- •Глава 1
- •1.1. Форма и размеры Земли. Системы координат
- •1.2. Ориентирование линий
- •1.3. Решение прямой и обратной геодезических задач
- •1.4. Государственная опорная геодезическая сеть
- •1.5. Краткие сведения из теории ошибок измерений
- •Глава 2
- •2.1. Масштабы и точность карт и планов
- •2.2. Получение информации об особенностях ситуации и рельефа территории по топографическим картам и планам
- •2.3. Использование старых карт и планов. Российские единицы измерения длин
- •2.4. Цифровые карты, геоинформационные системы (гис) и их использование в деле охраны памятников истории и культуры
- •2.6. Применение топографических карт и планов при разработке градостроительной документации
- •Глава 3
- •3.1. Мерные ленты и рулетки
- •3.2. Приведение длины линии к горизонту
- •3.3. Определение неприступных расстояний
- •3.4. Дальномеры
- •Глава 4
- •4.1. Теодолит. Принцип измерения угла
- •4.2. Теодолиты технической точности и их устройство
- •4.3. Поверки теодолита 4тзоп
- •4.4. Измерение углов теодолитом
- •Глава 5
- •5.1. Виды нивелирования
- •5.2. Сущность геометрического нивелирования
- •5.4. Поверки оптического нивелира
- •5.5. Тригонометрическое нивелирование
Глава 5
Нивелирование
5.1. Виды нивелирования
Нивелирование — это геодезические измерения, в результате которых определяют разности высот точек земной поверхности (превышения), а также высоты этих точек относительно выбранной поверхности. Нивелирование является важной составной частью топографо-геодезических работ.
Высоты (отметки) точек и рельеф местности отображаются на картах и планах и служит основой для архитектурно-строительного проектирования, в том числе для составления проектов вертикальной планировки территории, проектов транспортных сетей и инженерных коммуникаций и др. Без нивелирования нельзя осуществить вынос проекта сооружения в натуру, выполнить обмеры архитектурных комплексов.
В зависимости от применяемых инструментов и методов различают следующие виды нивелирования: геометрическое, тригонометрическое, стереофотограмметрическое, барометрическое, гидростатическое и автоматическое.
Геометрическое нивелирование основано на применении нивелира, который обеспечивает горизонтальное положение линии визирования. Геометрическое нивелирование может быть выполнено также при помощи теодолита-тахеометра.
Тригонометрическое нивелирование производится путем измерения угла наклона визирной линии к горизонту и расстояния между нивелируемыми точками. Углы наклона измеряются теодолитом, расстояния — мерной лентой, дальномером.
Стереофотограмметрическое нивелирование — это определение высот точек местности посредством измерения стереопар аэрокосмических и наземных снимков. Этот вид нивелирования имеет широкое применение, так как аэрофототопографическая съемка в настоящее время является основным методом картографирования территории.
Барометрическое нивелирование основано на определении превышений по разности атмосферного давления в различных по высоте точках местности. Разность давления измеряется с помощью барометров-анероидов с учетом разницы температуры воздуха. Точность определения высот точек
из барометрического нивелирования невысока — от 0,5 до 2 м. Барометрическое нивелирование применяется в основном при рекогносцировочных и изыскательских работах.
Гидростатическое нивелирование основано на свойстве жидкостей в сообщающихся сосудах оставаться на одном уровне. По разности отсчетов шкал двух одинаковых сосудов получается разность высот точек (превышение). Гидростатическое нивелирование применяется для определения небольших превышений при наблюдениях за осадками зданий и промышленных сооружений, при архитектурных обмерах, при монтаже технологического оборудования и др.
Автоматическое нивелирование производится в процессе движения транспортного средства, оборудованного прибором, автоматически вычерчивающим профиль пути и позволяющим определять высоты точек местности.
5.2. Сущность геометрического нивелирования
Геометрическое нивелирование выполняется с помощью нивелира и рейки. Рейки бывают: деревянные, металлические, складные длиной 3—5 метров. Чаще всего рейки имеют сантиметровые деления, подписываются дециметры. Подписи дециметровых делений рейки могут иметь прямое или обратное изображение в зависимости от применяемых нивелиров. Рейки могут быть одно и двухсторонние. На одной стороне двухсторонней рейки нанесены черные деления, на другой — красные. Начало счета черных делений рейки — нулевой отсчет называется «пяткой» рейки. Начальный отсчет красной стороны рейки 4687 или 4787. Рейка устанавливается на точке «пяткой» вниз и приводится в отвесное положение или «на глаз» или с помощью круглого уровня, если на рейке он есть. Отсчет по рейке берется с точностью 1 мм, при этом десятые доли сантиметрового деления оцениваются «на глаз».
Различают два способа геометрического нивелирования: «из середины» и «вперед». При нивелировании «из середины» нивелир устанавливается посередине между точками (не обязательно в створе). Визирная ось инструмента приводится в горизонтальное положение (рис. 35). На точках А и В устанавливаются отвесно рейки. Точка, высота которой известна, называется задней, а точка, высота которой определяется, называется передней. Последовательно визируя горизонтальным лучом нивелира на заднюю и переднюю рейки, определяют отсчеты по рейкам: задний отсчет а и передний отсчет Ь.
Превышение между точками /г вычисляется как разность заднего и переднего отсчетов:
h = а - b.
Превышение h может быть положительным (а>b) или отрицательным (а <b).
Для контроля отсчеты берутся по черной и красной сторонам рейки. Превышение подсчитывается дважды: как разность черных отсчетов и как разность красных отсчетов. По известной высоте точки Л — HА и измеренному превышению /г вычисляется высота точки В — Hв:
H В=HА+h
Способ нивелирования из середины применяется при приложении нивелирных ходов. Этот способ позволяет снизить влияние таких источников погрешностей как: отклонение визирной линии нивелира от горизонтального положения, а также влияние кривизны Земли и рефракции (при равенстве расстояний от инструмента до передней и задней реек погрешности в отсчетах по рейкам одинаковые и при вычитании взаимно уничтожаются).
При геометрическом нивелировании «вперед» нивелир устанавливается над одной из нивелируемых точек (рис. 36). При этом окуляр зрительной трубы нивелира располагается над точкой. В определяемой точке устанавливается рейка. Визирная ось нивелира приводится в горизонтальное положение и направляется на рейку. Берется отсчет по рейке Ъ и измеряется высота инструмента г с точностью 1 мм. Превышение Н подсчитывается из выражения:
h-i-b
Высота точки Нв определяется из выражения: Нв HB= НА+ h
Если с одной станции измеряются высоты нескольких точек, целесообразно выполнять расчет этих высот по гори-
зонту инструмента. Горизонтом инструмента на станции -HГи называется отметка визирного луча нивелира. Очевидно, что Hги определится из выражения:
ГИ=HА+ i Высота определяемой точки Нв равна:
Нивелирный ход
При необходимости передачи высот на большие расстояния прокладываются нивелирные ходы, состоящие из нескольких связанных между собой станций (рис. 37). Путем проложения нивелирных ходов I, II, III, IV классов точности создается Единая государственная нивелирная сеть, являющейся высотной основой всех геодезических работ на территории страны. Пункты государственной нивелирной сети закрепляются на местности постоянными знаками — реперами и марками, их отметки публикуются в специальных каталогах.
Зрительная труба нивелира состоит из объектива и окуляра, между ними перемещается фокусирующая линза. В окулярной части трубы расположена стеклянная пластинка с нанесенной сеткой нитей. Исправительные винты сетки нитей закрыты отвинчивающейся крышкой. Подставка инструмента опирается на три подъемных винта.
Основные оси нивелира: ось вращения инструмента II, визирная VV ось цилиндрического уровня UU и ось круглого уровня II.
Установка нивелира имеет целью привести визирную ось зрительной трубы в горизонтальное положение. Вначале инструмент устанавливается «на глаз» так, чтобы зрительная труба была горизонтальна. Затем при помощи подъемных винтов пузырек круглого уровня приводится в нульпункт. Окончательное приведение визирной оси в горизонтальное положение выполняется непосредственно перед отсчетом по рейке: или путем приведения в нульпункт пузырька цилиндрического уровня, или автоматически — при наличии в приборе компенсатора. Следует иметь в виду, что наличие в конструкции прибора компенсатора значительно повышает производительность работ.
Тип нивелира и его точность определяется по маркировке прибора. Например, точный нивелир ЗН2КЛ — это прибор 3-го выпуска, средняя квадратическая погрешность измерения превышения — 2 мм на 1 км двойного хода, К -имеется компенсатор для приведения визирной оси в горизонтальное положение, Л — имеется лимб для измерения горизонтальных углов.
Основные характеристики некоторых нивелиров приведены в таблице 11.
На производстве применяется точный нивелир ЗНЗКЛ (рис. 40) и ЗН5Л. Широко распространены также нивелиры с цилиндрическим уровнем при трубе: НВ-1 и НЗ. Цилиндрический уровень — контактный. Это значит, что изображения концов пузырька уровня системой призм передается в поле зрения трубы. Когда пузырек цилиндрического уровня находится в нульпункте, изображения концов пузырька совмещены (рис. 41), и визирная ось зрительной трубы находится в горизонтальном положении. При отклонении пузырька уровня от нульпункта концы контактного уровня расходятся. Для приведения пузырька цилиндрического уровня в нульпункт служит элевационный винт. Предварительно необходимо выполнить установку прибора в рабочее положение при помощи круглого уровня и подъемных винтов.
Наряду с оптическими нивелирами производства России и стран СНГ применяются также нивелиры зарубежных
фирм: С-300, С-310, С-320,С-330 (фирма Sokkiа, Япония), N1-30, N1-40, N1-50, N1-005 (Тrimblе) и др.
Цифровые нивелиры отличаются от обычных оптических наличием электронного устройства, снимающего отсчеты по специальной штрих — кодовой рейке. Наблюдатель наводит прибор на рейку, фокусирует изображение и нажимает кнопку. На экране дисплея получается значения отсчета по рейке и расстояния до нее. Применение цифровых нивелиров исключает ошибки в отсчете и существенно повышает производительность труда. Цифровые нивелиры выпускаются рядом зарубежных фирм: нивелир В1№ 22 (Тrimblе)
(рис. 42), 5ВЬ 30 (ЗоШа) и др. Лазерные нивелиры предназначены в основном для выполнения геодезических раз-бивочных, строительно-монтажных и отделочных работ. Лазерный нивелир дает видимый луч и работает без приемника излучения. Прибор незаменим в условиях слабой освещенности, в то же время, при ярком солнечном свете радиус действия видимого луча уменьшается.
Лазерный нивелир Лимка-Горизонт выполнен по конструктивной схеме обычного оптического нивелира. Особенностью прибора является вращение лазерного луча в горизонтальной плоскости. Поворотная пентапризма позволяет строить вертикальные плоскости. Имеется две модификации прибора: Лимка-Горизонт 1Л с лимбом и Л имка-Горизонт КЛ — с лимбом и компенсатором.
Выпускаются также лазерные визиры (насадки): ЛВН 3 и ЛВН 5, которые устанавливаются на оптические нивелиры 2НЗЛ и ЗН5Л соответственно. Использование визиров позволяет проводить геодезические работы в условиях слабой освещенности.