Виды нивелирования, технические средства, методика и точность геометрического, тригонометрического и барометрического нивелирования

Нивелирование – это геодезические измерения, проводимые на местности для определения превышений одних точек над другими. Зная превышения, можно определить высоты точек относительно принятой исходной поверхности. По методу производства и применяемым инструментам можно выделить следующие виды нивелирования: геометрическое, тригонометрическое и физическое. Геометрическое нивелирование заключается в определении превышений горизонтальным визирным лучом. В нивелирный комплект входят нивелиры, две нивелирных рейки и нивелирные башмаки. Зрительная труба нивелира имеет вращение только в горизонтальной плоскости на вертикальной оси. Распространены так называемые глухие нивелиры. Их труба наглухо скреплена с вертикальной главной осью прибора. Основными частями прибора являются подставка (трегер) с тремя подъемными винтами, зрительная труба с сеткой нитей, ось вращения трубы в горизонтальной плоскости и цилиндрический уровень. Так как геометрическое нивелирование производится горизонтальным лучом, то основным условием является параллельность оси визирования трубы и оси уровня. Второе условие – перпендикулярность оси уровня к главной оси прибора. Нивелирные рейки представляют собой деревянный брусок высотой 3 или 4м. Нивелирные башмаки – металлические пластины, которые во время нивелирования укладываются на грунт, а на них устанавливаются рейки. Таким образом, рейка под силой собственной тяжести не погрузится в грунт. От этого будет зависеть точность измерений. Существует два способа геометрического нивелирования: из середины и вперед. Нивелирование из середины. Нивелир располагается на равном расстоянии от задней и передней реек, т.е. должно соблюдаться равенство плеч. а – отсчет по задней рейке, б – отсчет по передней рейке. h= а-б.

Нивелирование вперед: i – высота прибора, a – отсчет по рейке, h – превышение.

h = i – a.

Тригонометрическое нивелирование отличается от геометрического своей быстротой и экономичностью, но уступает ему в точности определения превышений.

Тригонометрическое нивелирование в отличие от геометрического производится наклонным визирным лучом. Для определения превышения измеряют угол наклона к горизонту и расстояние. Необходимые инструменты – это теодолит и кипрегель.

D – наклонное расстояние от теодолита до рейки, i – высота прибора, V – высота визирования, h – превышение, d - горизонтальное расстояние от теодолита до рейки, δ – угол наклона. h = dtgδ + i – V. Если i=V, то h=dtgδ.

Из физических методов нивелирования наибольшим распространением пользуется барометрическое нивелирование. Барометрическое нивелирование основано на физическом законе, который устанавливает связь между высотой места и атмосферным давлением. Согласно закону, в двух точках с одной высотой должно быть одинаковое атмосферное давление, в точках же с разными высотами будет разное атмосферное давление. Атмосферное давление измеряется весом столба воздуха, который уравновешивается столбиком ртути в ртутном барометре. Вес столба воздуха зависит от его плотности, которая в свою очередь зависит от температуры воздуха. Поэтому при производстве барометрического нивелирования следует учитывать не только давление, но и температуру среды. Для измерения давления используют ртутные инспекторские барометры для стационарных наблюдений на баростанциях, барометры-анероиды и микробаронивелиры для полевых работ. Барометрическая ступень Δh1мм рт. ст. = 10 – 12 м. ΔH = 29,38(t_ср + 273^о/ B_ср), h = ΔН(В₁ – В₂).