Нивелирование трассы. контрольная работа. геология. 2016-03-06

Тригонометрическая нивелировка

Она построена на принципе использования одного из двух измерительных приборов, тахеометра или теодолита. Для считывания превышения используют угол от горизонта до верхнего края измерительной рейки, а в случае большой удаленности объекта его вершины. К примеру, этим способом измеряют высоты опор линий электропередач. Он хоть и дает незначительную погрешность расчета, но зато позволяет производить расчеты превышений на больших расстояниях и углах рельефа местности.

Формула высоты тригонометрического измерения выглядит так: h = s * tg ν + i – б или h = S * sin ν + i – б. Значения величин подставляются в нее с учетом того, что:

ν — это угол луча по отношению к горизонту
s — горизонт линии
S — длина отрезка визирной линии
i — высота измерительного прибора
б — высота визировки

Основные методы нивелирования

Нивелирование – это геодезический метод измерения высот различных точек земной поверхности и определения их разности. Для этого используются различные методы и приборы. Вот некоторые из наиболее распространенных методов нивелирования:

Горизонтальное нивелирование: основной задачей этого метода является определение горизонтальных разностей высот между точками. Для этого используются нивелиры с горизонтальной осью вращения.
Дифференциальное нивелирование: этот метод используется для измерения высоты над уровнем исходной точки. Он позволяет определить разности высот между близкими точками с высокой точностью. Для этого используется специальное оборудование, такое как автоматические нивелиры и гравитационные нивелиры.
Тригонометрическое нивелирование: при этом методе используется тригонометрическая теодолитная съемка для измерения углов и расстояний. Затем на основе этих данных вычисляются высоты. Этот метод применяется в случаях, когда невозможно провести непосредственное наблюдение между точками нивелирования.

Кроме основных методов, в геодезии также используются различные комбинированные методы нивелирования, включающие сочетание нескольких методов для достижения наибольшей точности и надежности измерений. Такие комбинированные методы могут включать в себя, например, геометрическое и тригонометрическое нивелирование.

Какой бы метод нивелирования не использовался, для его успешной реализации необходимо иметь квалифицированный персонал и правильное использование специального геодезического оборудования. Правильное выполнение нивелирования является основой для получения точных геодезических данных, которые необходимы во многих областях, включая строительство, инженерные изыскания и картографию.

Виды нивелирования

Нивелировка поверхности может осуществляться различными методами, которые отличаются технологией и используемым оборудованием:

1. Геометрическое нивелирование.

Для съемки местности с помощью геометрического нивелирования используют рейку и нивелир. Принцип нивелировки заключается в установке специальной рейки с делениями и штрихами в необходимой точке поверхности, после чего с помощью горизонтального визирного луча отсчитывается разность высот.

Геометрическая нивелировка производится методом «из середины» или «вперед». В первом случае рейки устанавливаются в двух точках поверхности, а нивелир располагается между ними таким образом, чтобы расстояния до реек были примерно равными. Результатом измерений становится информация о превышении уровня одной из реек над другой.

Геометрическое нивелирование – наиболее распространенный метод, который широко применяется в строительстве.

2. Тригонометрическое нивелирование.

При таком методе нивелировки используют специальные угломерные приборы (теодолиты), с помощью которых измеряют углы наклона визирного луча, который проходит через две заданные точки поверхности. Такой метод используется при топографической съемке для определения разности высот двух точек, которые находятся в зоне оптической видимости, но на значительном расстоянии друг от друга.

3. Барометрическое нивелирование.

Такой метод основан на зависимости атмосферного давления воздуха от высоты точки поверхности. Измерение давления производят с помощью барометра, а в полученные данные вносят поправки на реальные температурные ивлажностные параметры воздуха при измерениях.

Такой метод обычно используется в труднодоступных местностях, при различных геологических или географических экспедициях.

4. Механическое нивелирование.

Для нивелировки поверхности с помощью данного метода используют специальный нивелир-автомат, который вычерчивает профиль местности автоматически с помощью установленного отвеса, задающего вертикаль, и фрикционного диска, фиксирующего пройденное расстояние. Такой нивелир-автомат устанавливается на транспортное средство и определяет:

разность высот между заданными точками;
расстояние между заданными точками;
профиль местности, фиксируя его на фотоленте.

5. Гидростатическое нивелирование.

Этот метод нивелировки основан на принципе работы сообщающихся сосудов. Измерения гидростатическим методом производят с помощью гидростатического нивелира, работающего с погрешностью 1-2 мм. Такой нивелир компонуется из двух стеклянных трубок, которые соединены между собой шлангом, заполненным водой. Стеклянные трубки вставлены в рейки, на которых нанесены деления, по которым определяют числовые значения превышения уровня. Из конструкции гидростатического нивелира видно, что зона его действия ограничивается длиной шланга, соединяющего сосуды.

Помимо методики производства работ, нивелирование разделяют по классам точности, каждому из которых соответствуют определенные методы и виды нивелирования:

I класс (высокоточный), которому соответствует случайная среднеквадратичная ошибка 0,8 мм/км и систематическая ошибка 0,08 мм/км;
II класс (высокоточный), которому соответствует случайная среднеквадратичная ошибка 2,0 мм/км и систематическая ошибка 0,2 мм/км;
III класс, которому соответствует случайная среднеквадратичная ошибка 5,0 мм/км;
IV класс, которому соответствует случайная среднеквадратичная ошибка 10,0 мм/км, вычисляемая по невязкам полученных линий и полигонов.

Кроме указанных классов, применяют техническое нивелирование, класс точности которого ниже четвертого.

В зависимости от рельефа заданной местности и задач съемки, может использоваться нивелирование по квадратам, по параллельным линиям или по полигонам. Первый метод получил наибольшее распространение и широко применяется для больших открытых участков местности с малой высотой сечения.

Инструментарий геометрической нивелировки

Как было указано данный тип работ проводиться с помощью нивелира. Он представляет классический прибор с оптико-механической начинкой, обеспечивающий горизонт для визирного луча. Прибор монтируется на штативе и выставляется в точку стояния, затем при помощи специальных винтов выводиться в горизонтальную плоскость. Трубка нивелира бывает двух видов, прямого и обратного изображения. Трубкой прямого изображения оснащаются в основном нивелиры современного типа.

Приборы старого образца, хоть и имеют систему обратного изображения, но имеют отличную видимость. К тому же при работе с трубками обратного изображения применяется измерительная линейка в перевернутом виде и система поворотных линз. Стоимость таких приборов высока, да к тому же система линз для поворота изображения страдает одним недостатком. В условии рефракции наблюдаются незначительные искажения объектов, при использовании в жаркий период года.

И все же качество советских приборов цениться, по причине высокой четкости по сравнению с современными аналогами. В качестве примера возьмем советский теодолит и сравним его с электронным геодезическим тахеометром имеющий оптическую систему Carl Zeiss . Результат будет не в пользу последнего, так как советский хорошо подходит для локальной выверки с адекватным изображением. Если нужна глобальная картинка, необходимо использовать метод спутниковой геодезии.

Существует три типа конструкций нивелиров: цилиндрического уровня зрительной трубы, с компенсатором автоматом и электронные. Нивелиры так же принято делить по классу точности: технические (H -10), точные (Н-3, Н-3К, Н-3КЛ) и приборы высокой точности (Н-05, Н-1, Н-2).

Компенсаторы предназначены для устранения погрешности при установке нивелиров, и бывают ручного и автоматического типа. То есть, вывод в горизонтальную плоскость при ручном компенсаторе выполняется непосредственно человеком, а при автоматическом соответственно самовыравниванием.

Традиционные способы нивелирования

Одним из традиционных способов нивелирования является способ прямого нивелирования с использованием нивелира. При этом способе точки нивелируются последовательно, то есть одну за другой. Результаты измерений заносятся в специальный протокол, который позволяет определить отметки каждой точки относительно стартовой точки.

Еще одним традиционным способом нивелирования является способ обратного нивелирования. При этом способе отметки точек определяются относительно стартовой точки исходя из известной отметки конечной точки. Этот способ широко применяется при нивелировании больших участков трасс, так как позволяет осуществить нивелирование в обратном порядке и сократить время измерений.

Для более точного нивелирования часто используется способ двойного нивелирования. При этом способе используются два нивелирных прибора и две команды нивелировщиков. Один нивелир служит для определения отметок точек, а другой – для проверки и контроля результатов. Такой подход позволяет уменьшить ошибки измерений и повысить точность нивелирования.

Традиционные способы нивелирования являются основными при выполнении работ по нивелированию трасс. Они обладают своими преимуществами и ограничениями, которые необходимо учитывать при выборе подходящего метода для конкретной работы.

Способ нивелирования	Описание
Прямое нивелирование	Точки нивелируются последовательно, результаты измерений заносятся в протокол.
Обратное нивелирование	Отметки точек определяются относительно стартовой точки исходя из известной отметки конечной точки.
Двойное нивелирование	Используются два нивелирных прибора и две команды нивелировщиков для увеличения точности измерений.

Можно ли переворачивать нивелир. Дополнительные приспособления и инвентарь

Кроме самого прибора, для работы нам понадобится уже упомянутый штатив, а так же специальная мерная рейка, с нанесенными на ней делениями и цифрами. Деления представляют собой полоски чередующиеся черные или красные полоски шириной в 10 мм.

Цифры на рейке нанесены с шагом в десять см, а значение от нуля и до конца рейки в дециметрах, при этом числа выражены двумя цифрами. Так, 50 см обозначается как 05, число 09 обозначает 90 см, цифра 12 укажет на 120 см и т.д.

Для удобства, пять сантиметровых рисок каждого дециметра объединены еще и вертикальной полоской, так, что вся рейка оказывается размеченной знаками в виде буквы «Е», прямой и зеркальной.

Старые модели приборов дают перевернутое изображение, и рейка к ним требуется специальная, с перевернутыми цифрами.

Вспомогательные приспособления к нивелиру

К нивелиру прилагается паспорт, где обязательно указывается дата его последней проверки и настройки или, как говорят геодезисты «поверки». Поверяют нивелиры не реже чем раз в три года, в специальных мастерских, о чем делается очередная запись в паспорте.

Кроме паспорта, в комплекте нивелира идет ключ для обслуживания и мягкая фланель для протирки линз и конечно защитный футляр, где он хранится. Модели с горизонтальным лимбом — угломером комплектуются отвесом для установки строго в нужной точке.

Оберегайте нивелир от ударов и толчков, даже когда он в футляре. Современные приборы оборудованы специальным устройством, осуществляющим точную подстройку по горизонтали, сильный толчок, внешне не оставивший ни малейшего следа, может повредить его тонкий механизм.

Сущность геометрического нивелированияСоставление планов по результатам топографических съемок / Составление топографического плана участка на основе нивелирования поверхности по квадратам. / Сущность геометрического нивелирования

Геометрическое нивелирование выполняют с помощью нивелира и нивелирных реек.

Нивелиром называют геодезический прибор, обеспечивающий при работе горизонтальную линию визирования. Он представляет собою сочетание зрительной трубы либо с цилиндрическим уровнем, либо с компенсатором. И уровень и компенсатор служат для приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение.

Нивелирные рейки представляют собою деревянные бруски чаще всего с сантиметровыми делениями, оцифрованными снизу (от «пятки» рейки) вверх.

Сущность геометрического нивелирования состоит в определении превышения одной точки над другой горизонтальным лучом нивелира по отсчётам на рейках, отвесно устанавливаемых в точках, между которыми определяют превышение.

Геометрическое нивелирование можно вести двумя методами: вперёд и из середины.

Для определения превышения h между точками А и В методом вперёд (рис. 1) нивелир устанавливают в точке А так, чтобы окуляр зрительной трубы приходился над этой точкой, а рейку устанавливают отвесно в точке В.

Рис. 1.

Для более точного определения высоты нивелира её рекомендуется измерять отсчётом по рейке, устанавливаемой в задней точке А, при этом нивелир находится в двух-трёх метрах от точки А.

Рис. 2.

Если считать точку А задней, а точку В передней, то формулу можно выразить словами: превышение передней точки над задней равно взгляду назад минус взгляд вперёд. Превышение положительно, если передняя точка выше задней, и отрицательно в ином случае.

Очевидно, что высота последующей точки равна высоте данной точки плюс превышение между ними: НВ = НА + h.

Высоту точки В можно получить также при помощи горизонта прибора, т. е. отвесного расстояния от уровенной поверхности до визирной оси нивелира.

Из рисунков 1 и 2 видно. Что высота точки равна горизонту прибора минус отсчёт по рейке на этой высоте: НВ = ГП ─ b.

С помощью горизонта прибора удобно производить измерения в тех случаях, когда с одной станции выполняются отсчёты по рейке на нескольких точках.

Геометрическое нивелирование разделяют на нивелирование I, II, III, IV классов и техническое нивелирование.

Нивелирование I, II, III, IV классов составляет нивелирную сеть, которая является высотной основой топографических съёмок всех масштабов и геодезических измерений, проводимых для удовлетворения потребностей народного хозяйства и обороны России.

Нивелирная сеть I и II классов – главная высотная основа, посредством которой устанавливается единая система высот на всей территории страны.

Нивелирные сети III и IV классов и технического нивелирования служат высотной основой топографических съёмок и предназначены для решения различных инженерных задач.

Методы построения и типы высотных нивелирных сетей

Можно рассматривать в ракурсе распространения единой и однозначной высотной системы координат по всей территории страны. Она имеет название Балтийская. Известно, что за ее начальную точку отсчета принят уровень Кронштадтского футштока. Все построения происходят «от общего к частному» и соединения нивелирных ходов между собой представляют высотные сети. По точности результатов измерений они подразделяются на пять типов нивелирования:

I-го класса;
II-го класса;
III-го класса;
IV-го класса;
технического нивелирования.

Сети I и II класса создаются как основа всей высотной системы страны. С их помощью решаются крупные научные задачи по отслеживанию вертикальных перемещений физической поверхности Земли, исследований земной поверхности, измерения уровней всех морей окружающих нашу страну.

Сети III, IV класса развиваются от пунктов более высоких классов и выступают высотной основой для топосъемок, изыскательских и прикладных геодезических работ. Ориентировочная схема по развитию нивелирных сетей показана на рис.2.

Рис.2. Схема высотных сетей.

Сети I класса формируются из нивелирных ходов, полигонов с общей протяженностью порядка 1200 км в освоенных районах страны и 2000 км в малоосвоенных. При построении полигонов II класса их периметры составляют 400 и 1000 км соответственно. Они выстраиваются внутри полигонов I класса системой линий и ходов. Периодически в сетях I и II класса производятся повторные измерения через 25 и 35 лет соответственно. Это дает возможность поддерживать их на соответствующем современном уровне.

Построение сетей III, IV класса опирается на пункты государственного высотного обоснования высших классов и осуществляется внутри этих полигонов. При создании высотной съемочной основы для топосъемок возможно прокладывание сетей с применением технического нивелирования.

Каждый класс нивелирования исполняется с наилучшей точностью с соблюдением соответствующих требований по допустимым значениям среднеквадратических погрешностей нивелировок и предельных погрешностей в полигонах и отдельных линиях ходов. Параметры и формулы допустимых значений отображены таблице ниже, где L – длина линии хода, полигона в км.

Как правильно использовать нивелир. Правила работы

Работа с нивелиром не представляет особой сложности. Предлагаем вам простейший алгоритм использования этих измерительных приборов, что позволит вам даже без наличия какого-либо специального опыта получать максимально точные данные и определять даже малейшие отклонения от горизонтали.

Необходимо правильно установить штатив, для чего расслабляют крепежные винты, находящиеся на ножках, устанавливают нивелир горизонтально на неподвижной плоскости, при этом измерительный прибор должен располагаться на уровне груди. Закрепляют винты и фиксируют ножки.
На штативе устанавливают зрительную трубу, которую фиксируют крепежным винтом.
Нивелир приводится в горизонтальное положение, для чего вращают три регулировочных винта и выставляют пузырек с воздухом в центральном положении на круглом экране в видоискателе.
Выполняется фокусировка и настройка оптики. Окуляр следует подстроить под особенности зрения оператора. Для этого прибор наводят на большой освещенный объект, после чего, вращая кольцо на окуляре, добиваются четкого изображения.
Для работы вам потребуются две геодезических рейки, которые могут иметь длину в 3 или 5 метров. Рейки расчерчены в миллиметрах с одной стороны и в сантиметрах с другой. Они могут выполняться телескопическими из пластика или алюминия и раскладными из дерева.
Выравнивание по высоте. Геодезическую рейку устанавливают максимально близко от точки, которую необходимо измерить и выровнять. В окуляре можно будет наблюдать среднюю линию сетки, данные с которой записываются на бумажный или электронный носитель. Далее проводят аналогичные измерения с другими точками, определяют участок, по которому будет выполняться выравнивание, и на основании полученных расчетов можно будет обеспечить максимально точную и идеально ровную линию.
Выравнивание по средней линии позволит вам получить максимально точные данные. Необходимо выбрать место, где были бы видны все точки, через которые и нужно построить идеально ровную горизонтальную линию. Нивелир устанавливается таким образом, чтобы до ближайшей точки было не меньше 5 метров. Рейку выставляют спереди прибора, а вторая измерительная рейка устанавливается сзади. Задняя рейка будет необходима для нанесения отметок, а основная рейка спереди позволит рассчитать высоту. Прибор первоначально наводится на заднюю рейку, записываются значения по штрихам, после чего выполняют фокусировку на основной рейке и записывают данные по красной стороне.

Оборудование для нивелирования

Нивелирование – это практические действия, направленные на определение относительных изменений высотных отметок точек на земной поверхности. Для выполнения нивелирования необходимо использование специального оборудования.

Основными инструментами, используемыми при нивелировании, являются:

Нивелир – это оптический прибор, предназначенный для измерения разности уровней между точками на земной поверхности. Нивелир состоит из телескопа и специального подвижного устройства с пузырьковым уровнем, которое позволяет определить горизонтальное положение прибора.
Рейка – это штанга с градуировкой, которая используется для измерения расстояния от нивелира до точки наблюдения. Рейка имеет специальные метки, по которым определяется высота точек наблюдения.
Штатив – это тренога или стойка, на которую устанавливается нивелир. Штатив должен быть устойчивым и иметь возможность регулировки высоты. Он позволяет нивелиру сохранять стабильное положение при проведении измерений.

В дополнение к основным инструментам, нивелирование может потребовать использование следующего оборудования:

Техническая вода – используется для определения горизонтальности плоскостей при нивелировании больших расстояний.
Измерительные ленты – используются для измерения расстояний при нивелировании на малые дистанции.
Приборы геодезической защиты – используются для защиты нивелировочного оборудования от пыли, влаги и других внешних воздействий.

Важно подобрать и использовать правильное оборудование для нивелирования, чтобы получить точные и надежные результаты измерений. Качественное и аккуратное обращение с инструментами также является ключевым фактором для успешного выполнения нивелирования

Применение высокоточных инструментов в нивелировании

В современном строительстве и геодезии все более широко применяются высокоточные инструменты для проведения нивелирования. Это позволяет значительно повысить точность и эффективность работы.

Одним из таких инструментов является лазерный нивелир. Он позволяет проводить нивелирование с высокой точностью за счет использования лазерного луча, который создает горизонтальную или вертикальную опорную линию. Это упрощает процесс нивелирования и позволяет существенно сократить время работы.

Другим высокоточным инструментом, который активно используется в нивелировании, является электронный уровень. Он позволяет определить отклонение поверхности от горизонтальной или вертикальной плоскости с высокой точностью. Электронный уровень обладает большим диапазоном измерений и позволяет быстро и точно выполнить нивелирование.

Также в процессе нивелирования могут применяться специальные приборы для измерения разности высот – автоматические нивелиры. Они позволяют проводить нивелирование на большие расстояния с высокой точностью и скоростью. Автоматические нивелиры оснащены оптическим устройством, которое автоматически компенсирует наклон прибора и обеспечивает точные измерения.

Применение высокоточных инструментов в нивелировании позволяет значительно повысить качество и точность выполнения работ. Они сокращают время, затрачиваемое на процесс нивелирования, и уменьшают возможность ошибок. Поэтому все больше специалистов предпочитают использовать высокоточные инструменты при работе с нивелированием.

Современные технологии в нивелировании

На сегодняшний день, в виду необычайно быстрого развития технологий, для нивелировки поверхности могут использоваться различные технологии:

лазерные, в основу работы которых положено считывание параметров поверхности с помощью лазерного сканера;
ультразвуковые, главным элементом которых является ультразвуковой датчик, испускающий волны;
GNSS-технологии, которые связаны с получением данных о текущих координатах через спутниковую связь. Такая технология обеспечивает высочайшую точность нивелирования.

Для эффективной обработки больших потоков данных, получаемых в результате применения вышеуказанных технологий, требуется наличие специального программного обеспечения, выполняющего задачи хранения, управления, визуализации и обработки данных.

Нивелирование из середины.

При нивелировании из середины нивелир устанавливают посредине между точками А и В, а на точках А и В ставят рейки (рис. 1). При движении от точки A к точке B рейка в точке А называется задней, рейка в точке В — передней. Сначала наводят трубу на заднюю рейку и берут отсчет a, затем наводят трубу на переднюю рейку и берут отсчет b. Превышение точки B относительно точки А получают по формуле:

Контролем нивелирования на станции по способу из середины является определение превышения с использованием черной и красной сторон реек:

Если h ч — h к I ≤ 4 мм, то за окончательное значение принимаем среднее арифметическое h_ср = (h ч + h к )/2.

Если a > b, превышение положительное, если a , = i , — b ,

Если I h – h , I ≤ 4 мм, то за окончательное значение принимаем среднее арифметическое h_ср = (h + h , )/2.

Отметку точки B можно вычислить через превышение по формуле или через горизонт прибора:

Схема устройства нивелира.

Нивелир прибор, обеспечивающий горизонтальное положение визирной оси. Основными частями нивелира являются зрительная труба 1 и скрепленный с ней цилиндрический уровень 2 (рис.1), с помощью которого визирная ось трубы VV приводится в горизонтальное положение. Зрительная труба имеет закрепительный и наводящий винты.

Приближенное приведение оси вращения нивелира ZZ в отвесное положение производится по круглому уровню 4, расположенному на подставке 3 с помощью трех подъемных винтов 5.

Нивелир имеет 4 оси:

ZZ- ось вращения нивелира должна занимать отвесное положение;

ii- ось круглого уровня должна быть параллельной оси вращения;

VV- визирная ось зрительной трубы должна занимать горизонтальное положение;

UU- ось цилиндрического уровня должна быть параллельной визирной оси. Проверка взаимного положения осей называется поверками нивелира, они должны быть выполнены до начала измерений.

Над цилиндрическим уровнем расположено призменное устройство, позволяющее получать изображения концов пузырька. Такой уровень называется контактным. Вращением элевационного винта добиваются, чтобы изображения концов пузырька были совмещены. В этот момент пузырек будет находиться в нуль-пункте (Рис 4 б.)

Рис.4. а) пузырек не в нуль-пункте; б) пузырек в нуль-пункте

Устройство нивелира Н3

Нивелир Н3 согласно ГОСТ 10528-76 относится к точным нивелирам, предназначен для нивелирования III и IV классов и технического нивелирования с погрешностью не более 3 мм на 1 км двойного хода.

Общий вид нивелира

1 – зрительная труба;

2 – цилиндрический уровень при трубе; 3 – элевационный винт;

4 – круглый уровень (на рисунке не показан); 5,6 – закрепительный и наводящие винты; 7 – вертикальная ось нивелира (ZZ₁); 8 – подставка с тремя подъемными винтами.

Нивелирование — это измерения по определению превышений между точками на земной поверхности и вычисление их высот относительно начальной высотной точки отсчета с применением различных геометрических, физических методов и приборов.

Самые первые упоминания об уровневых построениях были известны еще в Древнем Риме и Греции. Связаны они с водяным уровнем, то есть с первым гидростатическим способом нивелирования. Все последующие методы получали с развитием технического прогресса, конкретными изобретениями и их практическим применением. Изобретения зрительной трубы и сетки нитей (Пикар) в XVI и XVII веке, барометра в XVII (Торричелли), цилиндрического уровня в XVIII (Рамсден) позволили развивать способы барометрического, геометрического и тригонометрического нивелирования. Построение стереокомпаратора и стереофотоаппарата создало предпосылки для стереофотограмметрического нивелирования. На основе физических принципов лазерных излучений и новых цифровых технологий появляются современные лазерные и цифровые нивелиры.

Ставить в уровень вот что означает с французского нивелир. Именно благодаря прибору с таким наименованием получили распространение геодезические способы точного нивелирования. Наиболее точным, популярным и востребованным в современном приборостроении, строительстве, геологической разведке и других отраслях считается способ геометрического нивелирования.