang Yangin normaaliperusviiva Kiinassa, n. 35 km Beijingistä lounaaseen, rakennettiin vuonna 1984. V. 1985 GL ja National Bureau of Surveying and Mapping mittasivat sen ensi kerran Väisälä-komparaattorilla. Mittaukset uusittiin v. 1990 ja 1994. Saavutettu tarkkuus on aina ollut kertaluokkaa parempi kuin millään muulla menetelmällä saavutettava, mutta tämänkään perusviivan stabiilisuus ei ole paras mahdollinen.
GL mittasi Taoyuanin normaaliperusviivan Hsinchussa, Taiwanissa, Väisälä-komparaattorilla v. 1993. Mm. seisminen aktiivisuus on aiheuttanut deformaatioita tällä viivalla. Näiden seurannassa käytetyt tarkat EDM-laitteet paikallinen Industrial Technology Research Institute, Center for Measurement Standards, kalibroi v. 1997 Nummelan normaaliperusviivalla.
Interferenssimittauksia paljon helpompi tapa mitata perusviivoja ovatkin elektroniset etäisyydenmittaukset. Tällöin on käytettävä mahdollisimman tarkkoja laitteita, jotka kalibroidaan esim. Nummelan normaaliperusviivalla. Laitevalmistajan mahdollisesti toimittamat tarkkuusarviot eivät yleensä riitä luotettavan ja jäljitettävän tuloksen saamiseksi. Näin mitattuja perusviivoja voidaan käyttää alemman luokan etäisyysmittareiden kalibrointiin ja laadunvalvontaan. Menetelmä on suositeltava esim. kalibrointitoiminnan kannalta tärkeille perusviivoille, joiden stabiilisuus interferenssimittauksia ajatellen on kuitenkin kyseenalainen.
Kalibrointiperusviiva Liettuassa
Kyviskesin kalibrointiperusviiva (1320 m) Vilnan itäpuolella Liettuassa rakennettiin v. 1996 elektronisia etäisyydenmittauksia varten. GL mittasi sen yhteistyönä Vilnan Gediminaan Teknillisen Korkeakoulun Geodesian laitoksen kanssa v. 1997. Mittauksessa käytettiin TKK:n Kern Mekometer ME5000 -etäisyysmittaria, joka kalibroitiin Nummelan normaaliperusviivalla ennen mittausta ja sen jälkeen. Viiva laajennettiin kolmion muotoiseksi testikentäksi v. 2000 ja mitattiin uudelleen v. 2001. Tulokset sopivat hyvin yhteen aiemman mittauksen kanssa osoittaen viivan vakaaksi. Projektien tuloksena Liettuaan on luotu valmiudet kenttämittauksissa käytettävien elektronisten etäisyysmittarien kalibrointiin ja takymetri- ja GPS-mittauslaitteistojen testaukseen. Vastaava projekti alkoi v. 2000 Viron Maa-ametin kanssa, kun GL mittasi vanhan Väänan perusviivan (1728 m).
Kalibroinnissa mittauslaitteiden antamia tuloksia verrataan mittanormaalin edustamiin arvoihin. Geodesian pituusmittauksissa mittanormaaleja ovat mm. perusviivat (EDM-laitteille) ja laserinterferometrit (vaaituslatoille)
Tietoa gravimetrien kalibroinnista ja muuta painovoima-asiaa löytyy Putoamiskiihtyvyyden kansallisen mittanormaalilaboratoriomme sivuilta.
EDM-laitteet kalibroidaan yleensä vertaamalla laitteen antamia mittaustuloksia perusviivan tunnettuihin pituuksiin. Ennen vertailua laitteen näyttämiin arvoihin tehdään esim. refraktiokorjaukset ja geometrisia reduktioita. Laitteen virheet, tarvittavat korjaukset ja tarkkuus saadaan määritetyksi tasoituslaskun tuloksena.
Nummelan normaaliperusviiva on oikea paikka tarkimmissa mittauksissa ja tieteellisissä tutkimuksissa käytettävien kojeiden kalibrointiin. Viime aikoina tällaisia töitä on tehty mm. geofysikaalisia deformaatiomittauksia, teollisuuden asennusmittauksia ja kansainvälisiä mittakaavan siirtomittauksia varten.
Todelliset mittaukset tehdään yleensä kenttäoloissa, joten on luonnollista, että kalibrointikin tapahtuu kenttäoloissa. Oikein suoritetuilla säähavainnoilla on tällöin keskeinen merkitys, jotta väliaineen vaikutus mittaussignaalin kulkuun saadaan määritetyksi luotettavasti.
Tavanomaisia kalibrointimittauksia varten Nummelassa on normaaliperusviivan vieressä hieman epätarkempi kalibrointiperusviiva, joka toimii itsepalveluperiaatteella, samoin kuin Jämijärven kalibrointiperusviiva.
Geodeettisen laitoksen Masalan toimitalossa on ilmastoitu laboratorio lähinnä vaaituslattojen kalibrointia varten. Kalibroinnit suoritetaan pääasiassa pystyasentoisella lattakomparaattorilla, mutta latan ja muidenkin asteikkojen pituudet voidaan mitata myös vaaka-asennossa. Komparaattorin mittanormaali on laserinterferometri. Komparaattori täyttää Abben mittausehdon. Lattakalibroinnissa kunkin asteikkoviivan paikka mitataan latan pohjalevyn tai sitä lähellä olevan asteikkoviivan suhteen laskemalla yhteen perättäisten viivavälien mitattuja pituuksia.
Pystykomparaattori automatisoitiin 1997 lattakalibroinnin laadun ja määrän parantamiseksi. Kalibroitaessa latta liikkuu komparaattorissa lineaarikuljettimen, hissilaitteen ja askelmoottorin avulla. Latan paikka komparaattorissa mitataan laserinterferometrin avulla ja asteikkoviivan paikka CCD-kameraa käyttäen. Automaattinen sääasema rekisteröi mittauksen aikana vallinneen lämpötilan, paineen sekä kosteuden laservalon aallonpituuden sekä latan pituuden redukoimiseksi. Kaikkia lattakalibroinnin toimintoja ohjataan ja valvotaan tietokoneohjelmien avulla.
Geodeettisen laitoksen pystyasentoisella komparaattorilla voidaan kalibroida sekä tasavälisiä että vaihtelevan levyisiä eli viivakoodilla varustettuja asteikkoja täysin automaattisesti. Laboratorion lämpötilaa voidaan säätää välillä 5ºC - 50ºC ja näinollen voidaan määrittää myös asteikkojen lämpötilariippuvuus.
Tietoa gravimetrien kalibroinnista ja muuta painovoima-asiaa löytyy Putoamiskiihtyvyyden kansallisen mittanormaalilaboratoriomme sivuilta.
Pituus geodesiassa (pdf)
Putoamiskiihtyvyys (pdf)
| Markku Poutanen | Professori, Osastonjohtaja | Puh. (09)29555214 | KML:n laatujohtaja |
| Pasi Häkli | Vanhempi tutkija, DI | Puh. (09)29555222 | EDM |
| Jorma Jokela | Erikoistutkija, TkL | Puh. (09)29555219 | KML:n vastuuhenkilö; perusviivat, EDM ja kalibrointi |
| Paavo Rouhiainen | Vanhempi tutkija, FK | Puh. (09)47890490 | KML:n varavastuuhenkilö; tarkkavaaituksen latta- ja systeemikalibrointi |
