Нивелирование

Нивелирование – процесс определения превышений между точками, выполняемый для последующего вычисления отметок (высот) точек в абсолютной или относительной системе высот.

В настоящее время для измерения превышений в геодезии используются как отечественные, так и зарубежные нивелиры.

Рис. 33. Нивелир SOKKIA

В государственных опорных высотных сетях используются приборы следующих типов: Н05, Н1, 3Н2КЛ, соответствующие им по классу точности немецкие Ni003, Ni005, Ni007, японские SOKKIA оптические (В1, В20) и цифровые (SDL30M, рис. 33), а также цифровые Trimble серии DiNi 12/12T/22. Эти приборы высокопроизводительны и позволяют измерять превышения на 1 км двойного хода с точностью ± 0,2 – 1 мм.

Электронный нивелир SDL30M сочетает удобство и простоту эксплуатации и легкость в освоении. Для выполнения измерений пользователю достаточно навестись на рейку, и нажать всего одну клавишу, после чего SDL30M вычислит превышение и измерит расстояние. Результаты измерений выводятся на экран и могут быть сохранены в памяти прибора. SDL30M неприхотлив к условиям наблюдений и может использоваться в неблагоприятных условиях, таких как неравномерное освещение, конвекционное движение воздуха и вибрация. В цифровом нивелире SDL30M используется устройство с зарядовой связью (CCD) для взятия отсчета по специальному штриховому коду. Такие измерения исключают возможность взятия неверного отсчета и личных ошибок наблюдателя. Для работы с SDL30M используются прочные фибер-гласовые рейки со специальным штриховым RAB-кодом. SDL30M позволяет выполнять измерения не только по штрих-кодовой рейке, но и по обычной нивелирной рейке, что значительно расширяет возможности использования прибора.

Внутреннее программное обеспечение: вынос в натуру отметок и расстояний, вычисление отметок, проложение нивелирного хода.

Благодаря передовым технологиям и удобному интерфейсу электронные нивелиры DiNi позволяют повысить производительность и качество выполняемых работ. Поскольку цифровые нивелиры считывают и сохраняют данные в цифровом виде, то ошибки наблюдателя исключаются. Возможность измерения расстояний нивелирами DiNi предоставляет быстрый способ выравнивания плечей. Электронные нивелиры DiNi 12 и DiNi 12T являются идеальным средством для точных измерений превышений и расстояний. DiNi 12T отличается от DiNi 12 наличием горизонтального лимба для измерения углов. Приборы DiNi 12 и DiNi 12T позволяют вычислить и уравнять полученные нивелирные ходы. Цифровой нивелир DiNi 22 (рис.34)разработан для задач менее требовательных к точности. Это измерение направления и координат в локальной системе (координаты точки стояния принимаются за 0).

Внутреннее программное обеспечение: вынос в натуру отметки, проложение нивелирного хода, уравнивание хода (кроме DiNi 22), режим электронного тахеометра для определения координат (только DiNi 12T).

Ротационный лазерный нивелир с электронным автоматическим компенсатором и видимым лазерным лучом, который с достаточно высокой точностью позволяет построить вертикальную или горизонтальную плоскость. МР40С одинаково эффективно используется при внутренних и наружных строительных и отделочных работах. В приборе реализованы функции ручного горизонтирования, сканирования и развертки, а также функция "Tilt",

позволяющая контролировать горизонт инструмента при особо точных работах.

Дистанционное управление прибором выполняется с помощью устройства TRG-R80,которое является одновременно приемником излучения и пультом дистанционного управления.

Конструкция нивелира должна допускать быструю и надежную установку визирной оси трубы в горизонтальное положение. Нивелиры, так же, как и теодолиты, прикрепляются к штативу при помощи станового винта. Устройство точного нивелира Н3 показано на рис.35.

Рис. 35. Нивелир Н3. 1 – уровень при зрительной трубе с системой призм, 2 – визиры, 3 – закрепительный винт, 4 – элевационный винт, 5 – установочная пластина, 6 – подъемные винты, 7 – подставка, 8 – круглый уровень, 9 – наводящий винт, 10 – крепление зрительной трубы к подставке, 11 – юстировка изображения (резкость), 12 – объектив зрительной трубы, 13 – зрительная труба с уровнем.

Неотъемлемой частью нивелирного комплекта являются нивелирные рейки. Для контроля отсчетов применяются двусторонние рейки. На этих рейках сантиметровые деления нанесены на обеих сторонах: на одной стороне деления попеременно окрашены белой и черной краской, на противоположной – белой и красной. В соответствии с этим одна сторона рейки называется черной, другая - красной. Деления по черной стороне рейки наносятся от нуля, соответствующего пятке рейки. С красной стороны пятке рейки соответствует другой отсчет, например 4700.

Рис. 37. Рейка

Рис. 36. Сетка нитей

Важной частью зрительных труб является сетка нитей (рис.36), которая служит для точного наведения на визирные цели. Она состоит из совокупности горизонтальных и вертикальных штрихов, нанесенных на стеклянную пластинку. Вертикальный штрих служат для наведения на цель, горизонтальные – для отсчета по рейке. Отсчеты по рейке производятся при помощи горизонтальной нити сетки с точностью до одной десятой наименьшего деления (рис. 37).

Рассмотрим наиболее важные поверки нивелиров.

1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира.

Чтобы проверить параллельность осей, выполняют следующие действия: пузырек круглого уровня приводят подъемными винтами на середину; верхнюю часть нивелира поворачивают на 180°. Нивелир считается исправным, если пузырек остался в центре, неисправным, если пузырек сместился.

Для устранения этой неисправности ось вращения нивелира приводят в отвесное положение, перемещая пузырек к центру на первую половину дуги отклонения исправительными винтами уровня, на вторую половину – подъемными винтами.

2. Горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна оси ращения нивелира. Это условие гарантируется заводом-изготовителем прибора, но небольшое исправление и доводка могут быть выполнены исполнителем.

Поверку выполняют в такой последовательности: ось вращения нивелира приводят по круглому уровню в отвесное положение; на расстоянии 20...30 м от нивелира устанавливают рейку; наводят левый конец средней горизонтальной нити на рейку и берут отсчет, перемещают винтом трубу в горизонтальной плоскости до пересечения правого конца средней горизонтальной нити и берут отсчет. Если нивелир исправен, отсчет по рейке не изменится или изменится в пределах 1 мм, если неисправен - изменится более чем на 1 мм.

Чтобы устранить неисправность, ослабляют исправительные винты сетки и развертывают диафрагму с сеткой нитей за счет люфта винтов.

3. Визирная ось нивелира должна быть параллельна оси цилиндрического уровня.

Для выполнения поверки производится двукратное нивелирование реперов, расстояние между которыми должно быть не менее 100м. В первом случае прибор устанавливается в середину, что достигается либо с помощью нитяного дальномера, либо рулеточными промерами. Измеряется превышение h = a – b.

В данном случае значение h близко к истинному, так как непараллельность визирной оси к горизонту в равной степени сказывается на отсчетах a и b.

Во втором случае прибор устанавливается вблизи одного из реперов (метрах в 2 - 3) произвольно и снова измеряется превышение

h ^/ = a ^/ – b ^/.

Однако, в данном случае, превышение h ^/ уже содержит погрешность Dх = х^/а - х^/^b непараллельности визирной оси прибора к горизонту, что хорошо видно на рис. 38. Эта погрешность на практике называется «иксовкой» нивелира. Для наиболее распространенных, и, вполне точных и надежных нивелиров Н - 3, эта величина (Dx) не должна превышать 4 мм.

Исправление, в случае необходимости, выполняется следующим образом. По имеющемуся правильному измерению из середины, вычисляют требуемый отсчет на дальнюю рейку при втором измерении:

b ₂^тр = а ^/ - h _1-2 Рис. 38. Поверка ”х”

и устанавливают этот отсчет с

помощью элевационного винта прибора, а если его диапазона не хватает, тодоводят до требуемой величины исправительными винтами сетки нитей. После этого, исправительными винтами цилиндрического уровня выводят пузырек на середину. Выполнив исправление, повторяют поверку до получения «иксовки» менее 4 мм.

Геометрическое нивелирование по сравнению с другими видами нивелирования является наиболее точным. Оно осуществляется посредством отсчетов при помощи горизонтального луча визирования по вертикально поставленным в данных точках рейкам. При геометрическом нивелировании применяются нивелиры, конструкция которых такова, что он обеспечивает горизонтальность визирного луча.

Пусть требуется определить превышение точки В над точкой А (рис. 39). С этой целью установим нивелир посередине между точками А и В и поставим на них рейки Р _Аи Р _В. Нивелирование ведется в направлении от точки А к точке В, поэтому рейка Р _А будет задней (Р _Аз), а рейка Р _В- соответственно передней (Р _Вп).

Тогда отсчет по задней рейке будет выражаться числом а, по передней - числом b.

Рис. 39. Геометрическое нивелирование

Из рисунка видно, что превышение равно:

h = a - b.

Таким образом, можно сделать вывод, что превышение между точками равно разности отсчетов по рейкам, установленным на этих точках.

Если расстояние между точками значительно или превышение между ними настолько велико, что с одной станции нивелирование произвести невозможно, то оно осуществляется путем ряда последовательных установок прибора. Превышение конечной точки над начальной равно сумме превышений или сумме задних отсчетов без суммы передних.

Если абсолютная отметка H _А точки А известна, то

Н _В = Н _А+ h.

Для научных и практических целей на земной поверхности создана сеть надежно закрепленных точек, абсолютные отметки которых определены с высокой точностью.

Тригонометрическое нивелирование выполняется при помощи наклонного визирного луча теодолита или тахеометра и предназначено для определения превышений между точками в тех случаях, когда применение геометрического нивелирования затруднительно и не обусловлено требованиями высокой точности или вовсе невозможно. Такие условия возникают в тех случаях, когда превышение имеет большое значение на ограниченном пространстве, то есть в горной местности, на крутопадающих склонах, наклонных горных выработках и других случаях.

Для определения разности высот (превышения) точек 1 и 2 методом тригонометрического нивелирования необходимо знать расстояние l _1-2 между этими точками и угол наклона δ _1-2 створа этих точек.

В зависимости от типа теодолита применяют различные формулы для вычисления δ. При использовании теодолита Т30 эти формулы выглядят следующим образом

δ = КЛ – М0 = М0 – КП, М0 = ,

где КП и КЛ – отсчеты по вертикальному кругу при круге лево и круге право; М0 – место нуля вертикального круга (отсчет по вертикальному кругу, когда визирная ось трубы параллельна касательной к уровенной поверхности, горизонтальной линии).

Одностороннее нивелирование. Теодолит устанавливается на одну из точек, между которыми определяется превышение (рис.40); на вторую точку устанавливается нивелирная рейка. Берутся отчеты v (по рейке), КП и КЛ (по вертикальному кругу теодолита). Расстояние l измеряется дальномером или рулеткой, а i – рулеткой.

Превышение между точками определяется по формуле