Инженерная геодезия 7 страница

8.4. Измерение неприступных расстояний

При выполнении измерительных работ нередко возникают ситуации, когда та или иная линия не может быть измерена непосредственно (водные преграды, непроходимые болота и т.д.). В этих случаях, в зависимости от того, какими техническими средствами располагает исполнитель (землемерными лентами и рулетками, оптическими теодолитами, светодальномерами, электронными тахеометрами, приборами спутниковой навигации «GPS» и т.д.), неприступное расстояние может быть определено одним из следующих способов: базисов; равных треугольников; прямого промера по оси; наземно-космическим.

Способ базисов состоит в измерении неприступного расстояния с помощью прямой угловой засечки (рис. 52).

На удобных участках местности для производства линейных измерений с использованием землемерной ленты или рулетки от точки А измеряемой линии строят два базиса в₁ и в₂ таким образом, чтобы между ними и измеряемой прямой линией образовались два треугольника с углами при основании не менее 30˚ и не более 150˚. Базисы измеряют землемерной лентой или рулеткой дважды и при допустимых расхождениях в промерах определяют среднее значение каждого из них. Полным приемом теодолита измеряют горизонтальные углы при основаниях полученных треугольников АВС₁ и АВС₂, соответственно γ₁; α₁; γ₂; α₂. По теореме синусов дважды определяют значение искомого неприступного расстояния:

х₁=; х₂=или х₁=; х₂=.

Если относительная погрешность между двумя измерениями не превышает допустимой , то окончательно принимают в качестве искомого результата среднее значение .

β₁

β₂

река

С₁ γ₁

α ₁ α₂С₂

в₁ γ₂

А в₂

Рис. 52. Схема измерения неприступного расстояния

9. Нивелирование и его виды

Нивелирование – это такой вид геодезических работ, при котором определяют абсолютные или условные высоты точек, или превышения между точками. Если высоты точек определяют относительно уровня Балтийского моря (нуля Кронштадского футштока – рейки с делениями на водомерном посту), высоты называют абсолютными (рис. 53), а систему высот Балтийской. В случае, когда за уровенную принимают какую – либо произвольную поверхность, высоты называют условными.

h_АВ

Н_В

Н_А

Уровенная поверхность (уровень Балтийского моря)

Рис. 53. Абсолютные высоты точек, превышение

Н_А, Н_В – абсолютные отметки точек А и В. Абсолютной отметкой точки называется численное значение ее высоты. h – превышение точки В над точкой А.

h = Н_В – Н_А. Превышение может быть со знаком «+» (В выше А) и «-» (В ниже А).

Существует несколько видов нивелирования:

1. Геометрическое (при помощи горизонтального луча визирования).

2. Тригонометрическое (при помощи наклонного луча визирования).

3. Физическое: барометрическое, гидростатическое.

4. Механическое.

5. Азрорадиогеодезическое.

6. Стереофотограмметрическое.

Барометрическое нивелирование выполняется путем измерения барометрами – анероидами давления в точках на физической поверхности Земли, между которыми измеряют превышение. Гидростатическое нивелирование основано на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах (в сообщающихся сосудах уровень жидкости одинаков).

9.1. Сущность и способы геометрического нивелирования

Для выполнения геометрического нивелирования необходимо наличие горизонтального луча визирования и отсчетной шкалы. Горизонтальный луч визирования формирует в пространстве специальный геодезический прибор – нивелир. Согласно ГОСТу 11158-83 выпускают три типа реек: РН-05, РН-3, РН-10 (для соответственно высокоточного, точного и технического нивелирования). Рейка представляет собой деревянную планку с делениями. Рейки изготавливают односторонние и двухсторонние. Последние имеют черную сторону – основную, оцифрованную от 0 мм и красную – контрольную, обычно оцифрованную от 4687 мм или 4700 мм (рис. 57, а, б, в). Разность отсчетов по красной и черной сторонам рейки называется пяткой рейки, которая должна быть постоянна во время измерений (контроль взятия отсчетов).

В зависимости от точности нивелирования применяют штриховые рейки с инварной полосой и круглым уровнем, односторонние, имеющие основную и дополнительную шкалы (РН-05) и шашечные рейки. Комплект штриховых реек состоит из двух трехметровых реек (по 6 кг каждая) и подвесной реечки длиной 1,2 метра. Шашечные рейки изготавливают длиной от 1,5 до 4 – х метров, они бывают складные и нескладные (рис. 57, д). Каждое деление рейки, затененное и белое равно 10 мм, они образуют дециметровые деления, подписанные на рейке. Для нивелирования кроме нивелира и реек используют металлический «башмак» с целью временного закрепления точки для установки рейки.

Различают два способа геометрического нивелирования в зависимости от места установки нивелира: «из середины» (рис. 54) и «вперед» (рис. 55) Расстояние от нивелира до рейки называется длиной визирного луча или «плечом».

задняя рейка передняя рейка

а с В

+20

ГИ

Н_АН₊₂₀Н_В

Уровенная поверхность

Рис. 54. Способ геометрического нивелирования «из середины»

в В

i h

ГИ

Н_А Н_В

Рис. 55. Способ геометрического нивелирования «вперед»

Точка А – исходная, с нее начинают измерения на станции нивелирования, ее называют задней, точка В – определяемая, ее называют передней. Одна установка нивелира называется станцией. Н – отметка точки, h – превышение.

h = задний отсчет – передний отсчет.

По отметке точки А – Н_А и превышению можно вычислить отметку Н_В точки В двумя способами:

1. При помощи превышения Н_В = Н_А + h.

2. Через горизонт инструмента. Выразим h через (а – в)

Н_В = Н_А + а – в. Обозначим ГИ = Н_А + а, тогда Н_В = ГИ – в.

Горизонт инструмента (ГИ) – высота визирного луча над исходной уровенной поверхностью. На данной станции он равен отметке точки плюс отсчет по рейке, установленной в этой точке.

По сложности нивелирование делят на простое и сложное или последовательное.

Простое нивелирование выполняется с одной установки нивелира. Сложное – путем нескольких установок, образующих нивелирный ход (высотный). Оно применяется при определении превышений между точками, расположенными на большом расстоянии друг от друга или намного отличающимися по высоте.

в₄ В

а₃ в₃а₄

в₂h₄

h₃

а₂

в₁h₂h

а₁

h₁ Н_Х2Н_Х3

А Н_Х1

Н_АН_В

Рис. 56. Сложное геометрическое нивелирование

На рисунке 56 (А – Х₁ –Х₂ – … -В) – нивелирный ход. Точки, являющиеся задними и передними, называются связующими. Их нивелируют по двум сторонам рейки.

а – задние отсчеты, в – передние отсчеты. Из рисунка видно:

h₁ = а₁ - в₁,

h₂ = а₂ – в₂,

…………….

h_n = а_n – в_n.

Отметки связующих точек вычисляют следующим образом:

Н_Х1 = Н_А + h₁^испр.

Н_Х2 = Н_В1 + h₂^испр.

………………

Н_n = Н_n-1 + h_n^испр., где h_і^испр. – исправленное среднее превышение (с учетом распределенной невязки, т.е. с учетом поправки).

Если необходимо знать отметку только конечной точки, то

Н_В = Н_А +

Кроме связующих точек на местности могут быть пронивелированы характерные точки рельефа, расположенные между двумя соседними связующими и называемые промежуточными (см. рисунок 54). Нивелирование их производится после взятия отсчетов а и в взятием отсчета с по рейке, установленной в этой точке, только по черной стороне рейки. Отметки промежуточных точек вычисляют через горизонт инструмента по ранее приведенной формуле Н₊₂₀ = ГИ – с.

Точки нивелирования закрепляют постоянными и временными знаками. К постоянным знакам относятся реперы – грунтовые и стенные и нивелирные марки. Грунтовые реперы – это металлические трубы, которые закладывают в пробуренную скважину и цементируют. Реперы, закладываемые на глубину до коренных пород, называются глубинными. При нивелировании определяют отметку верха репера. Стенные реперы цементируют в цокольную часть капитальных сооружений. К временным знакам относятся деревянные и металлические колья (костыли), рис.57, u и «башмаки», рис. 57, ж, з.

Рис. 57. Нивелирные рейки и временные знаки

а) б) в) г)

Рис. 58. Современные нивелирные рейки: а) телескопическая алюминиевая рейка; рейки для цифровых нивелиров: б) инварная рейка с RAB-кодом;

в) фиберглассовая рейка BGS50; г) рейка с BAR-кодом

9.2. Классификация и устройство нивелиров.

Нивелиры классифицируют по двум признакам: по точности и по способу установки визирного луча в горизонтальное положение.

По первому признаку нивелиры делятся на:

1. Высокоточные – средняя квадратическая погрешность на 1 км двойного хода – 0,5 мм. К ним относятся такие марки, как Н-1, Н-2, НС-2, Н-05, 3Н-2 – КЛ. При работе с этими нивелирами допускается длина плеч (расстояние от нивелира до рейки) до 50 метров.

2. Точные – средняя квадратическая ошибка на 1 км двойного нивелирования 3 мм. Примером нивелиров являются марки Н-3, 2Н-3Л, НС-3, НС-4, 3Н – 2КЛ. Допускается длина плеч до 75 – 100 метров.

3. Технические – ошибка 10 мм на 1км двойного хода. К ним относятся такие нивелиры, как НТ, НТС, Н10 и другие. Длина плеч допускается до 100 – 150 метров.

По второму признаку нивелиры различают:

1. Уровенные (с цилиндрическим уровнем, рис. 59).

2. Нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования (с компенсатором).

Основные составные части нивелира (на примере 2Н-3Л, рис. 59):

1 – окуляр, для увеличения изображения цели; 2 – диоптрийное кольцо, для получения четкого изображения сетки нитей; 3 – круглый уровень, для приведения прибора в рабочее положение (приведения основной оси вращения в отвесное положение); 4 – кремальера, для получения четкого изображения цели; 5 – зрительная труба; 6, 9 – подставка, служит основанием прибора, несет вертикальную ось вращения зрительной трубы; 7 – наводящий винт трубы, для точного наведения на цель; 8 - пружина трегера с втулкой служит для закрепления нивелира на штативе становым винтом; 10 – элевационный винт для приведения в нульпункт пузырька цилиндрического уровня; 11 – нониус, для отсчета углов по горизонтальному лимбу при угломерных работах; 12 – объектив, для формирования изображения визирной цели; 13 – механический визир, для приближенного наведения на цель; 14 – цилиндрический уровень, для приведения визирной оси зрительной трубы в строго горизонтальное положение; 15 – исправительный винт уровня при трубе, для исправления положения пузырька цилиндрического уровня; 16 – три подъемных винта для приведения прибора в рабочее положение; исправительные винты круглого уровня, для исправления положения пузырька уровня (на рис. не видны), 17 – лимб, для измерения горизонтальных углов.

2Н-3Л

Рис. 59. Внешний вид нивелира 2Н-3Л

Нивелир 2Н-3Л относится к точным нивелирам. Нивелир 2Н-3Л – 2-ое поколение нивелира Н-3 – точный, с уровнем, элевационным винтом и лимбом, предназначен для измерения превышений, расстояний и горизонтальных углов. Средняя квадратическая погрешность измерения превышения на 1 км двойного хода 2,5 мм. Отличается от предшествующих марок нивелиров (НВ-1, Н-3) отсутствием закрепительного винта трубы, наличием лимба, имеет трубу прямого изображения, современный дизайн.