Snake Grid och andra objektanpassade projektioner för svensk infrastruktur

Sammanfattning: I detta examensarbete undersöks tillämpligheten av speciellt anpassade kartprojektioner för projektering, byggnation, drift och underhåll av långsträcka objekt inom svensk infrastruktur. Speciellt intresse ägnas åt Snake Grid-projektionen som utvecklats av University College London i samarbete med Network Rail, som bygger och underhåller det brittiska järnvägsnätet. I samband med att man i Sverige satsar på utbyggnad och uppgradering av järnvägsnätet med höghastighetsspår, uppstår även ny mätningstekniska utmaningar då anläggningarna blir allt mer komplicerade, och toleranserna allt snävare. Projekteringen av anläggningarna utförs oftast i programvaror som antar att bygget kommer att utföras i ett tredimensionellt rum med rätvinkliga axlar, med norr och öst i ett plan och lodriktningen vinkelrätt mot detta plan. Problem uppstår när detta antagande om en platt jord möter verkligheten med en krökt jordyta och kuperad terräng. Den klassiska lösningen på problemet är att arbeta med kartprojektioner, för att på så sätt lokalt eller regionalt approximera en platt jord vid kartering och projektering. Storleken på det område som kartprojektionen är giltig för och lokala höjdförhållanden bestämmer hur stora avbildningsfelen, i form av skalförskjutningar, som mest blir i kartan. Vid rent geodetiska tillämpningar såsom kartering eller stommätning kan korrektioner påföras de insamlade mätvärdena för att justera dem till det projicerade kartplanet, men det blir mer komplicerat när det kommer till projekteringen av anläggningar, där måttsättningen ska vara korrekt och en meter på ritningen ska motsvara en meter i vekligheten. För vissa anläggningar blir de skalförskjutningar som de officiella projektionszonerna i SWEREF 99 medför alltför stora. Ett sätt att hantera det är att istället arbeta med en för den aktuella anläggningen speciellt framtagen projektion, som minimerar avbildningsfelet längsmed anläggningens geografiska utsträckning. I Storbritannien har Network Rail övergått till att hantera sina järnvägsanläggningar enligt denna princip, och har i samarbete med University College London låtit ta fram en speciell typ av projektion för ändamålet, kallad Snake Grid. Snake Grid bygger på att justera skalförskjutningarna till noll längs med en trendlinje som löper längs med anläggningen, och justerar både för avbildningsfel beroende på projektion och på höjd över ellipsoiden. Varje stambana har på så sätt tilldelats sitt eget plana referenssystem, med skalförskjutningar i närområdet reducerade till försumbar nivå. Projektörer och utsättare kan därför arbeta enligt ovan nämnda antagande om en platt jord. De frågor som utreds i detta examensarbete är dels om Snake Grid medför signifikanta fördelar jämfört med alternativa projektionsmetoder som kan objektanpassas, exempelvis Transversal Mercator, Oblik Mercator eller Konform Lambert, och dels om det finns några avgörande skillnader i arbetssätt eller organisation mellan Sverige och Storbritannien som kan påverka lämpligheten i att arbeta på detta sätt., och om fördelarna är större än nackdelarna med avseende på ökad administration och datautbyte med tredje man. För att introducera konceptet mer i detalj för svenska läsare beskrivs teorin bakom Snake Grid relativt ingående i denna rapport. Den innehåller även kortfattade beskrivningar av ett litet urval av alternativa metoder. Därefter görs en jämförande analys i form av beräkningar, av några infrastrukturprojekt med syfte att belysa vilka styrkor och svagheter de olika metoderna har och vilka nivåer av skalförskjutningar de medför. De objekt som undersökts är West Coast och East Coast Main Line, Öresundsförbindelsen, Förbifart Stockholm, Göteborg-Borås, Ostlänken och Sundsvall-Trondheim. Resultatet av beräkningarna indikerar att traditionella projektioner som Transversal och Oblik Mercator i de flesta fall kan objektanpassas med resultat på jämförbar nivå med rapporterade resultat för Snake Grid. Anpassningen av dessa traditionella metoder kräver dock specialkompetens, och även den vardagliga tillämpningen skulle ställa vissa krav på användarna. En av fördelarna med Snake Grid är att det är en färdig paketlösning med tillgång till support för användarna. I rapporten beskrivs även Network Rails uppdrag, och vilka myndigheter som är inblandade i arbetet med investeringar och underhåll för järnvägarna på den brittiska huvudön. Den befintliga geodetiska infrastrukturen i Storbritannien, i form av referenssystem, stomnät och nätverks-RTK utvärderas också. Utöver detta har också en undersökning gjorts av hur användandet av objektanpassade projektioner passar in i gällande svenska regelverk. Syftet med dessa undersökningar har varit att avgöra om det finns några avgörande skillnader mellan Sverige och Storbritannien när det gäller förutsättningarna för användandet av objektanpassade projektioner. Resultatet av denna jämförelse mellan de två länderna är att det inte finns några avgörande skillnader som skulle göra användandet av Snake Grid eller andra objektanpassade projektioner mindre lämpligt i Sverige. För att objektanpassade projektioner ska kunna användas för järnvägsprojekt i Sverige krävs dock dispenser eller justeringar av Trafikverkets gällande regelverk.