Lantmäteriteknik i kommunerna. Lars Kvarnström L65

I en kommun kan man hitta lantmätare inom många olika områden. Fastighetsbildning, stadsplanering, mark och exploateringsverksamhet eller teknisk verksamhet med mätningsteknik kartor och geografisk information är kanske de vanligaste områdena.

Mätningsteknik och kartor var det område som kändes mest lockande för mig när jag utbildade mig till lantmätare. Min första anställning blev vid Stockholms stadsmätningsavdelning. På den tiden i slutet av 1960-talet arbetade man fortfarande med konventionell teknik även om datorer och elektrooptisk längdmätning var på väg. De dagliga bräkningar som behövde göras i samband med fältarbetet gjordes huvudsakligen manuellt utan datorer. Längdmätningsinstru-ment var en ny (svensk) uppfinning och längdmätning med mätband var fortfarande i slutet av 1960-talet den vanligaste metoden. Det var en intensiv byggverksamhet mitt i miljonprogrammet. Järvafältet och Skärholmen byggdes ut och nya tunnelbanesträckningar till de nya bostadsområdena byggdes. Min allra första arbetsuppgift blev att bekanta mig med en gyroteodolit för att utföra mätningar i tunnelsystemet. Instrumentet var av ungersk tillverkning och det enda exemplaret av sitt slag i västeuropa. Hela produktionen i övrigt hade bokats upp av Sovjetunionen som utnyttjade instrumenten för inriktning av sina raketbaser i Sibirien.

Bara under de sex år som jag arbetade i Stockholm skedde en enorm utveckling av både beräkningsteknik och mätningsteknik och man började experimentera med datorstyrd kartering. I kommunerna blev vi som arbetade med lantmäteri-verksamheten pionjärer när det gällde att införa datorstödd beräkningsteknik. Digitaliseringen hade precis påbörjats!

Idag använder vi kartor och geografisk information på olika sätt varje dag. Kartorna finns lätt tillgängliga i våra telefoner och i navigationssystemen i våra bilar. Genom systemen får vi tillgång till all tänkbar information som är knuten till gatunät, adresser och positioner i kartan. En mycket stor del av denna information har sitt ursprung i den kommunala kartverksamheten.

I kommunerna skapas detaljerat storskaligt kartunderlag för detaljplanering av bebyggelse, gatunät mm. I kommunerna sätts också namn på gator och adresser för bostäder och verksamheter. Allt mäts in och kopplas numera till ett gemensamt geografiskt referenssystem som i princip omfattar hela jorden och även innehåller de satellitsystem som vi använder för positionering och vid mätning i fält.

Så har det förstås inte alltid varit! Den teknik som har gjort utvecklingen till dagens digitala kartteknik möjlig har utvecklats under endast lite mer än 100 år! Utvecklingen har varit otroligt snabb. Som lantmätare i kommunal tjänst har jag haft förmånen att delta och bidra till en utveckling som nu fortsätter i oförminskad takt. Med stöd av bl.a. satellitteknik, laserskanning, drönare och allt mer avancerade datorer och AI är vi på väg att bygga upp detaljerade system i 3D. Framtidens planering, projektering och byggande är med hög fart på väg in i den virtuella 3D-världen.

Men vad var det som hände under förra seklet och fram till idag.

Mätningsteknik i en kommun

Den mätningstekniska utvecklingen under 1900-talet och fram till idag beskrivs kanske bäst av situationen i en kommun som Helsingborg där jag hamnade efter mina första sex år som teknisk lantmätare i Stockholm. Under det nästan halva sekel som jag varit verksam har vi gått från lokala referenssystem och längdmätning med mätband till en mätningsteknik där vi nu i de dagliga mätningarna positionerar oss i globala referens-system med användning av satelliter. Beräkningarna som i början utfördes manuellt med räknesnurror och trigonometriska tabeller utförs nu redan i fält med avancerade datorsystem i handhållna enheter. Kartorna som med stor möda ritades med dragstift och tusch eller graverades med olika deloriginal för byggnader, topografi, fastighetsindelning höjdinformation etc. har nu digitaliserats och kan ritas ut med valfritt innehåll och i valfri skala. Vi är på väg mot detaljerade stadsmodeller i 3D och BIM där byggnader projekteras och modelleras i minsta detalj.

Schades karta

Vid sekelskiftet 1900 började en ny mätnings- och kartläggningsteknik diskuteras i landet. Triangelmätning och polygonmätning var nya begrepp som förutom i Helsingborg och några andra städer diskuterades även i Stockholm och Göteborg. Den nya tekniken möttes av stor skepsis, men i mars 1900 lades ett första förslag om ”förnyad uppmätning och kartläggning av stadens område” fram i Helsingborg. Förslaget byggde på ett arbetsprogram som upprättats av professor P G Rosén vid generalstaben. Ett ”kostnadsförslag af en erkänd fackman på detta område, lantmäteriingenjören C Schade i Erfurt” hade lagts fram.

Förslaget avsåg triangel och polygonmätning samt uppmätning och redovisning av gatu- och vägnätet samt dessutom ”upptagande af stadstomter och öfriga jordområden äfvensom utförande av speciela mätningsresultat i öfverskådliga mätningskizzer”. Schade erbjöd sig att utföra arbetena för 23 000kr! I beloppet ingick alla kostnader för ”resor, arbetslöner för mätningshjälp, slitning af använda instrumenter m.m”. Staden skulle stå för markerings- och signaleringskostnader. Något förskott skulle från stadens sida inte lämnas, tvärtom skulle betalning först erläggas ”efter aflemnandet af fullt afslutat och godkänt arbete”.

Enligt programmet skulle nymätningen av Helsingborg, som var den första i sitt slag i Sverige utföras efter ”die Gaussche Anweisung IX vom 25 october 1881

Förslaget antogs och beslutades av drätselkammaren i juni 1900.  Schade låg i startgroparna. Arbetet sattes igång omgående och efter tre månader kunde han redovisa resultatet av triangelmätningen.

Triangelnätet upprättades som ett lokalt nät. En punkt på Kärnan, punkt nr 1, valdes som centralpunkt och fick koordinaterna x = 10000, y= 10000. En punkt på Kronborgs slott utgör punkt nr 2. Eftersom alla mätningar i triangelnätet utfördes som vinkelmätning måste skalan bestämmas genom traditionell basmätning med invarsträngar. Som längdbas mättes därför en sträcka vinkelrät mot sidan Kärnan – Kronborg. Basen förlades till den hamnpir som syns längst ner på bilden i figur 3 och som senare döptes till Parapeten. När nätet anlades fanns ingen lämplig överordnad triangelmätning i rikets nät att ansluta till. I stället utnyttjades en triangelnätssida i det danska triangelnätet för orientering av koordinatsystemet.

Huvudnätet 1900 kompletterades genom förtätning med detaljtriangelnät samt utläggning av polygonpunkter i samtliga utbyggda gator i staden.

Mätningarna av triangelnätet skulle till slut utmynna i en karta över staden. Programmet stadgade att man härvid skulle ”uppdela hela stadsområdet i rektangulära rutor af 100 meters utsträckning i meridianens riktning och 200 meters utsträckning i den däremot vinkelräta riktningen” d.v.s. en bladindelning i skala 1:200 med ritytan 50 x 100 cm. I programmet anfördes vidare: ”om skalan 1:200 för något ändamål skulle anses vara för liten, blir det alltid lätt att med tillhjälp av de beräknade koordinaterna upprätta en karta i huru stor skala som hälst för det område, som har en sådan större skala af nöden

Koordinater skulle alltså beräknas för objekten i kartan. Formuleringarna i mätningsprogrammet från 1900 låter faktiskt som argument för införande av digitala kartor – nästan 100år före sin tid!

Mätningarna var oerhört detaljerade, vilket visas av ett klipp från karteringen av Mariakyrkan. Minsta detaljer redovisades med noggranna måttuppgifter. Underlags-kartorna i skala 1:200 låg sedan även till grund för uppritning av kartblad i skala 1:1000 och 1:2000.

MBK samverkan

MBK står för Mätning, Beräkning och Kartframställning och kan också symbolisera att verksamheten på samma sätt som de stativ som vi använder för uppställning av våra instrument i fält vilar på tre ben. Samverkan inom MBK-området under de senaste ca 50 är grunden för utvecklingen av den digitala geografiska informationstekniken i kommunerna. Samverkan gäller såväl internt i kommunerna, mellan kommunerna och med Lantmäteriet och övriga myndigheter, som i sin verksamhet är beroende av geografisk information. Samverkan är också en förutsättning för ett enhetligt arbetssätt och standardisering, som är nödvändig för en gränslös användning av den geografiska informationen i alla sektorer av samhället.

Mätning

Det gamla koordinatsystemet från år 1900, som Schades karta baserades på var det allra första kommunala kartsystem som upprättades i landet för att täcka in hela stadens område. En utökning och förtätning av stomnätet utfördes sedan i olika omgångar. Staden växte och triangelnätet utvidgades 1918 varvid också skalan på hela nätet räknades om baserat på en ny basmätning. Alla koordinater korrigerades efter nätets nya skala, men centralpunkten i nätet med triangelpunkten på Kärnan som utgångspunkt behölls. I samband med den andra rikstrianguleringen, som påbörjades i Skåne på 1960 talet blev det möjligt att skapa samband mellan Helsingborgs koordinatsystem och rikets system. Det ursprungliga koordinatsystemet fick dock vara kvar tills det slutligen ersattes i samband med övergången till det nationella och globalt definierade SWEREF 99.

Instrumentutvecklingen

Från 1950-talet och framåt fanns äntligen möjlighet längdmätning av sidorna i triangelnäten, men det skulle dröja till i början på 1970-talet innan de elektrooptiska längdmätningsinstrumenten kunde introduceras på allvar i den dagliga mätningen.

Längdmätning med ljus som startade med de första Geodimetermodellerna blev starten på en snabb utveckling av mätningstekniken. Vinkelmätningsinstrumenten – teodoliterna – kompletterades under åren genom påbyggnad av längdmätare av olika fabrikat och modeller tills de slutligen har integrerats i dagens totalstationer. En totalstation idag är en avancerad dator som mäter längder och vinklar, beräknar koordinater och processar kartmaterial direkt i fält.

Laserskanning

Nya instrumentmodeller innehåller även laserskanning och hanterar enorma datamängder. Bilden intill visar en laserskanner från Trimble. Instrumentet har kapacitet att på några minuter skanna av omgivningen, som underlag för uppbyggnad av detaljerade 3D modeller av hela omgivningen runt uppställningen. Instrumentet innehåller också en kamera för bildtagning. De förtjänar verkligen benämningen totalstation.

Utvecklingen av mätinstrumenten för insamling av mätdata i fält fortsätter. De nya utmaningarna nu är att bearbeta och ta hand om de enorma datamängderna som samlas in Den traditionella kartan är på väg att ersättas med 3D-modeller av terrängen, staden och byggnaderna.

Hand i hand med att instrumentutvecklingen har utvecklats för insamling av allt mer detaljerade data har den flygburna fotogrammetrin och laserskanningen också förändrats. Användning av fotogrammetri och laserskanning från flygplan och drönare är numera en möjlighet som utnyttjas av de flesta kommuner. Lantmäteriets nationella höjddatabas NH täcker i princip hela landet och har blivit en stor tillgång i den kommunala planeringen.

GNSS – teknik

Under 1990-talet kom GPS i allmänt bruk för mätningar i kommunerna, men varje kommun arbetade fortfarande i sina egna koordinatsystem och passade in mätningarna i det egna stomnätets koordinatsystem. Tekniken var RTK. Det behövdes två satellitmottagare. Ett instrument, ”basen”, ställdes upp på en känd punkt i stomnätet, som fick utgöra referensstation. Det andra instrumentet, ”rovern”, användes för själva inmätningen. Kommunikationen mellan basen och rovern upprättades med en radiolänk. som matade rovern med korrektionsdata. Denna hade emellertid endast en begränsad räckvidd på någon km varför basen behövde ställas upp på olika stompunkter för varje enskilt mätningsområde.

I slutet av 1990-talet var RTK tekniken en etablerad mätningsteknik och några kommuner hade satt upp egna fasta referensstationer placerade centralt i kommunen. Vid sekelskiftet fanns tre referensstationer i Skåne som ingick i Lantmäteriets SWEPOS-nätverk – Hässleholm, Malmö och Helsingborg. Via en tjänst som kallades Ciceron kunde korrektionsdata för RTK erhållas. Problemet med ökad mätosäkerhet redan vid ca 5-10km avstånd från referensstationen kvarstod dock.

Mer heltäckande lösningar för mätning med RTK-teknik behövdes och år 2001 inleddes två projekt, i Skåne och i Stockholmsområdet, för att utreda förutsättningarna för etablering av nät med fasta referensstationer. Initiativtagare för projektet var Lantmäteriet och Lars Ollvik vid LTH som fick med sig MBK-samverkansgruppen i Skåne som snabbt påbörjade testmätningar med ”nätverks-RTK”. Projekten blev början på en allt snabbare uppbyggnad av SWEPOS nätverket som numera omfattar mer än 400 referensstationer. Nätverks-RTK tjänsten täcker nu hela landet och möjliggör en positionering med en osäkerhet av endast ett par cm. Antalet användare är nu, år 2019, fler än 2500st och återfinns inom ett stort antal verksamhetsområden. Kommuner, mätkonsulter och byggentreprenörer svarar vardera för ca 20% av användarna. Jordbruket är en annan, spännande och växande, användargrupp.

Kartframställning

Övergången från analog till digital teknik gjordes under de sista decennierna av 1900-talet inom ramen för de MBK-projektsom kommunerna genomförde. Kommunförbundet spelade en viktig roll genom insatser där politiker och beslutsfattare erbjöds utbildning i det man kallade ”Koordinatmetoden”. Grunden för all digitalisering är ju att man utgår från ett enhetligt referenssystem. MBK-projekten syftade till att digitalisera kartunderlaget. Lika viktigt var dokumentationen av kommunaltekniska anläggningar och ledningsnät som ofta var bristfälligt redovisade på analoga kartor av skiftande kvalitet och som snabbt blev inaktuella i takt med utbyggnaden av staden. I Helsingborg antogs ett MBK-programi april 1988. Programmet berörde alla förvaltningar i staden som på något sätt använde kartor i verksamheten.

MBK-projekten blev början på en alltmer omfattande samverkan mellan kommunerna. I Skåne påbörjades uppbyggnad ”Tätortsbas Skåne” med samtliga tätorter i länet. Till tätortsbasen som i första hand erbjöds till SOS Alarm och ”blåljusmyndigheterna” hörde även ett sökregister med adresser. Efterhand integrerades Tätortsbasen med Lantmäteriets fastighetskarta och blev till ”Skånekartan med adresser”. En övergång till gemensamma referenssystem påskyndades och idag är geodatasamverkan mellan kommunerna och staten en självklarhet och en förutsättning för de kartdatabaser och adressdatabaser som nu tillhandahålls allmänheten via centrala nationella databaser.

De kommunala kartverken är detaljerade och upprättas i stor skala. Ursprungligen upprättades kartunderlaget för att ligga till grund för stadsplanering

Under 60- och 70-talet tog bostadsbyggandet fart – det s.k. miljonprogrammetskulle genomföras. Kommunerna fick ett stort tryck på sig att ta fram planer och projekteringsunderlag. De kommunala kartverken byggdes ut och verksamheten måste rationaliseras på olika sätt. Inom kommunen behövdes primärkartorna inte enbart som underlag till grundkartor för detaljplan utan i lika stor utsträckning för planering, projektering och redovisning av ledningsnät i samband med genomförande av kommunala MBK-program. Genom att materialet således behövdes för många olika ändamål blev det nödvändigt att från ett gemensamt grundmaterial framställa kartor med olika innehåll och utförande. Man löste problemet genom att ta reprotekniken till hjälp. Kartinnehållet delades upp på deloriginal. Sexolika deloriginalrekommenderades för att möjliggöra ett flexibelt kartinnehåll för olika behov. Genom att med reproteknikens hjälp passa ihop och samkopiera deloriginalen och skalförändra i stora reprokamerorblev det möjligt att ta fram ett skiftande utbud av kartprodukter. För att ytterligare förbättra kvaliteten och minska det reprografiska arbetet med bl. a retuschering infördes en teknik med graveringav deloriginal. Gravyrfilmerna bestod av en kraftig ritfilm som belagts med ett rött färgskikt. Med en safirnål skars det röda färgskiktet bort med exakt linjebredd. I stället för tuschlinjer på genomskinlig plast fick man genomskinliga linjer i ett färgskikt. Originalkartorna ritades som ”fotonegativ” med mycket skarpa linjer.

Tekniken med gravyr och många deloriginal innebar att det var möjligt att kombinera deloriginalen för önskat kartinnehåll och anpassa skalan med en reprokamera.

Att ta fram kartunderlag för olika användningar i kommunen var ett hantverk som krävde många olika specialister.

Under 1990-talet och början av 2000-talet blev i stort sett allt primärkartmaterial i kommunerna digitaliserat. Kartritare och reprotekniker fick snabbt sina arbetsuppgifter helt förändrade. I Helsingborg där jag arbetade tillsattes 1988 en politiskt styrd MBK-gruppmed uppgift att införa digital kartteknikinom alla tekniska förvaltningar – Stadsbyggnadskontoret, Gatukontoret, Elverket och Värme-/Naturgasverket. Ett gemensamt datorsystem inskaffades. Budgeten för Helsingborgs MBK-projekt som spände över femårsperioden 1988-1993 var på 22 Mkr. och omfattade investering i utrustning, tillfälliga personalförstärkningar, utbildning och lokaler.

Idag, 20 år efter MBK-projekten hanteras i princip allt grundmaterial för planering, projektering och byggande i Cad-system och GIS-system av olika slag. Vid projektering av nya stadsdelar har visualisering i 3D mer eller mindre blivit standard. Utvecklingen går således vidare med att komplettera eller ersätta de-2-dimensionella primärkartorna med fullständiga 3D

stadsmodeller. Uppbyggnaden av dessa effektiviseras med hjälp av laserskanning.

Tillkomsten av olika datorsystem för visualisering i 3D har gått mycket fort under de senaste åren. MBK-projekten i kommunerna syftade till att digitalisera det analoga kartmaterial i kommunerna och möjliggjorde därigenom en ökande geodatasamverkan mellan kommunerna och staten.

Vi står nu inför nya utmaningar att tillämpa standardiserade beskrivningsmodeller för den 3D-revolution som man kan förvänta sig. Utbyte och tillhandahållande av geografisk information i 3D mellan olika producenter och användare förutsätter långt gående standardisering. Här återstår mycket arbete.

Beräkning

Vid digitaliseringen av kommunernas analoga kartor blev enhetliga nationella referenssystem en nödvändighet för samverkan och uppbyggnad av de nationella databaser som vi idag har tillgång till.

Helsingborgs blev i samband med Schades kartläggning av staden pionjär när det gällde att relatera alla mätningar och all kartläggning till ett koordinatsystem och höjdsystem som omfattade hela kommunens område.

Efterhand följde därefter övriga kommuner i landet efter på samma sätt med att etablera kommuntäckande referenssystem dock utan någon samordning kommunerna emellan. Varje kommun hade från början sitt eget system eller i alla fall en egen variant av det nationella systemet i regionen.

Efter att kommunreformen avslutats 1974 hade Skåne 33 kommuner och minst lika många koordinatsystem. Samverkan över kommungränserna med kartor och geografisk information var därför omständligt och förutsatte ständiga koordinattransformationer.

Det behövdes ett gemensamt nationellt referenssystem för att förenkla utbyte av kartor och geografisk information. Detta system behövde dessutom vara anpassat för att möjliggöra en effektiv mätning med GPS eller GNSSsom benämningen senare ändrades till när nya satellitsystem tillkom. GNSS står för Global Navigation Satellite System.

Arbete med ett nytt nationellt GNSS-anpassat referenssystem hade därför påbörjats inom Lantmäteriet. Ett nytt rikstäckande GPS-mätt stomnät, RIX 95, etablerades i samverkan med kommunerna, Trafikverket (Banverket och Vägverket) samt Sjöfartsverket och Luftfartsverket.

I Skåne fanns av tradition och med ledning av Kommunförbundet en omfattande MBK-samverkan etablerad. Samverkan avsåg framför allt kunskapsutbyte i samband med introduktion av GIS dvs geografiska informationssystem i de kommunala verksamheterna. Man insåg därför tidigt behovet av ett gemensamt koordinatsystem.

Redan 1993 dvs ett par år innan RIX 95 projektet kördes igång på nationell nivå påbörjades i Skåne mätning av ett nytt kommungemensamt stomnät som senare (naturligtvis) benämndes Skan 95. Mätningarna startade i Båstad kommun som var basen för Tekniska Högskolans fältövningar i geodesi. Instrumentutrustningen tillhandahölls av universitetslektor Arne Håkansson som inom ramen för sin konsultverksamhet fungerade som projektledare.

Mätningarna av Skan 95 nätet pågick från 1993 till 1996 och berörde 16 av Skånes 33 kommuner från Båstad i norr till Trelleborg och Ystad i söder. Varje kommun utförde mätningarna med egen personal med assistans av mätningspersonal från de grannkommuner som också deltog. Genom avtal med Lantmäteriet var avsikten att hela Skan 95 nätet skulle beräknas i ett sammanhang tillsammans med beräkningen av RIX 95. Näten beräknades emellertid inledningsvis var för sig. Den slutliga beräkningen utfördes 2004 varvid SKAN 95 nätets ca 2600 baslinjer och 499 punkter integrerades med RIX 95- nätet. Kvaliteten i mätningarna var mycket bra vilket verifierades genom en inpassning av det kommunala nätet på 60st RIX 95 punkter, vilket gav en standardosäkerhet (medelfel) på endast 7mm!

Kommunerna har därefter var för sig, i samband med övergången till SWEREF 99 i respektive kommunen, ytterligare förtätat inom sina områden med kompletterande punkter.

Genom de genomförda mätningarna fick kommunerna, dels ett tillförlitligt underlag för övergång till SWEREF 99, dels har man för framtiden etablerat ett kommuntäckande GNSS-mätt stomnät som underlag för krävande mätningstillämpningar

Dagen teknik med etablering av fasta utgångspunkter för mätnings- och kartläggnings tillämpningar baseras på mätningar mot satellitsystemen. Kontrasten mot en räknesnurra av den typ som illustreras i figur 2 och som jag fick hålla tillgodo med på 1960-talet är slående. Ändå är det samma grundläggande beräkningsprinciper som också Schade tillämpades när Helsingborgs (Sveriges) första heltäckande kommunala stomnät etablerades år 1900.

Slutord

Den tekniska utvecklingen inom det kommunala MBK-området under 1900-talet har varit häpnadsväckande. Att få uppleva och delta i denna utveckling under ett arbetsliv har varit en stor förmån.

På 1960-talet när jag utbildade mig var det mätband, mekaniska räknesnurror och trigonometriska tabeller för sinus och cosinus som gällde. Man fick lära sig allt från grunden. Därefter har det varit fråga om ett livslångt lärande när ingenting har stått stilla. Ett roligare och mer givande arbete har jag svårt att tänka mig.

Och det slutar inte här! Den tekniska utvecklingen fortsätter i oförminskad fart. Den som idag väljer att arbeta inom detta område kommer precis som jag, efter avslutat arbetsliv, kunna förbluffas över en otrolig teknisk utveckling som aldrig stannar upp.

e-post: lars.kvarnstrom@telia.com

2020-02-04

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *