K-GEO akkreditált kalibráló laboratórium

Németh Zsuzsanna – Virág Gábor – dr. Borza Tibor, Földmérési és Távérzékelési
Intézet, Kozmikus Geodéziai Obszervatórium

Bevezetés

Amióta mérünk, törekszünk a mérendő mennyiség mértékegységeinek meghatározására, megőrzésére. A mérésügy a mértékek (egységek, rendszerek) egészére, azok egységesítésére, a mérőeszközök hitelességére, ezeknek, valamint a mérés igazságosságának az ellenőrzésére vonatkozó tudományos-technikai, igazgatási ismeretek és tevékenységek együttese. A törvények, rendeletek, intézkedések megállapítják az egységeket, etalonokat, egységesítik a mértékeket, kialakítják a mérésügyi szervezetet, és ellenőrzik azok végrehajtását. Természetesen ez mindenkor az adott társadalom szintjén és annak igénye szerint valósul meg. A történelem során ezt a folyamatot elsősorban a hossz-, súly- és űrmértékeknél figyelhetjük meg.

A hosszmértékek közül a királyi rendszer Szent István intézkedéseihez kötődik, melyet a helyi rendszerekkel együtt a szokástörvény tartott fenn a XIX. századig. Mint országos etalont, a királyi ölet a királyi kincstárban, Székesfehérvárott őrizték a török hódoltságig, amikor eltűnt. A törvény szabta országos mértékek rézetalonjait a pozsonyi, majd a XVIII. század végétől a budai művesek készítették. A föld nagyságát azonban még a XVI. században is az elvégzendő munka és a termőképesség alapján becsülték (pl. köböl, kaszás, ekealja stb.). 1786-tól, a II. József-féle kataszteri felmérés során mértek először országosan ölrúddal és mérőlánccal. Az 1849. október 20-i császári nyílt parancs a kataszteri földmérésben kötelezővé tette a bécsi területmértéket, mely az ingatlan-nyilvántartásban 1970-ig megmaradt. Az 1874. évi 8. Törvénycikk bevezettette a nemzetközi méterrendszert, és létrehozta a központosított mértékhitelesítési szervezetet.

Megindult a földmérés, a geodéziai munkák technikai és szervezeti fejlődése is. A mind nagyobb kiterjedésű és országos hálózatok egységes méretarányban történő elkészítéséhez szükségessé vált a geodéziai hosszmérő eszközök országos alapvonalon történő komparálása, ill. kalibrálása. Erre a feladatra az Állami Földmérés mindig nagy gondot fordított, hiszen a földmérés (állami földmérés) alapvető érdeke, hogy az általa végzett felmérések adatai, továbbá a térképek hosszegysége országos értelemben is azonos legyen.

Először nézzük meg a kalibrálás jelenlegi jogi hátterét.

1991. évi XLV. törvény a mérésügyről

A Mérésügyi Törvényből a kalibráló laboratóriumok feladatának, szerepének szempontjából a legfontosabb részeket szeretnénk kiemelni:

Tv. 1.§. E törvény hatálya a Magyar Köztársaság területén a mérésügyi szervezet tevékenységére, a mértékegységek használatára és a joghatással járó mérésekre terjed ki.

Mértékegységek

Tv. 5.§. (1) bekezdés Minden olyan mennyiség értékének kifejezésére, melyre e jogszabály törvényes mértékegységet állapít meg, ezt a mértékegységet kell használni.

(2) bekezdés Törvényes mértékegységek:

a)    a Nemzetközi Mértékegység-rendszer (SI) mértékegységei,

b)    az e törvény mellékletében meghatározott, SI-n kívüli mértékegységek,

c)    az SI mértékegységeiből és az SI-n kívüli törvényes mértékegységekből képzett mértékegységek.

Joghatással járó mérés és eszközei

Tv. 6.§. (1) bekezdés Joghatással jár a mérés, ha annak eredménye az állampolgárok és/vagy jogi személyek jogát vagy jogi érdekeit érinti, különösen, ha a mérési eredményt mennyiség és/vagy minőség tanúsítására – szolgáltatás és ellenszolgáltatás mértékének megállapítására – vagy hatósági ellenőrzésre és bizonyításra használják fel.

(2) bekezdés Joghatással járó mérést a mérési feladat elvégzésére alkalmas hiteles mérőeszközzel vagy használati etalonnal ellenőrzött mérőeszközzel kell végezni.

(3) bekezdés Hiteles az a mérőeszköz:

a)    amelyet a mérésügyi szervek hitelesítettek,

b)    amelynek külföldi hitelesítését az OMH első belföldi hitelesítésként elismerte.

Vhr. 4.§. (1) bekezdés Joghatással járó mérés végzésére használt minden mérőeszközt – közvetlenül vagy közvetett módon – az országos etalonról kell leszármaztatni, illetve arra visszavezetni.

(2) bekezdés Az etalon olyan mérőeszköz, amely a mennyiség mértékegységének reprodukálására és fenntartására szolgál, amelyről a mértékegység értéke átszármaztatható a használati etalonokra, és amelyet az OMH etalonná nyilvánított.

(3) bekezdés A használati etalon olyan mérőeszköz, amely alkalmas a mennyiség egységének és/vagy helyes értékeinek előállítására és más mérőeszközökre való továbbszármaztatására.

Vhr. 5.§. (1) bekezdés Használati etalonnal kell rendszeresen ellenőrizni azoknak a joghatással járó mérés elvégzésére használt mérőeszközöknek a pontosságát, amelyeknek a hitelesítése nem kötelező.

(2) bekezdés A használati etalonnak érvényes hitelesítéssel kell rendelkeznie, és pontosabbnak kell lennie a vele ellenőrzött mérőeszközöknél.

Feljogosítás kalibrálásra (akkreditálás)

Tv. 11.§. (1) bekezdés A nem kötelező hitelesítésű mérőeszközök pontosságának kalibrálással történő ellenőrzéséről – az OMH-tól* kapott feljogosítás alapján – a kalibráló laboratóriumok jogosultak kalibrálási bizonyítványt kiadni. E feljogosítás nélkül kalibrálás külső fél számára nem végezhető. (*1997-től a Nemzeti Akkreditáló Testülettől)

Vhr. 11.§. (1) bekezdés A kalibrálás azoknak a műveleteknek az összessége, amelyekkel – meghatározott feltételek mellett – megállapítható az összefüggés a mérőműszer vagy a mérőrendszer értékmutatása, illetve a mérték, a hiteles anyagminta által megtestesített vagy használati etalonnal megvalósított érték (a helyes érték) között.

A Nemzeti Akkreditáló Testületnél (NAT) a kalibráló laboratóriumok minőségi kézikönyvük beadásával kérvényezhetik a feljogosítást. Az akkreditálás az MSz 45001 szabvány szerint történik. A minőségi kézikönyvek összeállításához a NAT e szabvány alapján egy útmutatót adott ki, és az EU harmonizáció miatt az EA-4/02 utasítás kötelező használatát követeli meg.

Idézünk a „Műszerügyi és Méréstechnikai Közlemények 65. szám, 2000.”-ból:

„Abból a célból, hogy biztosítható legyen az EA-n belül az akkreditált kalibráló laboratóriumok által kiadott kalibrálási bizonyítványok teljes egybevethetősége, 2000. július 1-jétől minden, a kalibrálási bizonyítványokban megfogalmazott, bizonytalanságra vonatkozó nyilatkozatnak eleget kell tennie az EA-4/02-ben lefektetett követelményeknek. Ennek megfelelően a kalibráló laboratóriumok akkreditálása vagy a már meglévő akkreditálások megújítása csak akkor történhet meg, ha a laboratóriumoknak a bizonytalanságra vonatkozó számításai teljes mértékben összhangban vannak ezekkel a szabályokkal.”

EA-4/02 (korábban EAL-R2) jelű dokumentum címe: „A mérési bizonytalanság meghatározása kalibrálásnál”.

E dokumentum „a mérési bizonytalanság közlése a kalibrálási bizonyítványban” a következőket írja elő:

A kalibrálási bizonyítványban a teljes mérési eredményt, tehát a mérendő mennyiség értékének y becslését és az ehhez tartozó U mérési bizonytalanságot (y ; U) formában kell közölni. Ehhez egy, általában a következő tartalmú, magyarázó megjegyzést kell fűzni:

„A közölt kiterjesztett mérési bizonytalanság a standard bizonytalanság k = 2-vel szorzott értéke, ami normális eloszlás esetén közelítőleg 95%-os fedési valószínűségnek felel meg. A standard bizonytalanság meghatározása az EA-4/02 kiadványának megfelelően történik.”

Az y mérési eredményhez vagy a kimeneti becsléshez tartozó u(y) standard mérési bizonytalanság a mérendő Y mennyiség szórása, u(y) az X_i bemenő mennyiségek x_i becsléseiből és az ezekhez tartozó u(x) standard bizonytalanságokból határozandó meg.

Laboratóriumunk története és akkreditálása

A kalibráló laboratóriumunk „K-GEO” elnevezése nem csupán a geodéziára utal, hanem munkahelyünk, a Földmérési és Távérzékelési Intézet Kozmikus Geodéziai Obszervatóriumának közismert KGO rövidítésére is. (A továbbiakban a penci Obszervatóriumra történő hivatkozásnál a KGO megjelölést használjuk.)

A kalibráló tevékenységünk 1977–78-ban kezdődött, az obszervatóriumi mikro-teszthálózat kiépítésével. Ennek egyik pillérére a budapesti Csillagvizsgáló Intézetből Pencre került Országos Hosszúsági Főalappont, ahol a földrajzi helymeghatározás észlelőinek személyi egyenletét határozták meg. A teszthálózat 1979-ben trilaterációs hálózatként került meghatározásra, és két, egymástól 168 m-re lévő pillére között elektrooptikai távmérőműszerek periodikus hibáinak meghatározására is alkalmas alapvonal létesült, ahol a kilencvenes évek elejéig kalibrálásokat végeztünk.

Gödöllőn az 1940-ben meghatározott Országos Összehasonlító Alapvonal mellett 1986–87-ben létesült a Väisälä fényinterferométeres meghatározású Országos Geodéziai Alapvonal, mely alapján 1989-ben az Országos Mérésügyi Hivataltól (OMH) feljogosítást kaptunk a külső felek részére történő kalibrálásra. Ez a feljogosítás a Mérésügyi Törvény megjelenéséig, illetve az akkreditálási rendszer beindításáig volt érvényben. Az alapvonal rendszeres ellenőrzése és karbantartása után 1999-ben újramértük az alapvonalat, és nagyon kedvező eredményeket kaptunk.

1999. december 10-én adtuk be a FÖMI K-GEO kalibráló laboratórium akkreditálási kérelmét a NAT-hoz. 2000. június elején kaptuk meg a Minőségügyi Kézikönyv bírálatát. Az észrevételek kijavítása után július 24-én megtörtént a laboratórium helyszíni szemléje. Az itt felvett részjelentés nem megfelelőségeinek kijavítása után a Metrológiai Szakmai Akkreditáló Bizottság tárgyalta a kérelmünket, és további javításokat írt elő. Ennek lényege az EA-4/02 dokumentum követelményeinek maradéktalan betartása, a geodéziában, illetve a metrológiában elterjedt terminológiák közötti ellentmondás (pl. nem középhiba, hanem mérési bizonytalanság) áthidalása annak érdekében, hogy a laboratórium az akkreditálás után metrológiai szempontokból is értékelhető kalibrálási tevékenységet folytasson.

A Metrológiai Szakmai Akkreditáló Bizottság 2000. november 24-én határozott a K-GEO Kalibráló Laboratórium akkreditáltságáról. Jelenleg az akkreditált tevékenységi területünk a geodéziai elektrooptikai távmérő műszerek kalibrálási szolgáltatására terjed ki, ±(0,8mm + 0,6 mm/km) legjobb mérési képességgel, tehát alapvonalunkon kalibrálható az a távmérő műszer, melynek középhibája a gyári specifikáció szerint nem jobb, mint  ±(0,4 mm + 0,3 mm/km).

A K-GEO Kalibráló Laboratórium Minőségügyi Kézikönyve

A K-GEO kalibráló laboratórium Minőségügyi Kézikönyve a következő fejezetekből áll:

11.    Minőségpolitika

12.    Minőségbiztosítási rendszer

13.    Szervezet és vezetés

14.    Minőségfelügyelet és a minőségbiztosítási rendszer felülvizsgálata

15.    Berendezések

16.    Visszavezethetőség

17.    Kalibrálási módszerek és eljárások

18.    Laboratóriumi elhelyezés és a környezeti feltételek biztosítása

19.    A kalibrálandó és a kalibrált eszközök kezelése

10.    Nyilvántartások

11.    Kalibrálási jegyzőkönyvek, kalibrálási bizonyítványok

12.    Panaszok és rendellenességek kezelése

13.    Alvállalkozói szerződések kalibrálásra

14.    Külső kiegészítő szolgáltatások

15.    Biztonsági előírások

16.    Külső helyszínen történő kalibrálások

MELLÉKLETEK

    I.    Kalibrálási szolgáltatásokat irányító és végző személyzet

    II.    Kalibrálási szolgáltatásokhoz használt etalonok és mérőeszközök

    III.    Kalibrálási szolgáltatások

1.    Kalibrálási eljárás elektrooptikai távmérőre.

2.    Kalibrálási eljárás GPS vevőkre

Formanyomtatványok:

Kalibrálási nyilvántartási napló

Kalibrálási jegyzőkönyv

Kalibrálási bizonyítvány

    IV.    Módosítási oldal

Elektrooptikai távmérők kalibrálása

A K-GEO laboratórium jelenleg elektrooptikai távmérő műszerek kalibrálására kapta meg a feljogosítást. E tevékenységünk használati etalonja a Gödöllői Országos Geodéziai Alapvonal (1. ábra).

1. ábra

A használati etalonnak egyik, a törvényben előírt követelménye a visszavezetettség, amely alatt a következőt értjük: „Visszavezethetőség egy mérési eredménynek vagy egy etalon értékének az a tulajdonsága, hogy ismert bizonytalanságú összehasonlítások megszakítatlan láncolatán keresztül kapcsolódik megadott referenciákhoz, általában országos vagy nemzetközi etalonhoz.”

Az Országos Geodéziai Alapvonal etalontávolságait Väisälä fényinterferométerrel, tehát egy etalon-távolság optikai sokszorozásával határozta meg a Finn Geodéziai Intézet 1987-ben és 1999-ben. A mérések alapja 2 db 1 m hosszú, gömbsüvegben végződő kvarc etalon, melyeket Németországban, Braunschweigben, a Physikalish Technische Bundesanstalt-nál hitelesítettek, és Finnországban a Turkui Egyetemi Obszervatórium Tuorla laboratóriumában kalibráltak. A magyar Országos Mérésügyi Hivatal ezeket a külföldi hitelesítéseket 1988-ban elismerte, így alapvonalunk közvetlenül a mérési hierarchia csúcsán lévő nemzeti etalon alatt helyezkedik el. Az alapvonal pillérei két részből állnak. Az 5 m mély, 50 cm átmérőjű fúrt lyukba csömöszölt beton pillérben található a földalatti pontjel és felette az 1,5 m mélyalapozású pillér 80×60 cm-es fejezetén a felhasználói pontjel. A talajmechanikai hatások miatt a pillérek stabilitását vagy az etalon-távolságokat rendszeresen szintezéssel, vetítéssel és távolságméréssel ellenőrizzük.

Az 1999-es Väisälä mérések az 1987-es méréshez viszonyítva a földalatti jelek közötti távolságok változására pár század mm-es, a felhasználói pontjelek között pár tized mm-es változást adtak.

A 2. ábrán az 1987–99-es időtartamra bemutatjuk az etalon távolságok Mekométer-5000-el végzett ellenőrző méréseit, ami jó összhangban van a 99-es Väisälä méréssel.

2. ábra

A Gödöllői Országos Geodéziai Alapvonalon a távmérőkalibrálást a geodéziai nemzetközi gyakorlatnak megfelelően Schwendener módszerrel, a pilléreken lévő felhasználói pontjelek között minden kombinációban végrehajtott távolságmérésekkel végezzük (3. ábra).

3. ábra

A kalibrálás eredménye az etalon távolságok mért és helyes értékeinek különbségeként kapott hiba az eredő kiterjesztett bizonytalansággal, valamint a műszer összeadó és szorzó állandója középhibáikkal együtt, amit kiegyenlítő számítással határozunk meg. A kalibrálás eredményéről kalibrálási bizonyítványt adunk ki, és a felhasználó az eredmények birtokában dönt a műszer használhatósági köréről.

GPS kalibrálás

Jelenleg a GPS kalibrálási tevékenységünk akkreditálásán fáradozunk.

A K-GEO laboratóriumban a GPS berendezések kalibrálását a KGO főépületének tetején kiépített kalibráló hálózatra támaszkodva végezzük. A kalibráló hálózat sematikus vázlatát a 4. ábra tartalmazza.

4. ábra

A hálózat központi pontja a PENC nevű, 1990-ben állandósított pillér, amely alappontja a Nemzetközi GPS Szolgálatnak (IGS), illetve az Európai permanens GPS hálózatnak (EUREF). Erre a pillérre kényszerközpontos csatlakozással rögzítettük a penci permanens GPS vevő antennáját. PENC pont koordinátáját naponta meghatározzák az IGS és az EUREF feldolgozó központokban. Az eredmények nyilvánosak, megtekinthetők az amerikai JPL és az EUREF honlapjain. A koordináták napi meghatározása ellenőrzést nyújt a GPS műholdak pálya és vezérlő szegmenseinek hibátlan működésére.

PENC pillértől a kalibrációs hálózat pontjaira mutató vektorok vízszintes komponenseinek értékét Wild Di-2002 (Distomat) típusú távmérővel határoztuk meg. A pontok magasságát Leica NA3003 digitális szintezőműszerrel és a hozzátartozó, vonalkódosztású, invárbetétes szintezőléccel mértük meg.

A kalibráló hálózat pontjainak mozdulatlanságát rendszeres időközönként (évente) végzett mérésekkel ellenőrizzük. Az ellenőrző méréshez használt távmérő műszer mérési képessége 100 m alatt közel egy nagyságrenddel múlja felül a GPS technika mérési képességét.

A kalibráláskor a PENC ponton elhelyezett permanens GPS vevővel és a hálózat egyik kényszerközpontos pontjelén elhelyezett kalibrálandó GPS vevővel L1 frekvencián meghatározzuk PENC – 200x vektort, és komponensenként képezzük a helyes értéktől való eltéréseket. Az egyórás mérést 24-szer megismételjük. A kalibrálandó berendezés mérési adatait kiolvassuk a vevőből, majd hozzáolvassuk a permanens állomás mérési adatait.

Ezután a kalibrálandó berendezéshez tartozó vektorszámító szoftverrel periódusonként kiszámítjuk a kalibrációhoz felhasznált vektor észak, kelet és magasság irányú komponenseit. A kiértékelést PENC permanens állomás adataival végezzük, mivel a meghatározandó vektor egyik végpontja a penci permanens állomás. A RINEX formátum ismerete általános követelmény.

A kalibrálás eredménye:

–    24 db eltérésvektor, melyeket a mért értékek és a helyes érték különbségeként kapunk,

–    a rendszeres hiba, melyet a mért értékek átlaga és a helyes érték különbségeként kapunk (komponensenként),

–    a mért vektor standard bizonytalansága (komponensenként),

–    az eredő kiterjesztett bizonytalanság (komponensenként).

A kalibrálási bizonyítvány tartalmazza az eltérésvektorok grafikus megjelenítését, komponensenként a rendszeres hibát, a mérés standard bizonytalanságát, az eredő kiterjesztett bizonytalanságot (komponensenként), valamint az etalon vektor – a kalibrált műszerekkel történő – reprodukálásának eredő kiterjesztett bizonytalanságát.

A K-GEO kalibráló laboratórium felkészülten várja tehát a távmérő műszerek és remélhetőleg rövidesen a GPS-berendezések tulajdonosainak jelentkezését, hogy kalibrált műszereikkel elláthassák mindazon geodéziai mérési feladatokat, amelyeknek joghatással járó következményei vannak.

Irodalom

1.    J. Kääriäinen, R.Konttinen, Zs. Németh: The Gödöllő Standard Baseline, Publications of the Finnish Geodetic Institute, No.109. Helsinki, 1988.

2.    J. Jokela, M. Poutanen, Zs. Németh, G.Virág: The Remasurement of the Gödöllő Standard Baseline, Helsinki (megjelenés alatt).

3.    K-GEO Kalibráló Laboratórium Minőségügyi Kézikönyve, 1999. Budapest.

4.    Borza T.-Kenyeres A.: A geodéziai GPS vevők és antennák kalibrálása a FÖMI KGO-ban. Geomatikai közlemények III, MTA GGKI, Sopron, 2000.

5.    Bogdán I.: Régi magyar mértékek, Budapest, Gondolat Kiadó, 1987.

The K-GEO Accreditated Calibration Laboratory

Zs. Németh, G. Virág, T. Borza
Summary

The K-GEO Calibration Laboratory was accreditated in November 2000 by Hungarian Accreditation Board. The scope of accreditation is the calibrations of EDM instruments on the Gödöllő Standard Baseline. This year the accreditation of GPS calibration is in progress.