Определение высот точек земной поверхности. нивелирование

Геодезические измерения по определению превышений и отметок высот местности называются нивелированием.

Разлиют следующие виды нивелирования: геометрическое, тригонометрическое и физическое (барометрическое, гидростатическое и др.).

Геометрическое нивелирование

При этом методе нивелирования превышения точек получают при помощи горизонтального луча визирования. Геодезические приборы, используемые для выполнения геометрического нивелирования называют нивелирами.

Существуют два способа геометрического нивелирования: нивелирование из середины (рис.11.1) и нивелирование вперед (рис.11.2).

Рис.11.1                                              Рис.11.2

При нивелировании из середины (рис.8.1) на местности в двух точках А и В вертикально устанавливают рейки с сантиметровыми делениями, а между ними – нивелир, зрительная труба которого занимает горизонтальное положение и снимают отсчеты З по задней и П передней рейкам, представляющие расстояния от точек А и В до визирного луча. Тогда превышение h точки В над точкой А определяется по формуле h = З – П, т.е. превышение равно разности отсчетов по задней и передней рейкам.

Превышение будет положительным при З > П и отрицательным при З < П и соответственно передняя точка будет находиться выше

или ниже задней. Высота точки В будет равна отметке предыдущей точки НА плюс превышение между ними НВ = НА + h.

При нивелировании вперед (рис.8.2) нивелир устанавливают над начальной точкой А, а над передней точкой В устанавливают рейку. В точке А измеряют высоту нивелира і, представляющую вертикальное (отвесное) расстояние от центра окуляра зрительной трубы прибора до точки и берут отсчет по передней рейке П. Таким образом, h = і – П. Высотная отметка точки В будет НВ= НА + і – П. Величину НА + і называют горизонтом инструмента ГИ, т.е. ГИ – это отметка визирной оси прибора. Таким образом, отметка НВ = ГИ – П. Контроль вычислений ГИ = НВ + П. Следовательно, горизонт инструмента ГИ на данной станции равен отметке точки плюс отсчет по рейке, установленной в этой точке.

Станцией называют место постановки нивелира в процессе измерения превышений. Нивелирование «вперед» применяется при определении превышений через водные преграды и поверках инструментов.

Нивелирование «из середины» имеет ряд преимуществ:

1. Позволяет увеличивать расстояние между точками для которых измеряются превышения;

2. Компенсируются погрешности, возникающие из-за отклонения визирной оси от горизонтального положения;

3. Компенсируются погрешности за счет кривизны Земли.

Нивелирование между удаленными точками выполняют с нескольких станций, которые образуют нивелирный ход. Точки или пикеты, общие для двух станций называют связующими. В нивелирном ходе, способом из середины, суммарное превышение между определяемыми точками вычисляют по формуле Σ hі = ΣЗі - ΣПі, т.е. сумма превышений хода равна разности сумм отсчетов на задние и передние рейки. Отметка конечной точки В будет равна НВ = НА + Σ hі. Для контроля определяют превышение второй раз по другой стороне рейки

Нивелирные ходы могут быть замкнутыми и разомкнутыми.

Нивелиры и их устройство

Заводской шифр нивелиров, выпускаемых в России, состоит из заглавной буквы, обозначающей название геодезического прибора, в данном случае, нивелир – Н и последующих за буквой цифр,

указывающих точность нивелира (среднюю квадратическую погрешность определения превышения в мм на 1 км двойного хода). Если в названии нивелира имеется буква К, то такой нивелир не имеет цилиндрического уровня, его визирная ось устанавливается в рабочее (горизонтальное) положение автоматически при помощи компенсатора. Буква Л в названии нивелира указывает на наличие в данной модификации лимба (горизонтального круга).

По точности нивелиры подразделяются на: высокоточные (Н - 05, Н - 2) которые служат для выполнения нивелирования I и II классов точности; точные (Н - 3, 2Н – 3Л; НС - 4, Н - 3К) – для нивелирования III и IV классов точности; технические (Н - 10, 2Н - 10КЛ) для технического нивелирования.

В зависимости от конструкции различают нивелиры: с цилиндрическим уровнем при трубе для приведения визирной оси в горизонтальное положение (Н - 3) и с самоустанавливающейся в горизонтальное положение линией визирования (H - 3K; H - 10 КЛ).

Устройство нивелиров.

Рис.11.3 Устройство нивелира

 Нивелиры (рис. 11.3) состоят из двух частей: нижняя часть представляет собой подставку (трегер) 1 с тремя подъемными винтами 2, позволяющими устанавливать прибор в горизонтальное положение по круглому установочному уровню 3. Верхняя часть состоит из зрительной трубы 4 и скрепленного с ней контактного цилиндрического уровня 5. Зрительная труба имеет визирную сетку. Контактный цилиндрический уровень имеет цену деления в зависимости от точности нивелира (высокоточные - 10´´; точные - 15÷23´´ и технические - 45´´).

Для грубого наведения на рейку используют целик и мушку зрительной трубы, а точное наведение осуществляется наводящим винтом 6. Нивелир крепится к штативу становым винтом.

Предварительная установка нивелира в рабочее положение осуществляется подъемными винтами подставки. Точное приведение в нуль-пункт пузырька цилиндрического уровня осуществляется элевационным винтом 7 по изображению его концов, которые с помощью оптической системы передаются в поле зрения зрительной трубы в виде контакта.

Нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования имеют компенсаторы, которые после приведения пузырька круглого уровня на середину устанавливают визирную ось в горизонтальное положение с точностью не более 1,5´´при наклоне зрительной трубы до ± 15´. Колебание компенсатора гасится воздушным демпфером. Нивелиры с компенсаторами позволяют повысить производительность труда при выполнении нивелирования.

Рис.11.4 Двусторонняя нивелирная рейка

В нивелирный комплект входят двусторонние нивелирные рейки (рис. 11.4). На их поверхность нанесены сантиметровые деления, с одной стороны окрашенные в черный и белый цвета, а с другой – в красный и белый. Концы рейки оковываются полоской металла. Нижний конец рейки называется пяткой. Пятка черной стороны рейки совмещается с нулем шкалы, а красная (контрольная) – начинается с произвольной цифры. По конструкции рейки бывают цельные и складные, а по длине – трех- и четырехметровые. Подписи делений (цифры) соответствуют дециметрам и возрастают снизу вверх. Цифры этих подписей прямые (см. рис. 11.4) могут быть перевернутые в зависимости от вида изображения в зрительных трубах (прямое или обратное).

Чтобы точно фиксировать рейки по высоте выбранные точки закрепляют костылями, башмаками или деревянными (металлическими) колышками, на которые затем устанавливают рейки.