Нивелирование, способы, методы и классы
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.
Методы построения и классы 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.1.
Рис.1. 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.
Источник
Способы геометрического нивелирования
ТЕМА 6. НИВЕЛИРОВАНИЕ
Лекция 8:
Задачи и методы нивелирования
Одним из основных видов геодезических работ является нивелирование, имеющий целью определение относительных отметок точек земной поверхности, элементов конструкций, а также их высоты относительно принятой уровенной поверхности.
Нивелирование производится для изучения форм рельефа и определения превышений отдельных точек конструкций и сооружения в целом при проектировании, строительстве и эксплуатации. Результаты этого вида геодезических работ используются при решении различных инженерных и научных задач в целом ряде отраслей, в том числе и оборонного значения.
По видам нивелирование подразделяется на:
Геометрическое нивелирование основано на горизонтальном положении визирного луча, которое задается с помощью инструментов, называемых нивелирами.
Тригонометрическое нивелирование производится наклонным лучом с использованием теодолитов либо тахеометров. В этом случае измеряются углы наклона и расстояния между определяемыми точками.
Физическое нивелирование разделяется на барометрическое, гидростатическое и аэронивелирование.
При барометрическом нивелировании используют барометры, с помощью которых по разности давлений в различных точках определяются превышения между ними.
Гидростатическое нивелирование основано на свойстве поверхности жидкости в сообщающихся сосудах всегда находится на одинаковом уровне.
Аэронивелирование производится с самолета при помощи радио-высотометра и статоскопа, позволяющих определять высоты самолета над земной поверхностью и изменение его высоты в полете; совместное использование этих данных определяет превышения между точками поверхности Земли.
Стереофотограмметрическое нивелирование выполняется путем измерений модели местности, основанное на стереоэффекте при рассматривании двух снимков одной и той же местности (стереопар).
Автоматическое нивелирование производится при помощи приборов, автоматически вычерчивающих профиль местности.
Наиболее точным и употребительным в инженерной практике является геометрическое нивелирование.
Способы геометрического нивелирования
Геометрическое нивелирование является наиболее распространенным и точным видом. С помощью геометрического нивелирования выполняются следующие виды работ:
— создание высотной государственной геодезической сети;
— передача отметок от пунктов высотной опорной сети на строительные площадки;
— при трассировании линейных сооружений;
— передача отметок на монтажные горизонты и дно глубокого котлована;
— наблюдение за вертикальными деформациями зданий и сооружений.
Различают два способа геометрического нивелирования: из середины и вперед. При выполнении первого способа нивелир устанавливают посередине между точками А и В и приводят визирную ось инструмента в горизонтальное положение (рис. 6.1). На точки А и В Вертикально устанавливают рейки с нанесенными делениями. Отсчет делений ведется от нижнего конца (пятки) рейки вверх. Превышение между точками определяют
где а и b – отсчеты по рейкам.
Если нивелирование производится от точки А к точке В, то рейка в точке А будет задней, а в точке В – передней. Следовательно, превышение равно разности отсчетов по задней и передней рейкам.
Второй способ заключается в следующем: нивелир устанавливают над точкой таким образом, чтобы вертикальная линия от окуляра с точкой А (рис. 6.2). Визирную ось приводят в горизонтальное положение, измеряют высоту i инструмента и берут отсчет b по рейке. В этом случае
т.е. превышение равно высоте инструмента минус отсчет по передней рейке.
Если известна отметка точки А и определено превышение точки В над точкой А,то из рис. 6.1 следует
Очень часто возникает необходимость вычислять отметки точек через горизонт инструмента ГИ. Горизонтом инструмента называется расстояние по вертикали от уровенной поверхности до визирного луча и согласно рис 6.1
. (6.4)
Для схемы на рис. 6.2 горизонт инструмента определится
. (6.5)
Отметка точки В получается
, (6.6)
т.е. отметка точки равна горизонту инструмента минус отсчет на данную точку.
Для передачи отметок на значительные расстояния, а также для составления профиля местности нивелируемая линия АС (рис. 6.3) разбивается на отрезки, каждый из которых нивелируется с одной постановки инструмента, которая называется станцией. Установив нивелир в точке К1,получают превышение точки 1относительно точки А:
 |
Далее последовательно определяют h2, h3 . между точками 2и 1, 3и 2и т.д. Таким образом, превышение конечной точки над первой равно сумме отсчетов по задней рейке минус сумма отсчетов по передней
. (6.8)
Отметка точки С будет
. (6.9)
Точки нивелирного хода, через которые происходит последовательная передача отметок, называются связующими. В том случае, если последовательное нивелирование производится для составления профиля, возникает необходимость определять отметки характерных точек местности. Такие точки, расположенные между связующими, называются промежуточными или плюсовыми, и не участвуют в передаче отметок. Они обозначаются числом метров, соответствующим расстоянию от задней точки до промежуточной, (+71 на станции К2 и +66на последней станции).
Источник
Методы нивелирования
Вы будете перенаправлены на Автор24
Нивелирование в геодезии представляет собой комплекс работ геодезической направленности, которые связаны с измерением превышений, а также высот точек местности. Подобные работы выполняются при необходимости решений разных инженерно-геодезических задач в строительстве, в условиях высотной съемки местности, выполнения научно-технических задач, когда изучаются динамические процессы движения земной коры, разности уровня воды в океанах, при исследовании деформаций инженерных сооружений.
Подразделяют нивелирные сети на ведомственные и государственные. Государственная сеть означает систему располагающихся на всей территории страны закрепленных на местности геодезических пунктов (называемых реперами). Высоты таких реперов установлены в единой системе от исходного пункта, считающегося началом отсчета высот.
Государственную нивелирную сеть строят, согласно принципу от общего к частному. При этом она разделена на четыре класса. Сети первого и второго классов считаются максимально точными, они предназначены с целью распространения на территорию страны единой системы высот.
Таким образом, к высокоточному нивелированию относятся первый и второй классы, а к точному – третий и четвертый (сети сгущения).
В геодезии выделяют такие методы нивелирования:
- геометрическое, наиболее точное (отмечено ситуацией, когда превышение между точками получается в форме разности отсчетов по рейке при условии горизонтального положения визирной оси);
- тригонометрическое (при таком методе превышение между точками будет определяться по расстояниям между точками и измеренным вертикальным углам, имеется в виду нивелирование посредством наклонного визирного луча).
- барометрическое (основывается на зависимости высоты точек на местности и атмосферного давления);
- гидростатическое (основано на таком свойстве жидкости в сообщающихся сосудах, как пребывание на одном уровне).
Готовые работы на аналогичную тему
Геометрическое нивелирование
Геометрическое нивелирование выполняется с задействованием нивелира и нивелирных реек. Нивелир является прибором, в котором в горизонтальное положение приводится визирный луч. Отсчеты берутся по шкалам вертикально устанавливаемых реек нивелира. Возрастание оцифровки шкал на рейках осуществляется вверх от пятки рейки. Если нулевая отметка шкалы находится на пятке рейки, отсчет по рейке равнозначен расстоянию между пяткой и лучом визирования.
Рисунок 1. Схемы основных способов геометрического нивелирования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Геометрическое нивелирование выполняется следующими двумя способами:
- Нивелирование из середины (считается главным способом). С целью измерения превышения одной точки над другой нивелир устанавливается в средней части между ними, при этом в горизонтальное положение приводится его визирная ось. На этих точках устанавливаются рейки нивелира. Отсчет первой точки берется по задней рейке, а второй – по передней.
- Нивелирование вперед предусматривает установку нивелира над первой точкой и последующее измерение (стандартно — посредством рейки) высоты прибора. Во второй точке, чью высоту потребуется установить, устанавливаются рейка. После приведения визирной оси нивелира в горизонтальное положение, берется отсчет второй точки по черной стороне рейки.
Тригонометрическое нивелирование
Тригонометрическое нивелирование между двумя пунктами предполагает включение измерения расстояния и угла наклона между ними с дальнейшим вычислением показателя превышения по тригонометрическим формулам. Над первым пунктом ставится теодолит, на второй ставится рейка или веха.
На рейке (вехе) отмечается точка визирования и измеряется ее высота. Над первым пунктом измеряется показатель высоты прибора. Посредством теодолита измеряется угол наклона линии. Наклонное расстояние определяется с задействованием оптического дальномера или светодальномера.
Теодолит представляет собой специальный прибор измерительного действия, предназначенный для вычисления вертикальных и горизонтальных углов в момент проведения топографических съемок, а также при осуществлении маркшейдерских и геодезических работ, в рамках строительства и пр.
Рисунок 2. Схема тахеометрического хода. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Основной рабочей мерой в теодолите выступают лимбы с присутствием градусных и минутных делений (горизонтального и вертикального типа). Теодолит может применяться для определения расстояний с нитяным дальномером.
Альтернативным вариантом конструкции теодолита является гиротеодолит, кинотеодолит и тахеометр. В конструктивном плане теодолит состоит из таких базовых узлов:
- корпуса с наличием горизонтальных и вертикальных отсчетных кругов и иных технологических узлов;
- подставки (иногда называемая триггером) с присутствием трех подъемных винтов и круглого уровня (с целью горизонтирования теодолита);
- зрительной трубы;
- наводящих и закрепительных винтов для того, чтобы зафиксировать зрительную трубу на объекте наблюдения;
- цилиндрического уровня;
- оптического центрира (отвеса) в целях максимально точного центрирования над точкой;
- отсчетного микроскопа для снятия отсчетов.
Поверки теодолита представляют действия, направленные на выявление выполнения геометрических условий, предъявляемых к инструменту. С целью выполнения нарушенных условий производятся действия по исправлению (юстировка инструмента).
Барометрическое нивелирование
С целью вычисления высот точек местности в ходе выполнения работ по геодезическому исследованию, с целью съемки рельефа горной и высокогорной территории, может применяться метод барометрического нивелирования. Задачей такого метода является вычисление разности высот двух точек на базе результатов параллельного измерения атмосферного давления в данных точках.
Что касается атмосферного давления в каждой точке местности, то оно будет зависимым от высоты над уровнем моря и тех метеорологических условий, которые наблюдались в момент измерений. При измерении атмосферного давления применяются барометры пружинного и частично жидкостного (ртутного) типа. Пружинные называются также анероидами.
В связи с существенным воздействием на давление температуры воздуха, ее измерение выполняется параллельно с давлением на станции посредством термометра-праща (толстостенного капилляра, в один конец которого помещают ртуть, а что касается другого, то он заканчивается металлическим наконечником (возможно стеклянным шаром), к которому прикрепляется шнур).
Источник
