geodezia_v_voprosakh_i_otvetakh

или изменяя высоту прибора. В любом случае все отсчеты по рейке должны контролироваться избыточными измерениями.

4.11. В чем особенность устройства нивелиров с компенсаторами?

В настоящее время в строительном производстве нашли широкое применение нивелиры с компенсатором. У этих нивелиров визирная ось зрительной трубы устанавливается в горизонтальное положение не с помощью цилиндрического уровня, а с помощью специального устройства, называемого компенсатором. Наиболее удачной конструкцией в этой группе из отечественных приборов является нивелир Н-3К (рис.4.10.),

Рис.4.10. Нивелир Н - 3К

выпускаемый в настоящее время УОМЗ под маркой 3Н-3КЛ (рис.4.1).

Внешний вид этого нивелира практически ни чем не отличается от нивелира Н-3. Та же зрительная труба 2, состоящая из объектива 1, окуляра 3, круглого уровня 4, подставки с тремя подъемными винтами 5, наводящего винта 6 с бесконечной резьбой, что выгодно отличает его от нивелира Н-3. Зрительная труба нивелира Н-3К ломанная в виду того, что перед сеткой нитей 5 (рис.4.11) помещен маятниковый компенсатор. Перемещением фокусирующей линзы 2 достигается возможность изменения фокусного расстояния и резкого изображения делений на рейке независимо от расстояния от нее до нивелира.

На рис.4.11. представлен разрез зрительной трубы, на котором хорошо видно устройство компенсатора. Он состоит из подвижной прямоугольной призмы 3 и неподвижной прямоугольной призмы 4.

Подвижная призма подвешена на четырех скрещенных нитях. Отражающие грани обеих призм расположены под углом 450 к горизонтальному лучу, проходящему через центр объектива. Наклон трубы на небольшой угол (не более 15′) вызовет наклон отражающей грани призмы 3. В это время отражающая грань призмы 4 наклонится на такой же угол, но в противоположном направлении по отношению к наклону призмы 3. Тем самым будет компенсирован угол наклона визирной оси, а

61

следовательно, отсчет по рейке будет соответствовать горизонтальному положению визирной оси.

Рис.4.11. Оптическая схема зрительной трубы Н-3К

Следует помнить, что компенсатор способен компенсировать только небольшие углы наклона зрительной трубы. Поэтому у данного класса нивелиров круглый уровень является основной частью нивелира по сравнению с уровненным.

4.12.В чем отличие лазерных нивелиров от традиционных?

В последнее время в мировой практике геодезического приборостроения, в том числе и в нашей стране, ведутся работы по созданию нового поколения нивелиров – лазерных. Уже первые модели таких приборов показали высокую эффективность их применения в строительстве за счет повышения производительности труда и точности установки конструкций в проектное положение. Применение лазерных нивелиров позволяет в значительной степени автоматизировать процесс измерения, а следовательно исключить многие личные погрешности наблюдателя.

Простейшими приборами такого класса являются лазерные нивелиры семейства «Лимка» (рис.4.12).

а)

б)

в)

Рис.4.12. Лазерные нивелиры серии «Лимка» а)«Лимка» - Зенит; б)«Лимка» - Горизонт КЛ; в)«Лимка» -Горизонот 1Л

Одним из серьѐзных недостатков лазерных нивелиров такого класса является большое расхождение лазерного пучка, что приводит к

62

значительному диаметру светового пятна. Так на расстоянии 50 метров он равен 5 мм. Учитывая, что центр пятна определяется визуально, точность отсчета по рейке не высока.

Более совершенными по конструкции и не уступающие по точности уровневым нивелирам, являются лазерные нивелиры Beniamin и SOKKIL.

Рис.4.13.Лазерные нивелиры Beniamin и SOKKIL

Beniamin, ротационный лазерный нивелир. Он предназначен для построения как горизонтальной, так и вертикальной плоскости. Прибор излучает красный лазерный луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Один из лучей, вращаясь, образует видимую лазерную плоскость, а второй луч проецирует видимую перпендикулярную линию. Специальный трегер позволяет устанавливать прибор в горизонтальное положение и задавать вертикальную плоскость.

Лазерный нивелир SOKKIL относится к точным нивелирам. Он предназначен для построения горизонтальной плоскости с невидимым лазерным лучом. В комплекте с нивелиром поставляется нивелирная рейка, на которой имеются лазерные датчики. Нивелир снабжен точными маятниковыми компенсаторами и имеет встроенную функцию автоматического отключения при наклоне, превышающем пределы компенсации.

Особую группу лазерных нивелиров составляют цифровые нивелиры. В них используется специальное устройство с зарядовой связью (ССД) для снятия отсчета по штриховому коду, нанесенному на рейку. Отсчет обрабатывается встроенным процессором. Цифровой дисплей снижает вероятность снятия неверного отсчета и исключает личные ошибки наблюдателя. На рис. 4.14 представлен один из цифровых нивелиров SDL30M. Он позволяет измерять превышения с использованием фиберглассовых реек с точностью 1 мм на 1 км двойного хода. Точность измерения расстояния составляет 1 см на 10 м. К особенностям такого нивелира можно отнести: небольшой вес 2.4 кг; жидкокристаллический дисплей с подсветкой; порт для подключения электронного полевого журнала; память на 2000 измерений; аккумулятор стандарта цифровых камер.

63

Рис.4.14. Цифровой нивелир SDL30M и рейка с RAB кодом

Рис.4.15. Цифровой нивелир DINI 22

На рис.4.15. представлен один из самых современных цифровых нивелиров. Для измерения превышения оператору достаточно навести прибор на рейку, сфокусировать изображение и нажать на клавишу. Прибор выполнит измерение, отобразит на экране значения отсчета по рейке, а также расстояние до нее. Прибор позволяет передавать результаты измерения в режиме on-line, прост в управлении, имеет большой графический дисплей и порт для соединения его с персональным компьютером.

64

4.13. Расскажите подробнее о методике измерения превышений способами нивелирования «вперед» и из «середины»?

Рис.4.16. Нивелирование из середины

Рис. 4.17. Нивелирование вперед

При измерении превышения способом из середины нивелир устанавливают между закрепленными точками А и В (не обязательно в створе) так, чтобы d1 = d2. На точках А и В, закрепленных деревянными кольями или металлическими штырями, отвесно устанавливают рейки черными сторонами к нивелиру. Зрительную трубу наводят на рейку, установленную на точке А, (условно называемую задней рейкой), элевационным винтом совмещают изображения концов пузырька уровня и по основной горизонтальной нити снимают отсчет по рейке ач.

Открепляют закрепительный винт трубы и наводят ее на рейку, установленную на точке В (передняя рейка). Приведя пузырек цилиндрического уровня элевационным винтом в нуль – пункт, снимают отсчет вч. Разность между отсчетами на заднюю и переднюю рейку даст превышение hав между точками А и В по черной стороне рейки

hч =aч – bч.. (4.5)

Данное превышение получено без контроля. Любая грубая ошибка в отсчетах по рейке или даже в вычислении останется не замеченной. Поэтому методикой предусматривается выполнение избыточных

65

измерений по красным сторонам реек, но отсчет снимают сначала по рейке в точке В, а затем в точке А. Правильность отсчетов проверяется вычислением пятки рейки и сравнением ее с действительной. Отличие не должно превышать 4 мм.

Вычисляют превышение как разность отсчетов по задней (точка А) и передней рейке (точка В).

hкр = aкр – bкр..	(4.6)
Превышения, вычисленные по формулам (4.5)	и (4.6) не должны

отличаться более чем на 4 мм. В противном случае измерения повторяют.

При нивелировании способом вперед нивелир устанавливают над точкой А, или близко к точке А. Приводят его в рабочее положение и измеряют высоту инструмента iч, т.е. отвесное расстояние от точки А до центра окуляра. На точке В отвесно устанавливают рейку черной стороной

к нивелиру и снимают отсчет по рейке bч. Тогда
hч = iч – bч .	(4.7)
Для контроля измеряют высоту прибора iкр	и снимают отсчет по

красной стороне рейки bкр. Вычисленное избыточное превышение равно

hкр = iкр – bкр .

(4.8)

Превышения hч и hкр не должны различаться более чем на 4 мм. В противном случае измерения повторяют.

Примечание: Высоту нивелира как по черной стороне рейки, так и по красной желательно измерять той же рейкой, по которой снимают отсчет на точке В. В отдельных случаях избыточное измерение выполняют при другой высоте прибора снова по черной стороне рейки.

4.14. Что такое репер?

Репер – геодезический знак нивелирной сети, закрепляющий точку с известной высотой. По способу закрепления реперы подразделяются на глубинные (рис.4.18,а), грунтовые (рис.4.18,б) и стенные (рис.4.18,в).

Глубинный репер устанавливается на строительной площадке для наблюдений за осадками сооружений. Чтобы в период наблюдений его положение оставалось постоянным, репер закладывают на большую глубину так, чтобы его нижняя часть касалась коренных пород. Репер состоит из головки 2, базы b и защитного устройства 1. Головку изготавливают из бронзы или нержавеющей стали. База представляет собой трубу, зацементированную в скальный грунт, или сваю, забиваемую в песчаный или глинистый грунт. Защитное устройство предназначено для изоляции базы от воздействия окружающей среды. Над реперной головкой устанавливают чугунный колпак с крышкой. Люк заполняют опилками или шлаком до уровня реперной головки.

66

Рис. 4.18.Виды реперов: а) глубинный репер; б) грунтовый репер; в) стенной репер

Грунтовый репер – предназначен для закрепления точек нивелирной сети. Он закладывается в грунт ниже границы промерзания. Он может быть изготовлен или в виде железобетонного монолита, или отрезка рельса, или трубы с якорем в основании. В верхней части крепится полусферическая марка. Головка репера должна находиться на 0,5 м ниже поверхности земли.

Стенной репер закладывается на городской территории в цоколи каменных зданий и сооружений, обеспечивающих постоянство положения по высоте. На выступающей части имеется сектор с ребром, на который устанавливают рейку в процессе нивелирования.

Кроме перечисленных реперов, закрепляющих точку с известной высотой в нивелирных государственных геодезических сетях, имеется еще строительный репер. Он необходим только на период строительства и представляет собой железобетонный пилон, закладываемый в грунт на глубину 1,2 – 1,5 м. На строительной площадке должно быть не менее трех строительных реперов.

4.15. Что такое горизонт инструмента и в каких случаях его вычисляют?

Высоту Н точки В можно вычислить или через измеренное превышение, или через горизонт инструмента (прибора). В первом случае высота точки В (Нв) равна

НВ=НА + hАВ. .	(4.9)
Во втором случае сначала вычисляют	горизонт инструмента,-

высоту визирного луча над уровнем Балтийского моря, как ГИ = НА+а1

при нивелировании из середины или ГИ = НА+ i при нивелировании способом вперед. Зная горизонт инструмента, высота точки НВ в этом случае равна

НВ = ГИ – в1.	(4.10)
	67

при любом способе нивелирования.

Для контроля вычислительного процесса рекомендуется горизонт инструмента вычислять как для черной стороны рейки, так и для красной стороны. Расхождение не должно превышать 5 мм.

С точки зрения вычислительного процесса, нет разницы, как вычислять высоту точки В. Горизонт инструмента, как правило, применяют в тех случаях, когда с одной станции нивелируют несколько точек, например, при нивелировании по квадратам.

4.16. Перечислите погрешности, влияющие на точность геометрического нивелирования?

Анализ погрешностей геодезических измерений всегда необходимо связывать:

с технологией измерений;

с точностными характеристиками измерительного прибора;

с внешними условиями, в которых выполняют измерения;

с квалификацией специалиста, выполняющего измерения;

с изменением параметров измеряемого объекта.

Рассмотрим анализ погрешностей измерения превышения способом нивелирование вперед (рис. 4.19). Установив нивелир на точке А и приведя его в рабочее положение, измеряют высоту прибора, то есть расстояние от центра окуляра до закрепленной точки на местности по отвесной линии. Это измерение содержит погрешности, связанные с отождествлением центра окуляра зрительной трубы; с глазомерным определением доли сантиметрового деления на рейке; с отклонением рейки от вертикального положения; с погрешностями нанесения на рейку делений.

Все перечисленные погрешности имеют как случайный, так и систематический характер. Выразить их в виде какой – либо математической зависимости не представляется возможным, да и необходимость этого отсутствует. Известно, что глаз человека способен уверенно делить отрезок на десять частей. Следовательно, среднюю квадратическую погрешность непосредственного отсчета по рейке можно принять mi =1 мм. Что касается точности нанесения делений на рейку, то перед работой она должна быть компарирована и, если погрешности нанесения делений выше установленных допусков, рейка не должна использоваться для измерений.

Следующий этап, – это приведение пузырька цилиндрического уровня в нуль – пункт. Точность выполнения этой операции также, в основном, зависит от совершенства органов чувств наблюдателя. Так как, симметрия концов пузырька уровня относительно нуль пункта определяется на глаз, то, следовательно, зависит от остроты зрения; от чувствительности пальцев рук при вращении элевационного винта; от качества шлифовки внутренней поверхности ампулы; от температуры окружающего воздуха.

68

Рис.4.19. Нивелирование способом вперед

В любом случае погрешность установки пузырька уровня в нуль пункт составляет mур=0,5 " для простого уровня (3Н5Л) и 0,15 " для контактного уровня (Н-3), где "- цена деления цилиндрического уровня.

Погрешность приведения пузырька уровня в нуль пункт вызовет отклонение визирной оси от горизонтального положения и, следовательно, погрешность в отсчете по рейке. Она зависит от удаления рейки от

нивелира и ее можно вычислить по формуле
	mo= 0,5 "d/ρ″ мм. для нивелира 3Н5Л	(4.11)
и	mo=0,15 " d/ρ″ мм для нивелира Н-3	(4.12)

Цена деления уровня нивелира 3Н5Л равна "= 45". При расстоянии от нивелира до рейки d = 150 м (техническое нивелирование) получим mo= 16,1 мм.

Так как погрешность установки пузырька уровня в нуль пункт является случайной, то и погрешность в отсчете по рейке также носит случайный характер. Но она линейно зависит от удаленности рейки от нивелира, а значит, для ослабления ее необходимо стараться нивелировать короткими плечами.

Следующая операция нивелирования это снятие отсчета по рейке. Погрешность отсчитывания зависит от многих факторов. Часть из них перечислена при измерении высоты прибора. Повторим их и здесь. Прежде всего, это глазомерное определение доли сантиметрового деления. Она в значительной мере зависит от остроты зрения наблюдателя; от увеличения зрительной трубы; от удаленности рейки от нивелира; от прозрачности атмосферы; от фона, на который проектируется изображение рейки; от точности нанесения делений на рейке; от погрешности установки рейки в отвесное положение; от квалификации специалиста.

В учебниках по инженерной геодезии можно найти эмпирические формулы, отражающие зависимость в отсчете от некоторых факторов. Использовать их для расчетов необходимо крайне осторожно, так как, в

69

основном, величина погрешности связана с личными факторами наблюдателя и внешними условиями.

Для ослабления погрешности отсчета по рейке необходимо нивелировать короткими плечами в часы спокойного состояния атмосферы. В высокоточных нивелирах предусмотрены специальные микрометры для измерения доли цены деления рейки.

Особое внимание следует обращать на отвесность рейки. При проекции сетки нитей на самый верх рейки данная погрешность может привести к недоброкачественным результатам измерений. Так при наклоне рейки в 5º и отсчете по рейке равном 3000 мм, погрешность составит 12 мм. Поэтому на практике, при отсутствии на рейке уровня, ее рекомендуется покачивать в плоскости створа линии таким образом, чтобы она проходила через отвесное положение. В это время наблюдатель видит минимальный отсчет по рейке, который записывает в журнал.

Особо большую погрешность на отсчет по рейке оказывает невыполнение главного геометрического условия. Добиться идеального выполнения главного геометрического условия не удается даже тщательной юстировкой. Считается, что если величина не параллельности визирной оси и оси цилиндрического уровня не превышает η"≤10″, то условие выполняется. Но такой погрешности при расстоянии от нивелира до рейки 150 м соответствует погрешность в отсчете по рейке 7,3 мм. При нивелировании способом вперед эта погрешность носит систематический характер и полностью войдет в измеряемое превышение. Для ослабления влияния этой погрешности на точность измерения превышения необходимо нивелировать способом из середины. Выше доказано, что в этом случае погрешность полностью исключается.

Допустимую разность длин плеч при заданной точности измерений

можно вычислить по формуле
∆d ≤ mη" ρ" / η",	(4.13)

где: ∆d – разность длин плеч,

mη" –погрешность в отсчете по рейке, вызванная не выполнением главного геометрического условия.

Если задаться mη ≤ 1 мм и η = 10″, получим ∆d = 20 м. Используя данную методику можно всегда выбрать правильный путь для повышения производительности труда без ущерба для точности измерительных работ.

При нивелировании способом вперед на точность измерения превышения оказывает влияние кривизна Земли (рис.4.20). Если принять Землю за шар, то визирный луч является линией, касательной к этой поверхности. Рейки, установленные в точках А и В будут направлены по радиусам сферы (Земли). Если бы визирный луч шел по дуге окружности земного шара, то формула вычисления превышения h = a - b была бы полностью справедлива. Так как он является касательной к этой окружности, то отсчеты по рейкам будут содержать погрешности Δa и Δb.

70