Length in Geodesy – On Metrological Traceability of a Geospatial Measurand

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorPoutanen, Markku, Prof., Finnish Geodetic Institute, Kirkkonummi, Finland
dc.contributor.authorJokela, Jorma
dc.contributor.departmentMaankäyttötieteiden laitosfi
dc.contributor.departmentDepartment of Real Estate, Planning and Geoinformaticsen
dc.contributor.schoolInsinööritieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Engineeringen
dc.contributor.supervisorVermeer, Martin, Prof., Aalto University, Department of Real Estate, Planning and Geoinformatics, Espoo, Finland
dc.date.accessioned2014-09-30T09:00:23Z
dc.date.available2014-09-30T09:00:23Z
dc.date.dateaccepted2014-05-26
dc.date.defence2014-10-27
dc.date.issued2014
dc.description.abstractThe metre is one of the base units in the International System of Units (SI). The traceability chain connects length measurements to the definition of the metre. Metrological institutes implement this with sequential measurements ranging from the realization of the metre using internationally recommended procedures to practical length or distance measurements with high-precision electro-optical or mechanical instruments. Estimating the uncertainty of measurement at every stage in the traceability chain is an essential part of the measurement result and its usability. This publication examines the traceability of a geospatial measurand, a length used in geodesy, beginning with lengths of 1-m-long quartz gauge blocks and ending with terrestrial distance measurements of up to 1 km or more. The Finnish Geodetic Institute (FGI) started measuring geodetic standard baselines with the Väisälä interference comparator in 1947. Based on the author’s 25 years of experience, this publication includes the most detailed description of the interference measurement method to date. New results and inspiring experiences are presented from five Väisälä baseline measurements. Especially interesting is the FGI’s 864-m Nummela Standard Baseline, recognized as a world-class measurement standard due to its extreme accuracy and stability. In addition, a few alternative standard baseline designs are presented. From standard baselines, the FGI transfers the traceable scale to other geodetic baselines or test fields using calibrated, high-precision electro-optical distance measurement instruments as transfer standards. Using the calibrated objects, the traceable scale is then transferred forward for the calibration of surveyors’ instruments or for scientific purposes. This publication shows the capability of the method, which is not utilized elsewhere, and discusses 11 scale transfer examples of it to seven baselines or test fields. The influence of atmospheric conditions is a major source of uncertainty of measurement, and it is discussed in detail in connection with a few cases. The traceable scale transfer service of the FGI has become internationally in demand, and it makes a remarkable contribution to the ongoing European research and development projects in length metrology. Most baselines that we have measured are alive and well, and interest in them is growing. The latest measurements with the Väisälä interference comparator at standard baselines produced total expanded uncertainties ranging from 0.04 mm to 0.14 mm for baseline section lengths between 5 m and 864 m. After applying the scale transfer measurements to calibration baselines and test fields, the comparable uncertainty values were from 0.1 mm to 1.2 mm for baseline section lengths between 2 m and 1 488 m. A total expanded uncertainty of 0.5 mm/km is achievable under favourable conditions, and when the scale transfer is performed as a continuation of interference measurements at the same baseline, it is possible to reach 0.2 mm/km.en
dc.description.abstractMetri on yksi kansainvälisen SI-yksikköjärjestelmän perusyksiköistä. Jäljitettävyysketju kytkee pituusmittaukset metrin määritelmään. Metrologia-alan laitokset toteuttavat tämän peräkkäisillä mittauksilla, alkaen metrin realisoinnista kansainvälisesti suositeltuja menetelmiä käyttäen ja päätyen käytännön pituus- tai etäisyysmittauksiin tarkoilla elektro-optisilla tai mekaanisilla mittauskojeilla. Mittausepävarmuuden arviointi jäljitettävyysketjun jokaisessa vaiheessa on olennainen osa mittaustulosta ja sen käyttökelpoisuutta. Tässä julkaisussa tutkitaan geospatiaalisen mittaussuureen, pituuden, jäljitettävyyttä erityisesti geodesiassa, alkaen metrin mittaisten kvartsimittapalojen pituuksista ja päätyen terrestrisiin etäisyydenmittauksiin kilometriin asti ja pitemmälle. Geodeettinen laitos (GL) aloitti geodeettisten normaaliperusviivojen mittaamisen Väisälän interferenssikomparaattorilla vuonna 1947. Tämä julkaisu sisältää kirjoittajan 25 vuoden kokemukseen perustuen tähän asti yksityiskohtaisimman kuvauksen interferenssimittausmenetelmästä. Uusia tuloksia ja innostavia kokemuksia esitetään viidestä Väisälä-perusviivanmittauksesta. Erityisen kiinnostava on 864-metrinen Nummelan normaaliperusviiva, maailmanluokan mittanormaali äärimmäisen tarkkuutensa ja vakautensa ansiosta. Lisäksi esitellään vaihtoehtoisia perusviivamalleja. Normaaliperusviivoilta GL siirtää jäljitettävän mittakaavan muille geodeettisille perusviivoille tai testikentille käyttämällä elektro-optisia tarkkuusetäisyysmittareita siirtonormaaleina. Kalibroituja kohteita käyttämällä jäljitettävä mittakaava siirretään edelleen mittaajien mittauskojeisiin tai tieteellisiin tarkoituksiin. Tämä julkaisu osoittaa menetelmän kyvykkyyden. Esimerkkeinä on 11 mittakaavan siirtomittausta seitsemälle perusviivalle tai testikentälle. Menetelmä ei ole käytössä muualla. Ilmakehän ominaisuuksien vaikutus on huomattava mittausepävarmuuden lähde, mitä tarkastellaan yksityiskohtaisesti muutaman esimerkkitapauksen yhteydessä. GL:n jäljitettävästä mittakaavan siirrosta on muodostunut kansainvälisesti kysytty palvelu, jolla on merkittävä asema meneillään olevissa eurooppalaisissa pituusmetrologian tutkimus- ja kehityshankkeissa. Useimmat mittaamamme kohteet voivat hyvin, ja kiinnostus perusviivoja kohtaan on kasvussa. Viimeisimpien Väisälän interferenssikomparaattorilla tehtyjen normaaliperusviivojen mittausten laajennetut kokonaisepävarmuudet ovat 0.04 mm:stä 0.14 mm:iin perusviivajaksoille 5 m:stä 864 m:iin. Kalibrointiperusviivoille ja testikentille tehtyjen mittakaavan siirtojen vastaavat mittausepävarmuudet ovat 0.1 mm:stä 1.2 mm:iin perusviivajaksoille 2 m:stä 1 488 m:iin. Suotuisissa olosuhteissa on mahdollista päästä laajennettuun kokonaisepävarmuuteen 0.5 mm/km, ja jos mittakaavan siirto tehdään jatkona saman perusviivan interferenssimittauksille, voidaan saavuttaa 0.2 mm/km.fi
dc.format.extent240
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.isbn978-951-711-310-6 (electronic)
dc.identifier.isbn978-951-711-309-0 (printed)
dc.identifier.issn0085-6932 (printed)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/14055
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-951-711-310-6
dc.language.isoenen
dc.opnFlury, Jakob, Prof. Dr.-Ing., Leibniz Universität Hannover, Germany
dc.opnHeunecke, Otto, Univ.-Prof. Dr.-Ing., Universität der Bundeswehr München, Germany
dc.publisherFinnish Geodetic Instituteen
dc.publisherGeodeettinen laitosfi
dc.relation.ispartofseriesSuomen Geodeettisen laitoksen julkaisujafi
dc.relation.ispartofseriesVeröffentlichungen des Finnischen Geodätischen Institutesde
dc.relation.ispartofseriesPublications of the Finnish Geodetic Instituteen
dc.relation.ispartofseries154
dc.revHeunecke, Otto, Univ.-Prof. Dr.-Ing., Universität der Bundeswehr München, Germany
dc.revIngensand, Hilmar, Prof. Dr. (em.), Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Switzerland
dc.subject.keywordgeodesyen
dc.subject.keywordmetrologyen
dc.subject.keywordgeodetic baselineen
dc.subject.keywordVäisälä interference comparatoren
dc.subject.keywordNummela Standard Baselineen
dc.subject.keywordlength measurementen
dc.subject.keywordscale transferen
dc.subject.keywordcalibrationen
dc.subject.keywordEDMen
dc.subject.keywordtraceabilityen
dc.subject.keywordgeodesiafi
dc.subject.keywordmetrologiafi
dc.subject.keywordgeodeettinen perusviivafi
dc.subject.keywordVäisälän interferenssikomparaattorifi
dc.subject.keywordNummelan normaaliperusviivafi
dc.subject.keywordpituusmittausfi
dc.subject.keywordmittakaavan siirtofi
dc.subject.keywordkalibrointifi
dc.subject.keywordjäljitettävyysfi
dc.subject.otherGeoinformaticsen
dc.titleLength in Geodesy – On Metrological Traceability of a Geospatial Measuranden
dc.titlePituus geodesiassa – Geospatiaalisen mittaussuureen metrologisesta jäljitettävyydestäfi
dc.typeG4 Monografiaväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (monograph)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (monografia)fi
local.aalto.digiauthask
local.aalto.digifolderAalto_64301
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789517113106.pdf
Size:
11.39 MB
Format:
Adobe Portable Document Format