« »

Тема 18. ВЫСОТНЫЕ СЪЕМКИ

ВВЕДЕНИЕ

Высотные съёмки - это съёмки, при которых определяется высотные отметки точек земной поверхности. Высотная отметка точки является ее третьей координатой - помимо двух плановых, определяемых в системе географических или прямоугольных координат. На картах, как известно, даются абсолютные высоты точек, т.е. высоты относительно поверхности геоида (уровенной поверхности). Практически же высоты точек определяются относительно пунктов государственной геодезической сети, высоты которых определены в единой абсолютной системе высот.
Определение высоты точки сводится к измерению превышения между точкой с известной высотой и точкой, высоту которой требуется определить. Искомая абсолютная высота точки определяется как алгебраическая сумма высоты известной точки и найденного превышения.

18.1 СУЩНОСТЬ И ВИДЫ НИВЕЛИРОВАНИЯ

Нивелирование это вид геодезических измерений, в результате которых определяют превышения точек (разность высот), а также их высоты над принятой уровенной поверхностью. По результатам нивелирования изображают рельеф местности на планах и картах, строят профили земной поверхности, составляют организационно-хозяйственные планы лесных питомников, проектируют парки, решают другие задачи лесного и садово-паркового хозяйств. Существует несколько видов нивелирования: геометрическое, тригонометрическое, барометрическое, гидростатическое, механическое.
Геометрическое нивелирование – это нивелирование горизонтальным лучом визирования. Этот вид нивелирования выполняют с помощью геодезического прибора – нивелира и реек. Данный метод наиболее распространен и относительно прост. Его применяют для определения превышений с высокой степенью точности, когда погрешность при определении превышений составляет не более 1 мм на 1км расстояния.
Тригонометрическое нивелирование – эго нивелирование наклонным лучом визирования. Выполняют с помощью геодезических приборов, позволяющих измерять вертикальные углы или превышения (теодолиты, тахеометры, кипрегели). При данном виде нивелирования превышение можно определять с погрешностью до 4 см на 100 м расстояния.
Барометрическое нивелирование – определение высот точек или превышении по измерениям давления воздуха. Давление воздуха измеряют с помощью приборов, называемых барометрами, а по разности давлений определяют превышение. Точность барометрического нивелирования невелика (колеблется от 0,5 до 2 м) и зависит от изменения метеоусловий. Применяют этот способ нивелирования в начальный период инженерных изысканий для всякого рода рекогносцировочных обследований.
Гидростатическое нивелирование основано на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах находиться на одном уровне. Превышение между точками может быть получено как разность отсчетов по шкалам сосудов соединенных между собой шлангом. Гидростатическое нивелирование применяется при строительно-монтажных работах для выверки конструкций в стесненных условиях. Часто используется при наблюдениях за деформациями инженерных сооружений. Точность его равна точности геометрического нивелирования.
Механическое нивелирование производится при помощи специальных приборов, устанавливаемых на автомобилях, велосипедах, железнодорожных вагонах и т. д. При движении прибора сразу вычерчивается на специальной ленте профиль местности. Точность механического нивелирования примерно равна точности тригонометрического нивелирования. Этот способ находит применение при изысканиях линейных сооружений и для контроля положения железнодорожных путей.
Стереофотограмметрическое нивелирование реализуется при обработке стереопар фотоснимков одной и той же местности, полученных как при наземной фототеодолитной съемке, так и при воздушной съемке с летательных аппаратов. При наземной съемке используют фототеодолиты, представляющие собой теодолит, совмещенный с фотоаппаратом. При воздушной съемке применяются специальные аэрофотоаппараты, устанавливаемые на самолете на гиростабилизированной платформе, позволяющей удерживать оптическую ось фотокамеры в отвесном положении, либо близком к отвесному положению.
Радиолокационное нивелирование используют при нивелировании земной поверхности с самолета или другого летательного аппарата (аэрорадионивелирование). Погрешность в определении высот в зависимости от условий съемки достигает 2 – 5 м (до 10 м). Этот вид нивелирования применяют для построения профиля местности и определения высот фотографирования при аэрофотосъемке. Он основан на непрерывном измерении расстояния с самолета до поверхности земли с помощью излучаемого передатчиком электромагнитного сигнала и приема его после отражения от подстилающей поверхности. Регистрируется время τ нахождения сигнала на двойном пути s, т.е используется радиодальномер.
Основным видом нивелирования является геометрическое, которое производится при помощи геодезических приборов – нивелиров.
Геометрическое нивелирование по технологии и точности работ разделяется на I, II, III u IV классы и техническое нивелирование.
Нивелирование I, II, III и IV классов составляет государственную нивелирную сеть, которая является высотной основой топографических съемок всех масштабов и геодезических измерений, проводимых для удовлетворения потребностей хозяйственной деятельности и обороны страны.
Нивелирная сеть I и II классов является главной высотной основой, посредством которой устанавливается единая система высот на всей территории Украины. Она также предназначается для научных целей, связанных с изучением колебаний земной коры.
Нивелирные сети ІІІ и IV классов и технического нивелирования служат высотной основой топографических съемок и предназначаются для решения различных инженерных задач (планировка, застройка и благоустройство населенных пунктов; проектирование и строительство дорог, оросительных и осушительных систем; водоснабжение, канализация и т. п.).

18.2. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕВЫШЕНИЙ И ВЫСОТ ТОЧЕК ПРИ ГЕОМЕТРИЧЕСКОМ НИВЕЛИРОВАНИИ

Геометрическое нивелирование выполняется с помощью специального инструмента – нивелира, приспособленного для визирования в горизонтальном направлении, и нивелирных реек, устанавливаемых вертикально в нивелируемых точках. Рейку устанавливают на таком расстоянии от инструмента, чтобы при визировании трубой можно было уверенно отсчитывать десятые доли наименьшего деления рейки.
В зависимости от положения нивелира относительно нивелируемых точек различают два способа геометрического нивелирования:

При геометрическом нивелировании способом из середины на начальной (задней) и определяемой (передней) точках ставят отвесно рейки с делениями, обозначенными снизу вверх. Между рейками ставят нивелир (рис. 18.1) . Его визирную ось приводят в горизонтальное положение и наводят последовательно на заднюю (А), а затем на переднюю (В) точки и берут отсчеты а иb. Превышение равно отсчету по задней рейке (a)минус отсчет по передней рейке (b)
h = a – b.


Рис. 18.1. Нивелирование из середины

Расстояние от нивелира до рейки называют плечом, различают соответственно заднее и переднее плечо, они должны быть приблизительно одинаковыми при измерениях способом из середины.
Обычно в качестве задней точки выбирают исходный репер с известной отметкой Н.
Тогда отметка передней точки определится по формуле
НВА+(±h).
Знак «–» в превышении говорит о том, что передняя точка В ниже чем задняя А. Знак «+» означает, что передняя точка выше задней.
Следует помнить, что отсчеты по рейке всегда записывают в миллиметрах, а отметки точек Н считают в метрах. Взять отсчет по рейке – означает отсчитать число делений рейки от ее основания (пятки) до горизонтальной визирной оси.

Пример измерения превышения на станции:


Рис. 18.2. Измерение превышения на станции

Пусть задняя точка А является исходной с известной отметкой Н = 201,100 м. Тогда превышение между точками определится:

h = 1369 мм – 1522 мм = – 153 мм = – 0,153 м.

Отметка
точки
НВ= НА + (±h) = 201,100 м + (– 0,153 м) = 200,947 м.

При нивелировании из середины нет необходимости устанавливать нивелир в створе нивелируемых точек: он может находиться и в стороне от створа. При нивелировании крутых склонов удобнее устанавливать нивелир не между рейками, а в стороне от створа.

При нивелировании вперед нивелир устанавливают в задней точке А (рис. 18.3), измеряют высоту инструмента i (высоту визирной оси над точкой А) и выполняют отсчет b по рейке, установленной в передней точке В.


Рис. 18.3. Нивелирование вперед

В этом случае
h = i – b,
т.е. превышение равно высоте инструмента минус отсчет вперед.
С одной установки нивелира (с одной станции) можно брать отсчеты по рейкам, установленным во многих точках. Для вычисления отметки искомой точки можно применить способ вычисления через горизонт нивелира (ГН).


Рис. 18.4. Определение отметок через горизонт нивелира

Рассмотрим рисунок 18.4. На нем показаны:
НА, НВ, НС, НD – высоты (отметки) точек A, B, C, D;
h – превышение точки В над точкой А;
ГН – высота линии визирования, называемая горизонтом нивелира;
MN – уровенная поверхность, принятая на рисунке за плоскость;
З, П, c, d – отсчеты по рейкам в точках A, B, C, D.
Из этого же рисунка видно, что
HB = HA + h;

ГН = НA + З = НВ + П;

НС = ГН – с; НD = ГН – d.

Приведенные формулы показывают, что если известна высота одной точки, то высоты остальных точек на станции могут быть вычислены через превышения или через горизонт нивелира, используя следующие правила:
– высота последующей точки равна высоте предыдущей точки плюс превышение;
– горизонт нивелира равен высоте точки плюс отсчет по рейке на этой точке;
– высота точки равна горизонту нивелира минус отсчет по рейке на этой точке.

Обычно при нивелировании плечо (расстояние от нивелира до рейки), составляет не более 100 – 150 м. Следовательно, с одной станции, если позволяют условия, можно выполнить нивелирование точек, находящихся на расстоянии 200 – 300 м. одна от другой. В тех случаях, когда нивелирование производится с целью передачи отметок на значительные расстояния, а также для составления профиля местности, применяют нивелирование с нескольких станций, связанных между собой общими точками (рисунок 18.5). Такое нивелирование называют нивелирным ходом. В этом случае нивелирование считают сложным (последовательным).
Превышение между точками А и L будет равно алгебраической сумме промежуточных превышений

hAL = hAB + hBC + … + hKL

или

,
где i = 1, 2, 3….n – порядковый номер станции.


Рис. 18.5. Нивелирный ход

Зная отметку одной из точек, например НA, можно всегда вычислить отметку точки L:

HL = HA + hAL

или


Если известны отметки НA и НL и необходимо вычислить отметки промежуточных точек хода, сначала вычисляют невязку хода fh:



Если невязка не превышает допустимую, её распределяют с обратным знаком между определенными на станциях превышениями.
Для контроля вычислений можно использовать формулу

1

При выводе формул геометрического нивелирования предполагалось, что расстояние между нивелируемыми точками невелико, и принимали часть уровенной поверхности за плоскость. Кроме того, считалось, что визирный луч идет прямолинейно. На самом же деле при прохождении через слои атмосферы различной плотности путь светового луча изменяется и, в конечном счете, представляет собой кривую, называемую рефракционной.

При нивелировании с высокой точностью необходимо учесть совместное влияние кривизны Земли и рефракции (σ)
σ = 0,42d 2/R.
где: d – расстояние от нивелира до рейки; R – радиус Земли.

Из последней формулы следует, что при d = 100 м; R = 6400 км σ = 0,7 мм, а при d = 300 м σ = 6,0 мм.

При нивелировании методом из середины превышение

h = (а – σ1) – (b – σ2) = a – b + (σ2 – σ1).

Если расстояния от нивелира до задней и передней реек равны между собой, то σ1 = σ2

Тогда
h = a – b.
Таким образом, при нивелировании из середины совместное влияние кривизны Земли и рефракции на превышение можно считать равным нулю. При нивелировании вперед влияние кривизны Земли и рефракции следует учитывать при расстояниях от нивелира до рейки более 100 м.

18.3. НИВЕЛИР. УСТРОЙСТВО. ПОВЕРКИ

Нивелир (от фр. niveau – уровень, нивелир) – геодезический инструмент для определения разности высот между несколькими точками земной поверхности относительно условного уровня, т.е. определение превышения. На рис. 18.6 представлен оптический нивелир в сборке на штативе, а также различные виды реек.

http://mastertools.ro/2306-thickbox/dw096pk-nivela-optica-dewalt.jpg
Рис. 18.6. Оптический нивелир и нивелирные рейки

По точности нивелиры делятся на высокоточные, точные и технические, дающие на 1 км хода ошибки, не превышающие, соответственно, 0,5 – 1,0 мм, 4-8 мм и 15 мм. Цифры в шифре нивелира указывают среднюю квадратическую погрешность измерения превышения в миллиметрах на 1 км двойного нивелирного хода. Например, для нивелира Н-3 средняя квадратическая погрешность составляет 3 мм на 1 км хода.
В зависимости от способа получения горизонтального луча визирования каждый из трех типов нивелиров изготавливается в двух вариантах:
– с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе;
– с компенсатором, позволяющим автоматически приводить ось визирования зрительной трубы нивелира в горизонтальное положение.
В настоящее время выпускаются нивелиры улучшенной конструкции 2-го и 3-го поколений, например 2Н-10КЛ, 3Н-3ЛП. Первая цифра обозначает поколение. При наличии компенсатора в шифр прибора добавляется буква К. Если нивелир изготовлен с лимбом для измерения горизонтальных углов, то еще добавляется буква Л. Если нивелир имеет зрительную трубу прямого изображения, то в шифр добавляется буква П.

Условное обозначение нивелирной рейки
состоит из буквенного обозначения РН, цифрового обозначения группы нивелиров, для которой она предназначена (для высокоточных нивелиров – цифра 05, точных – 3, технических – 10) и номинальной длины рейки. В обозначении складных реек и (или) реек с прямым изображением оцифровки шкал после указания номинальной длины добавляют соответственно букву С и (или) П.
Пример условного обозначения нивелирной рейки к техническим нивелирам, номинальной длиной 4000 мм, складной, с прямым изображением оцифровки шкалы: РН–10 – 4000 СП.

Устройство и поверки нивелира (с цилиндрическим уровнем).
Нивелир Н-3 относится к приборам с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе (рис. 18.7).

 

 

Рис. 18.7. Нивелир Н-3:
1 – подъемный винт; 2 – подставка; 3 – круглый уровень; 4 – элевационный винт; 5 – кремальера; 6 – зрительная труба; 7 – цилиндрический уровень; 8 – визир; 9 – закрепительный винт; 10 – пластина; 11 – наводящий винт

Для установки нивелира в рабочее положение его закрепляют на штативе и, действуя тремя подъемными винтами, приводят пузырек круглого уровня в центр ампулы. При этом ось вращения нивелира занимает отвесное положение. Наведение зрительной трубы на рейку осуществляют вначале вручную с помощью визира, а затем зажимают закрепительный винт зрительной трубы и наводящим винтом выполняют точное визирование на рейку. Резкость изображения сетки нитей достигается вращением окулярного кольца, а резкость изображения рейки – вращением винта кремальеры. Сетка нитей имеет вертикальный штрих и три горизонтальных, верхний и нижний являются нитяным дальномером.
Перед каждым отсчетом по рейке визирную ось нивелира приводят в горизонтальное положение, добиваясь совмещения изображения концов пузырька цилиндрического уровня (рис. 18.8, 1) в поле зрения зрительной трубы путем вращения элевационного винта (рис. 18.7, 4).
Отсчет по рейке состоит из четырех цифр и выражает расстояние от измеряемой точки до визирной оси нивелира в миллиметрах. Выполняют отсчет по среднему горизонтальному штриху сетки нитей. Отсчет по рейке берут от меньшего к большему числу. Обратите внимание на то, что изображение в зрительной трубе обратное, следовательно, отсчеты возрастают сверху вниз.
Первые две цифры отсчета, обозначающие дециметры, подписаны на рейке (рис. 18.8, а), они видны в зрительной трубе вблизи среднего горизонтального штриха. На рисунке 18.8, б это цифра 06. Следует отметить, что в каждом дециметре первые пять шашек с сантиметровыми делениями объединены в символ Е (прямой или перевернутый).
Третья цифра считается по числу сантиметровых шашек от начала дециметрового деления (от верхней части знака символа Е вниз) до среднего горизонтального штриха сетки нитей (на рисунке 18.8 сантиметровых шашек – 5).

Рис. 18.8. Нивелирная рейка (а) и поле зрения зрительной трубы нивелира Н-3 (б):
1 – изображение концов пузырька цилиндрического уровня; 2 – средний горизонтальный штрих сетки нитей; 3 – штрихи нитяного дальномера; 4 – изображение рейки

Четвертая цифра, обозначающая миллиметры, по рейке оценивается на глаз (на рисунке 18.8, б это приблизительно 2 мм). Тогда полный отсчет по рейке составит 0652.
Расстояние по рейке определяется с помощью штрихов нитяного дальномера:
S = (0690 мм – 0612 мм)×100 = 7800 мм = 7,8 м.

Поверки нивелира Н-3

Прежде чем начать работу с нивелиром, необходимо выполнить его поверки. Под поверками нивелира понимают действия, контролирующие соблюдение условий, которым должен удовлетворять прибор для геометрического нивелирования. При невыполнении условий поверок производят необходимые исправления (юстировки). Нивелир Н-3 должен удовлетворять следующим геометрическим условиям:
Поверка 1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. После установки штатива и закрепления на нем нивелира тремя подъемными винтами приводят пузырек круглого уровня в центр ампулы и поворачивают верхнюю часть нивелира на 180º. Если пузырек уровня останется в центре ампулы, то условие выполнено, если нет, то нужно исправительными винтами круглого уровня переместить пузырек к центру на половину дуги отклонения. Поверку повторяют до полного выполнения условия.
Поверка 2. Средний горизонтальный штрих сетки нитей должен быть перпендикулярен оси вращения нивелира. Ось вращения нивелира устанавливают в отвесное положение. Наводят зрительную трубу на неподвижную рейку, установленную в 20–30 м от нивелира. Условие будет выполнено, если при плавном вращении трубы горизонтальный штрих не будет сходить с точки наведения (то есть отсчет по рейке будет оставаться неизменным).
Если условие не выполняется, то отвинчивают и снимают окулярную часть зрительной трубы и поворачивают диафрагму с сеткой нитей, предварительно ослабив крепящие ее винты.
Поверка 3. Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы. Это главное условие нивелира поверяется двойным нивелированием концевых точек линии длиной 50–70 м (рисунок 18.9).



Рис. 18.9. Поверка главного условия нивелира Н-3

На концевых точках забивают колышки. Нивелир устанавливают на начальной точке линии, а рейку – на конечной. С помощью элевационного винта нивелира приводят пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт и снимают отсчет по рейке П1. Измеряют высоту нивелира i1 с точностью до 1 мм.
Например: П1 = 1426 мм, i1 = 1371 мм.
Затем меняют нивелир и рейку местами и, приведя элевационным винтом пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт, снимают отсчет по рейке П2, измеряют высоту нивелира i2.
Например: П2 = 1260 мм, i2 = 1337 мм.
Если ось цилиндрического уровня непараллельна визирной оси трубы, то отсчеты по рейке будут ошибочны на величину
х = [1 + П2) – (i1 + i2)] / 2.

Величина х должна быть не более ± 4 мм. Если х превышает указанную величину, тогда, не снимая нивелира со второй станции, элевационным винтом устанавливают средний горизонтальный штрих сетки нитей на отсчет по рейке равный П2 – х. При этом произойдет смещение изображений половинок пузырька уровня в поле зрения трубы. Сняв крышку коробки цилиндрического уровня, вертикальными исправительными винтами выполняют точное совмещение концов половинок пузырька уровня в поле зрения трубы. Затем поверку повторяют до соблюдения условия.
Для вышеуказанных отсчетов
х = [(1426 + 1260) – (1371 + 1337)] / 2 = –11 мм > 4 мм.
Поэтому необходимо выполнить юстировку уровня. Для этого устанавливают элевационным винтом по рейке отсчет
П2 – х = 1260 – (–11) = 1271 мм
и исправительными винтами совмещают концы пузырька уровня.

18.4. ЦИФРОВЫЕ И ЛАЗЕРНЫЕ НИВЕЛИРЫ. ШТРИХКОДОВЫЕ РЕЙКИ

В связи с возрастающими требованиями к качеству и точности геодезических работ в настоящее время широкое применение находят цифровые и лазерные нивелиры.
Цифровой нивелир.
Цифровой нивелир – это высокоточный оптический нивелир, но с автоматическим сбором, хранением и обработкой полученной информации (рисунок 18.10). Это значит, что все основные условия, необходимые для выполнения высокоточных измерений оптическими нивелирами, должны соблюдаться и для цифровых нивелиров.


Рис. 18.10. Цифровой нивелир Leica Sprinter 50 и нивелирная двусторонняя рейка для работы в режимах оптического / электронного снятия отсчетов

Работы по выполнению геодезических измерений выполняются в комплекте с рейкой, имеющей шкалу со штрихкодовым рисунком. На лицевой стороне штрихкодовой рейки нанесена растровая шкала чередуемых черных полос и белых промежутков. Их ширина по высоте кодирована. Световые волны от штрихкодового рисунка воздействуют на декодирующие датчики нивелира.
Визирный луч нивелира устанавливается горизонтально с помощью компенсатора.
Декодирующее устройство расшифровывает высотность нивелира относительно рейки по соотношению поступивших в объектив световых воздействий от темных и светлых реечных полос.
Процессор нивелира осуществляет счет измеренных превышений и их суммы с точностью 0,1 мм, а также определяет расстояние до реек и неравенство плеч нивелирования. Время снятия отсчетов по рейке составляет 2–4 с. Электроникой прибора автоматически вводятся поправки за кривизну Земли, рефракцию и погрешность отклонения визирного луча от горизонта.
Результаты измерений с уже введенными поправками отслеживаются на дисплее и по желанию оператора могут направляться в память нивелира. Программа реализует последовательное вычисление и вывод на дисплей высот точек установки рейки.
Лазерные нивелиры предназначены для измерения превышений и передачи высотных отметок. Нивелир излучает видимый пучок света, относительно которого производят измерения превышений. В лазерных геодезических приборах в качестве излучателя светового потока используются оптические квантовые генераторы (лазеры).

Рис. 18.11. Лазерные нивелиры

 

Рис. 18.12. Отсчет по рейке

В настоящее время лазерные нивелиры выпускаются в основном с автоматически горизонтируемым пучком излучения, вращающимся лазерным лучом, что дает возможность формировать в пространстве световые линии и плоскости. Положение этой плоскости фиксируется на специальной рейке или стенах зданий.
Прибор устанавливается на штативе и с помощью трех подъемных винтов приводится в отвесное положение. Световая плоскость фиксируется визуально или с помощью фотоприемного устройства. Нивелир может быть установлен так, чтобы формировалась вертикальная плоскость. Он снабжен вычислительным устройством, позволяющим выполнять автоматическое вычисление превышений, высот и расстояний.

18.5. ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЯ ПРЕВЫШЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ НИВЕЛИРА

Для определения высот точек на объектах лесного и садово-паркового хозяйства применяют техническое нивелирование. Для производства технического нивелирования используют точные и технические нивелиры (модели Н-3, Н-10 и их модификации), а также нивелирные рейки шашечного типа.
Техническое нивелирование выполняют в основном методом из середины с неравенством плеч не более 10 м. Расстояние от нивелира до реек не должно превышать 100 м, а при хорошей видимости –150 м. 3.
Рейки в общем случае ставятся только на закрепленных точках (реперах, колышках, костылях, башмаках и т. д,), между которыми определяется превышение. Рейки на землю устанавливаются лишь при съемке рельефа.

 

Рис. 18.13. Нивелирный башмак и нивелирный костыль

Работу на станции выполняют в следующей последовательности (рис. 18.4):
– на связующие точки А и В устанавливают нивелирные рейки, а посередине между ними ставят нивелир и приводят его в рабочее положение с помощью подъемных винтов, устанавливая пузырек круглого уровня в нуль-пункт;
– наводят зрительную трубу нивелира на заднюю рейку (точка А) и берут отсчет по черной стороне (Зчерн);
– наводят зрительную трубу нивелира на переднюю рейку (точка В) и выполняют отсчеты сначала по черной стороне (Пчерн), а затем – по красной стороне (Пкр);
– наводят вновь зрительную трубу нивелира на заднюю рейку и снимают отсчет по красной стороне (Зкр);
– если между связующими точками А и В имеются промежуточные точки (С и D), то на них устанавливают последовательно заднюю рейку и берут отсчеты только по черной стороне (с черн и d черн). Перед каждым отсчетом по рейке необходимо визирную ось зрительной трубы нивелира приводить в горизонтальное положение с помощью пузырька цилиндрического уровня или компенсатора;
– для контроля измерений вычисляют разности нулей передней и задней реек (Пкр – Пчерн) и (Зкр – Зчерн). Расхождение разностей нулей реек по абсолютной величине не должно превышать 5 мм;
– на каждой станции дважды вычисляют превышения по черным и красным сторонам реек: h черн = З черн – П черн; h кр = З кр – П кр. Расхождение между этими превышениями не должно быть более ± 5 мм;
– высоту передней точки (В) вычисляют через среднее превышение

h ср = (h черн + h кр) / 2.

по формуле

НВ = НА + h ср;

– высоты промежуточных точек (С и D) вычисляют по формулам

ГН = НА + З черн, НС = ГН – с, НD = ГН – d.

Точность технического нивелирования на станции характеризуется предельной погрешностью ±10 мм или ±50 мм на 1 км нивелирного хода.

Нивелирование IV класса

Нивелирование IV класса применяется при создании высотной съемочной сети (съемочного обоснования) для топографических съемок местности. Для нивелирования IV класса используют точные нивелиры (модели Н-3, Н-3К или их модификации) и шашечные рейки. Расстояние на станции от прибора до реек не должно превышать 100 м, а неравенство плеч не должно быть более 5 м.
Порядок работы на станции при нивелировании IV класса такой же, как и при техническом нивелировании, за исключением контроля расстояний до реек, которое определяют нитяным дальномером с помощью отсчетов по верхней дальномерной нити при наблюдениях черных сторон задней и передней реек.
Расхождение между превышениями по черной и красной сторонам реек на станции не должно превышать ±5 мм.  Точность нивелирования IV класса выше технического нивелирования и составляет ±20 мм на 1 км нивелирного хода.

18.6. ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ

Тригонометрическим нивелированием называют процесс измерения разностей высот точек местности (превышений) и определения их высот с помощью наклонного луча визирования угломерного геодезического прибора (теодолита).
На рис. 18.12 представлена схема тригонометрического нивелирования с целью определения превышений h между точками А и В местности.


Рис. 18.14. Схема тригонометрического нивелирования

Для определения превышения h в точке А устанавливают теодолит, приводят его в рабочее положение и измеряют высоту оси вращения зрительной трубы над точкой, называемую высотой прибора i. Если направить визирную ось трубы на некоторую точку М рейки, установленной в точке В, измерить угол наклона v визирной оси к горизонту ON и горизонтальную проекцию расстояния d, то получим:
MN = d tg v,
h + l = d tg v + i,

искомое превышение получим
h = d tg v + i - l.
Формула позволяет определить превышение А по измеренному вертикальному углу v, если известна горизонтальная проекция расстояния d между нивелируемыми точками А и В.
Горизонтальную проекцию расстояния d через наклонное (дальномерное) расстояние S можно выразить как:
d = S cos v.
C учетом последнего равенства искомое превышение рассчитывают

h = 0,5 S sin2v + i – l.
Часто при съемке рельефа трубу теодолита наводят на точку вехи или рейки, расположенную над поверхностью Земли на высоте, равной высоте инструмента (рис. 18.15). В этом случае вычисления значительно упрощаются

h = dtgv

или

h = Ssinv

 

Рис. 18.15. Схема тригонометрического нивелирования при использовании
 точки, высота которой равна высоте инструмента

18.7. БАРОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ

Для определения высот точек местности в процессе геодезических исследований, а также для съемки рельефа в горной и высокогорной местности может быть использовано барометрическое нивелирование.
Задачей барометрического нивелирования является определение разности высот двух точек по результатам одновременного измерения атмосферного давления в этих точках. Атмосферное давление в каждой точке местности зависит от высоты над уровнем моря и метеорологических условий в момент измерений. Эта зависимость выражается полной барометрической формулой, учитывающей атмосферное давление, температуру и влажность воздуха, а также ускорение свободного падения, зависящее от широты места наблюдений. Полная барометрическая формула очень трудоемка для вычислений. Чтобы получить необходимые для ее решения параметры, необходимо специальное зондирование атмосферы, поэтому при барометрическом нивелировании применяют сокращенные барометрические формулы. Их несколько, чаще других пользуются формулой Бабине:

,
где В1 и В2 — давление в точках 1 и 2, a t1 и t2  – соответственно температура воздуха.

По формуле Бабине составлены таблицы барических ступеней высот. Барическая ступень высот — расстояние по вертикали в метрах, на котором атмосферное давление меняется на 1 мм рт. ст. Эти таблицы составлены по аргументам

tСР = (t1 + t2)/2

и

ВСР=(В12)/2

Тогда формула определения превышений сведется к виду

h = (Bl – B2)∆h,

где ∆h — барическая ступень. где Bl и B2 — давление в точках 1 и 2, a tl и t2  – соответственно температура воздуха.

Для получения превышения между двумя точками, отметка высоты одной из которых известна, измеряют атмосферное давление и температуру в каждой из этих точек.
Для измерения атмосферного давления применяют пружинные и частично жидкостные (ртутные) барометры. Пружинные барометры получили название анероидов (греч. а – не, nerosвлажный и eidos — вид).

Поскольку на давление существенно влияет температура воздуха, ее измеряют одновременно с давлением на станции при помощи термометра-праща – толстостенного капилляра, в одном конце которого помещена ртуть, а другой заканчивается металлическим наконечником или стеклянным шариком, к которому крепится шнур.

Показания барометра-анероида отличаются от показаний ртутного барометра. Для приведения измеренного анероидом атмосферного давления к показаниям ртутного барометра необходимо в показания анероида А внести три поправки: шкаловую         Аш, температурную Аt и добавочную А0. Исправленное давление вычисляют по формуле:

В = А + ∆Аш + ∆Аt + ∆А0.

Шкаловую поправку ∆Аш вводят для учета нелинейности шкалы, вызываемой изменением угла между передаточными рычагами.

Температурную поправку ∆Аt вычисляют по формуле ∆Аt = btA,

где b — температурный коэффициент, поправка на 1°С анероида, a tA – температура прибора.

Добавочная поправка А0 возникает из-за неточного учета шкаловой и температурной поправок, а также наличия механических погрешностей прибора и некоторого смещения нуля. Ее определяют перед началом проложения хода и после его окончания. Шкаловые и температурные поправки определяют путем сравнения прибора с эталоном в специальных баро- и термокамерах перед началом сезона работ и вписывают в паспорт прибора.

Барометрическое нивелирование осуществляют способами: замкнутых ходов (полигонов) с опорой и без опоры на временную барометрическую станцию, передвижной станции, скачущей станции, нескольких опорных станций и др. Выбор способа зависит от объема работы, наличия приборов, количества наблюдений и требуемой точности.

Способ ходов без временной барометрической станции

В этом случае наблюдатель, измерив давление и температуру на исходной точке, последовательно обходит все точки хода. Измерив в них давление и температуру, и записав время измерения, он возвращается на исходную точку, где вновь определяет давление и температуру. Разность давлений на исходной точке, полученная в начале и конце обхода, представляет невязку – результат суточного хода атмосферного давления и приборных ошибок. Невязку распределяют пропорционально затраченному на наблюдения времени. Способ позволяет обеспечивать точность определения высот порядка 2 – 2,5 м.

Порядок работы на станции

Для определения давления анероидом нужно стать на точке, открыть футляр барометра и держать открытым в течение 4 – 6 мин для того, чтобы анероид принял температуру и давление окружающего воздуха. Затем определяют температуру анероида по его термометру, слегка постучав пальцем по центру стеклянной крышки, читают отсчет давления. При чтении отсчета анероид держат на уровне груди, и после снятия отсчета измеряют его высоту над поверхностью Земли. Отсчет давления определяют 3 – 4 раза. Перед каждым отсчетом слегка постукивают по стеклянной крышке для преодоления инерции стрелки. Вычисляют средний отсчет и фиксируют время.
Для определения температуры воздуха термометр-пращ вращают над головой в течение 2 – 3 мин. Полученные отсчеты давления, времени и температуры анероида и воздуха заносят в журнал.
Обработку хода барометрического нивелирования начинают с приведения показаний анероида к показаниям ртутного барометра для каждой станции [по формуле (18.16)]. Затем вычисляют изменение давления на первой станции в начале и в конце работ и составляют поправки к вычисленным значениям давления в остальных точках, пропорциональные времени движения по ходу.

Определив средние значения давления и температуры воздуха между смежными точками хода, находят из таблиц значения барических ступеней. Вычисляют превышения между смежными станциями и отметки определяемых точек.
Точность барометрического нивелирования зависит от типа прибора, равновесия атмосферы, способа нивелирования и других причин:


Вопросы и задания для самоконтроля

  1. Дайте определение «Нивелирование».
  2. Перечислите виды нивелирования и дайте краткую характеристику каждому виду нивелирования.
  3. В чем сущность способа «нивелирование из середины»?
  4. В чем сущность способа «нивелирование вперед»?
  5. В чем сущность способа «вычисления через горизонт нивелира»?
  6. Как рассчитывают превышения и отметки точек в нивелирном ходе?
  7. Какие факторы влияют на точность нивелирования? Как уменьшить влияние этих факторов при вертикальных съемках местности?
  8. Для каких целей предназначены: нивелир, нивелирные рейки, нивелирные башмаки, нивелирные костыли?
  9. Как классифицируют нивелиры по точности?
  10. В чем отличие нивелира с цилиндрическим уровнем от нивелира с компенсатором?
  11. Из каких основных частей состоит нивелир Н-3?
  12. Как добиться резкости изображения сетки нитей и резкости изображения рейки в зрительной трубе.
  13. Как с помощью нивелира можно определить расстояние до нивелирной рейки?
  14. Как проверить правильность установки оси круглого уровня в нивелире Н-3?
  15. Как проверить правильность установки горизонтального штриха сетки нитей в нивелире Н-3?
  16. Как проверить правильность установки оси цилиндрического уровня в нивелире Н-3?
  17. Дайте краткую характеристику цифровым нивелирам.
  18. Дайте краткую характеристику лазерным нивелирам.
  19. Расскажите порядок измерения превышений с помощью нивелира.
  20. В чем сущность тригонометрического нивелирования?
  21. В чем сущность барометрического нивелирования?

 

 

Яндекс.Метрика