Academic literature on the topic 'Snake Grid'

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.<br>This thesis investigates the applicability of tailored map projections for the design, construction and maintenance of long objects, such as roads and railways, in Swedish infrastructure. Special emphasis is on the Snake Grid projection, developed by University College London in collaboration with Network Rail, the organization responsible for construction and maintenance of the railway network in Great Britain. The ongoing Swedish investments in expansion and upgrades of the country’s railway network poses new challenges for surveyors, as the constructions are becoming increasingly complex and tolerances more narrow. Track design is usually carried out with software with the built-in assumption that the construction will be made in a three-dimensional space with coordinate axes pointing to the north and the east, and with a vertical axis perpendicular to those. Problems arise when this flat-Earth assumption meets the reality of a curved surface and hilly terrain. The classical solution of this dilemma is to work with map projections, in order to make a local or regional approximation of a flat Earth for mapping and design purposes. The size of the projection zone and the local topography decides the maximum distortions that will be in the map. For purely geodetic purposes, such as topographic surveying or establishment of control point networks, corrections can be applied to the measurements to fit them to the projected map, but when it comes to construction design, where dimensions should be correct and one meter in the blueprint should correspond to one meter in reality, things get more complicated. For some constructions, the scale distortions on the outskirts of the official projection zones for the Swedish national grid SWEREF 99 are too large. One way to deal with that is to instead tailor a map projection, specific for that construction object, which will minimize scale distortions along the object. In Great Britain, Network Rail has adopted this approach to managing their railway network, and together with University College London developed a special kind of map projection for this purpose, known as Snake Grid. The principle of Snake grid is to force the scale to unity along a sinuous trend line, following the track geometry, and in the process adjust for scale distortions due to both projection and height above the ellipsoid. Each main line has been assigned its own horizontal coordinate system in that way, minimizing scale distortions in proximity to the tracks to a negligible level. As a result, construction designers and surveyors can work from a flat Earth assumption. This thesis deals with the questions whether the benefits of using Snake Grid are significant compared to tailoring other map projections, like Transversal Mercator, Oblique Mercator or Lambert Conformal Conic, and whether there are any large differences in methods or organization between Sweden and the UK that might influence the suitability of this approach and whether the pros outweigh the cons such as increased administration and risks in communication. To give Swedish readers a more detailed introduction to the concept, the theoretical description of Snake Grid is relatively comprehensive in this thesis. It also contains short descriptions of a small selection of alternative methods. After that, a comparative analysis of the methods is made by way of calculation, testing a few infrastructure projects to see which strengths and weaknesses the different map projections possess, and what magnitude of scale distortions can be expected. The examined projects are the West Coast and East Coast Main Lines, the Øresund bridge, the Stockholm Bypass, the Gothenburg-Borås railway, the Eastern link railway (Ostlänken) and the railway between Sundsvall and Trondheim. The results of the calculations indicate that, in most cases, traditional map projections such as Transversal or Oblique Mercator can be tailored to a project, with results comparable to reported results for the Snake Grid method. The tailoring, however, requires specialist competence that is hard to come by, and in the practical daily application it will also put some requirements on the competence of the end user. One of the advantages of Snake Grid is that it is a package solution with user support available. The thesis also describes the responsibilities of Network Rail, and which government bodies are involved in the maintenance of the British railway network. The existing geodetic infrastructure in Great Britain, in the form of reference systems, and control point networks is also described. An evaluation has also been made, whether tailored map projections can be used in accordance with current Swedish rules and regulations for road and railway construction. The purpose of these investigations has been to determine if there are any decisive differences between Sweden and the UK with regard to the regulatory circumstances surrounding the use of object specific map projections. The result of this comparison is that there are no substantial differences that would make the use of Snake Grid or other object specific map projections less suitable in Sweden. The usage of object specific projections in railway projects would however require exemptions from or changes to the current Swedish railway regulations.