Геометрическое нивелирование способом середины его схема

Способы геометрического нивелирования: нивелирование вперед, нивелирование из середины

6. СПОСОБЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ

Под нивелированием понимается процесс определения превышений меж­ду точками и высот точек местности. В геометрическом нивелировании п ревышения определяются горизонтальным лучом визирования по вертикаль­ным рейкам. Различают геометрическое нивелирование из середины и вперед.

6.1. Нивелирование вперед

При нивелировании вперед определение превышения точки В над точ­ кой А выполняют следующим образом.

Над точкой А устанавливают нивелир, а в точке В — нивелирную рейку (рис.15) С точностью до 1 мм измеряют высоту инструмента i , т.е. расстояние от вершины колышка в точке А до середины окуляра зрительной трубы.

Наводят трубу на рейку, элевационным винтом выводят пузырек цилиндри­ческого уровня на середину и берут по рейке отсчет b . Превышение точки В над точкой А (см. рис. 15) вычисляют по формуле

Нивелирование вперед производят главным образом для определения превышений между точкой стояния нивелира и другими точками местности.

6.2. Нивелирование из середины

При нивелировании из середины принята следующая методика опреде­ления превышений точки В над точкой А.

В точках А и В устанавливают рейки. Нивелир устанавливают на рав­ ных расстояниях от реек, т.е. посередине между ними или на перпендику­ ляре к прямой из ее середины (рис. 16). Зрительную трубу наводят на рейку в точке А; элевационным винтом выво­дят пузырек цилиндрического уровня на сере­дину и берут по рейке отсчет b .

Затем трубу наводят на рейку в точи В, вновь элевационным винтом выводят пузырек уровня на середину и берут по рейке от­счет .

Превышение определяют по формуле

Для контроля повторяют определение превышения. С этой целью либо изменяют высоту инструмента при повторном нивелировании, либо берут отсчеты по другой стороне реек (красной). Контролем правильности нивелирования на станции служит величина расхождения между значениями превышений из двух определений:

| .

Если данное условие выполняется, то в качестве превышения берут среднее из значений , в противном случае все измерения повторяют.

Нивелирование из середины является основным способом геометрического нивелирования, т.к. обладает рядом преимуществ:

при одинаковых расстояниях от нивелира до рейки работа выполня­ется в два раза быстрее, чем при нивелировании вперед;

автоматически компенсируются остаточные инструментальные погрешности из-за несовпадения визирной оси с горизонтальной линией;

нивелирование из середины позволяет выбирать положение станции в довольно широких пределах на перпендикуляре к середине прямой, соеди­няющей нивелируемые точки, в то время как при нивелировании вперед нивелир необходимо установить над одной из точек;

автоматически исключается влияние кривизны Земли и ослабляется влияние рефракции.

Источник

Статьи о радиотехнике, технологиях, чертежах, 3D-моделировании

Публикации для людей, интересующихся наукой и техникой

Рельеф местности — это совокупность неровностей поверхности земли, он является одной из важнейших характеристик местности. Знать рельеф — значит знать высоты всех точек местности. Высоту точки на местности определяют по превышению этой точки относительно другой точки, высота которой известна. Процесс измерения превышения одной точки относительно другой называется нивелированием.

Начальной точкой счета высот в нашей стране является нуль Кронштадтского футштока. От этого нуля идут ходы нивелирования, пункты которых имеют Балтийской системе высот. Затем от этих пунктов с известными высотами прокладывают новые нивелирные ходы и так далее, пока не получится довольно густая сеть, каждая точка которой имеет известную высоту. Эта сеть называется государственной сетью нивелирования; она покрывает всю территорию страны. Иногда высоты точек определяют в условной системе высот, если поблизости нет пунктов государственной нивелирной сети. Вследствие того, что измерение превышений выполняют различными приборами и разными способами, различают следующие нивелирования:

• геометрическое;
• тригонометрическое;
• барометрическое;
• гидростатическое.

Геометрическое нивелирование – это метод определения превышения с помощью горизонтального визирного луча и нивелирных реек (рис. 1). Для получения горизонтального луча используют прибор, который называется нивелиром. Геометрическое нивелирование широко применяется в геодезии и строительстве.

Рис. 1. Способы геометрического нивелирования: а – способ «из середины»; б – способ «вперед»

Сущность геометрического нивелирования заключается в следующем. Нивелир устанавливается горизонтально и по рейкам с делениями, стоящими на точках А и В, определяют превышение h как разность между отрезками а и b: h = а – b. Длины отрезков а и b в геодезии называют отсчетами, а иногда – «взглядом».

Горизонтальный визирный луч создает специальный геодезический прибор – нивелир, устанавливаемый между точками А и В. На точках А и В местности отвесно устанавливают нивелирные рейки с нанесенными на них делениями.

Для геометрического нивелирования могут быть использованы кроме нивелира и другие геодезические приборы (теодолиты, тахеометры и т. д.), если придать их визирным осям строго горизонтальное положение. Различают способы геометрического нивелирования «из середины» и «вперед» (рис. 1, а, 6).

Геометрическое нивелирование «из середины» осуществляют следующим образом. Для определения превышения h между точками А и В (рис. 1, а) в этих точках отвесно устанавливают рейки и берут отсчеты а («взгляд назад») на точку А и b («взгляд вперед») на точку В. Как следует из рис. 1, а, превышение между точками А и В равно:

Если превышение h оказалось положительным, то это означает, что передняя точка В расположена выше задней точки А и, наоборот, при отрицательном значении превышения h передняя точка расположена ниже задней.

Таким образом, превышение передней точки над задней равно разности отсчетов «взгляд назад» минус «взгляд вперед».

Если известна высота На задней точки А, то вычислив превышение, легко определить высоту Нb передней точки В по формуле:

То есть высота передней точки равна высоте задней плюс соответствующее превышение. Высота последующей точки может быть также определена через горизонт инструмента прибора H_i (рис. 1, а):

Горизонт прибора равен высоте точки плюс «взгляд на эту точку». Тогда высоту передней точки В легко определить по формуле:

Высота точки равна горизонту инструмента минус «взгляд на эту точку».

Способ нивелирования «из середины» является основным при производстве инженерных работ, поскольку практически не сказывается на результатах нивелирования точность юстировки прибора, а также влияние кривизны Земли и рефракции земной атмосферы. При геометрическом нивелировании способом «вперед» прибор устанавливают таким образом, чтобы окуляр его трубы находился над точкой А (рис. 1, 6). Вертикальное расстояние от центра окуляра до точки А называют высотой прибора i. Высоту прибора обычно измеряют с помощью вертикально установленной рейки.

Если в точке В установить рейку и взять на нее отсчет «взгляд вперед» b, то превышение между точками А и В определится:

На результаты нивелирования способом «вперед» существенное влияние оказывает точность юстировки прибора, а также влияние кривизны Земли и рефракции земной атмосферы. Поэтому геометрическое нивелирование способом «вперед» используют, как правило, при поверках и юстировках нивелиров перед началом полевых работ.

Нивелирование с одной стоянки прибора (станции) называют простым. Если требуется определить превышения или высоты для многих точек на значительном протяжении, то нивелирование осуществляют с нескольких станций, т. е. прокладывают нивелирный ход. Такое нивелирование называют сложным.

В процессе сложного нивелирования точки, общие для двух смежных станций, называют связующими, а остальные – промежуточными (рис. 2).

Рис. 2. Схема нивелирного хода: точки связующие (Рп, ПК1, +28, ПК3, +31,+72, ПК5); точки промежуточные (+41, ПК2, ПК4); а – продольный план.

При сложном нивелировании особое внимание уделяют связующим точкам, так как ошибка, допущенная в определении высоты одной из связующих точек, передается на все последующие.

При изысканиях автомобильных дорог, мостовых переходов, каналов и других линейных инженерных сооружений нивелирование ведут вдоль трассы сооружений, с определением высот переломных и характерных точек местности, с последующим составлением продольного профиля по оси будущего сооружения. Такое нивелирование называют продольным.

В характерных местах производят определение высот точек местности по перпендикулярам к трассе. Такое нивелирование называют поперечным. Необходимо иметь в виду, что поперечное геометрическое нивелирование производят обычно при небольшом перепаде высот между крайними точками поперечников, когда каждый поперечник может быть снят с 1-2 станций.

Классификация и устройство нивелиров

В соответствии с ГОСТ Р 53340-2009 нивелиры классифицируют по нескольким признакам.

По принципу приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение существует нивелиры с уровнем при зрительной трубы нивелиры с компенсаторами.

В приборах с уровнем перед каждым отсчетом по рейке пузырек цилиндрического уровня выводится на середину элевационным винтом. Таким нивелиром является, например, нивелир Н-3. Его устройство показано на рис. 3.

Рис. 3. Устройство нивелира с уровнем при трубе:

1 — зрительная труба; 2 — фокусирующий винт зрительной трубы;

3, 4 — закрепительный и наводящий винты; 5 — круглый уровень;

6 — исправительные винты круглого уровня; 7 — подъемные винты; 8 — подставка;

9 — элевационный винт; 10 — окуляр с диоптрийным кольцом для фокусировки трубы по глазу;

11 — исправительные винты цилиндрического уровня;12 — цилиндрический уровень

Вращая элевационный винт 9 (рис. 3), изменяющий наклон трубы 1 и цилиндрического уровня 12, приводят ось уровня в горизонтальное положение. Ось уровня горизонтальна, если его пузырек находится в нуль-пункте, на что указывает совмещение концов изображений половинок уровня в поле зрения трубы (рис. 4).

Рис. 4. Поле зрения зрительной трубы нивелира: отсчет по рейке равен 1449 мм

У нивелиров с компенсаторами визирная ось зрительной трубы автоматически приводится в горизонтальное положение с помощью специального устройства, называемого компенсатором. Компенсатор действует в пределах определенного диапазона, обычно 12-15´, поэтому предварительно прибор должен быть приведен в рабочее положение по круглому установочному уровню. Компенсаторы делят на две группы: оптико- механические и жидкостные.

Оптико-механические (маятниковые) компенсаторы используют свойство маятника занимать отвесное положение при наклоне прибора. На маятнике крепится оптическая деталь зрительной трубы (призма, зеркало), которая при наклоне прибора приводит визирную ось в горизонтальное положение. Для гашения колебаний маятника нивелир снабжают демпфером. По конструкции демпферы бывают воздушные или магнитные. Более надежны ми в эксплуатации считаются магнитные демпферы, они обеспечивает более высокую стабильность результатов измерений.

В жидкостных компенсаторах компенсирующим элементом является слой жидкости, поверхность которой при наклоне прибора всегда принимает горизонтальное положение, образуя со стеклянным дном ампулы оптический клин с углом, при вершине равным углу наклона прибора.

Нивелиром с компенсатором является, например, нивелир SETL AT24D. Его устройство показано на рис. 5.

Рис. 5. Устройство нивелира с компенсатором:

1 — зрительная труба; 2 — круглый уровень;

3 — исправительные винты круглого уровня; 4 — наводящий винт;

5 — подъемные винты; 6 — подставка; 7 — кремальера;

8 — визир; 9 — крышка окуляра; 10 — окуляр;

11 — горизонтальный лимб

По точности, в зависимости от величины средней квадратической погрешности (СКП) измерения превышения на 1 км двойного хода, нивелиры делят на высокоточные, точные и технические.

По способу отсчитывания по рейке нивелиры делятся на визуальные и цифровые. Нивелиры с цифровым отсчетом в своей конструкции содержат электронно-цифровой датчик, позволяющей автоматически считывать положение визирной линии по специальной штрих-кодовой рейке, а также регистрировать, хранить и обрабатывать информацию.

Цифровые (электронные) нивелиры являются многофункциональными геодезическими приборами, совмещающими функции оптического нивелира, электронного запоминающего устройства и встроенного программного обеспечения для обработки полученных результатов. К таким нивелирам относится, например, точный нивелир SDL50 (рис. 6).

Рис. 6. Цифровой нивелир SDL50

Основные требования к нивелирным рейкам

Нивелирные рейки используют для определения превышений точек местности относительно плоскости нивелирования. В зависимости от класса и точности нивелирования применяются различные типы реек.

Условное обозначение отечественных нивелирных реек, применяемых для оптических нивелиров, состоит из буквенного обозначения, цифрового обозначения группы нивелиров, для которой она предназначена (для высокоточных нивелиров 05, точных — 3, технических — 10), номинальной длины рейки и обозначения стандарта. В обозначении складных реек или реек с прямым изображением оцифровки шкал после указания номинальной длины добавляют соответственно буквы С и (или) П.

Рейки для цифровых нивелиров имеют RAB- или BAR-код, по которому с помощью цифрового нивелира снимают отсчет и определяют расстояние до рейки. Рейки для цифровых нивелиров могут быть односторонними или двухсторонними (с дополнительной сантиметровой или E-градуировкой, позволяющей снимать отсчеты с помощью оптического нивелира). Нивелирные рейки могут также использоваться для установки детектора лазерного луча на заданной высоте при работе с лазерными нивелирами (построителями плоскостей).

По конструкции нивелирные рейки могут быть цельными, складными или телескопическими.

Цельными и складными являются, как правило, деревянные рейки. Для их изготовления используют деревянные бруски двутаврового сечения из выдержанной древесины хвойных пород. На нижнюю часть рейки крепится металлическая пластина, называемая пяткой рейки. На одной из сторон реек деления нанесены черным цветом, на другой — красной. На рис. 7 представлены разные виды реек.

Рис. 7. Рейки нивелирные

Рейки телескопической конструкции имеют компактные размеры (в сложенном состоянии), малый вес и очень удобны в использовании с различными оптическими нивелирами. Телескопические рейки обычно изготавливаются из алюминиевого сплава или фибергласса.

Оформление полевых журналов

После получения задания инженеры оформляют обложки журналов и необходимые чертежи, обертывают журнал плотной бумагой и на лицевой стороне пишут номер журнала, свою фамилию. Затем нумеруют листы и оформляют титульный лист, данные о нивелирах и рейках.

Записи в журналах делают вычислительным шрифтом, простым карандашом или шариковой ручкой черного или синего цвета.

Запрещается пользоваться химическими и цветными карандашами.

Ну что понравилась вам статья? Теперь вы знаете, что такое геометрическое нивелирование. Если у вас есть вопросы или нужна консультация пишите сюда.

Подписывайтесь на наш youtube канал, где мы постоянно выкладываем образовательные видео о чертежах, технологиях, 3D.

Источник