Нивелирование

превышений.
Поверки и юстировки нивелиров
Источники ошибок при геометрическом нивелировании

Геодезические измерения классифицируются по различным признакам: назначению, точности, объему, характеру

информации и т. д.
По назначению геодезические измерения подразделяются на линейные, угловые, нивелирные (измерения высот и превышений), координатные, долготные (измерения времени) и гравиметрические (измерения силы тяжести).
В полевых условиях при угловых измерениях с помощью теодолитов измеряют горизонтальные и вертикальные углы, а также углы наклона. Линейные измерения производят при помощи землемерных лент, металлических и лазерных рулеток, свето-и радиодальномеров. Измерение превышений нивелирами позволяет определить высоты точек земной поверхности.
С учетом различий в выполнении геодезических измерений сформировались методы производства топографо-геодезических работ: триангуляции, трилатерации, полигонометрии, базисные измерения, топографические съемки, створные измерения, разбивочные работы, определение деформаций сооружений и их оснований и другие.

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

в результате которых определяют превышения точек, а также их

высоты над принятой уровенной поверхностью.

Нивелирование — один из видов геодезических измерений, которые производятся для создания высотной опорной геодезической сети, а также в целях производства инженерно-геодезических работ для проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений.
Результаты нивелирования используются в научных исследованиях по изучению фигуры Земли, колебаний уровней морей и океанов, вертикальных движений земной коры и т.д.
При изучении фигуры Земли высоты точек земной поверхности определяют не над уровнем моря, а относительно поверхности референц-эллипсоида и применяют методы астрономического или астрономо-гравиметрического нивелирования.
В зависимости от применяемых приборов и измеряемых величин геодезическое нивелирование делится на несколько видов.

помощью горизонтального оптического визирного луча, задаваемого при помощи нивелира.
(горизонтальным лучом

- нивелиром)

Тригонометрическое нивелирование заключается в определении превышений между точками по измеренному между ними расстоянию и углу наклона. Вычисление превышений ведут по формулам тригонометрии. (наклонным лучом - теодолитом )

Физическое нивелирование делится на три вида:
гидростатическое, основанное на свойстве свободной поверхности жидкости в сообщающихся сосудах всегда находиться на одинаковом уровне независимо от превышения точек, на которых установлены эти сосуды; (сообщающиеся сосуды)
барометрическое, в основу которого положена зависимость между величиной атмосферного давления на точке местности и ее высотой. Современные приборы барометрического нивелирования позволяют определять отметки точек с точностью 0,5 м и выше; (барометром-анероидом)
радиолокационное нивелирование производят с летательных аппаратов посредством определения длины пути прохождения электромагнитных волн отраженных от земной поверхности.

устанавливаемых на велосипедных рамах, автомобилях и т. д. При движении

такого прибора автоматически регистрируются пройденные им расстояния, высоты точек и вычерчивается профиль пройденного пути.

Стереофотограмметрическое нивелирование основано на определении превышений по паре фотоснимков одной и той же местности, полученных из двух точек базиса фотографирования.

Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов, ГКИНП (ГНТА)-03-010-02, Москва ЦНИИГАиК 2003 г.

– отсчёты по рейке.
Расстояния от нивелира до реек зависят

от требуемой точности нивелирования и условий местности, но должны быть примерно равны и не более 100—150м.
Превышение между точками определяют по формуле:

Геометрическое нивелирование – метод определения разностей высот точек посредством горизонтального визирного луча, задаваемого нивелиром, и вертикально установленных в этих точках реек .

Устройство нивелира достаточно простое. Он имеет две основные части: зрительную трубу и устройство, позволяющее привести визирный луч в горизонтальное положение.
Обычно применяют способ нивелирования из середины, устанавливая рейки на башмаках или колышках в двух точках, а нивелир — на штативе между ними.

ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ.
СПОСОБЫ «ИЗ СЕРЕДИНЫ» И «ВПЕРЕД»

рейки и берут отсчеты а и в, которые записывают в

миллиметрах в журнал нивелирования. Отсчет по рейке производят по средней нити нивелира, т.е. по месту, где проекция средней нити пересекает рейку.

и b по рейкам:
Способ геометрического нивелирования
из середины
Если известна отметка

HА точки А и превышение h, отметку HВ точки В определяют как их сумму:



Величина Hi, называется горизонтом прибора (ГП) или горизонтом инструмента (ГИ) и, как это видно из рисунка, является высотой визирного луча над исходной уровенной поверхностью. Следовательно, горизонт прибора на данной станции равен отметке точки плюс отсчет по рейке, установленной в этой точке.

Отсюда, отметка точки равна горизонту прибора минус отсчет по установленной в ней рейке:

точкой А, измеряют его высоту i и берут отсчет b

по рейке в точке В.
Превышение определяют вычитанием из высоты прибора i отсчета b:
Высоту передней точки В вычисляется по формуле:

В общем случае, отметка последующей точки равна отметке предыдущей точки плюс превышение между ними:

Во избежание ошибок в знаке превышения точку, отметка которой известна, считают задней, а точку отметку которой определяют - передней, т.е. превышение это всегда разность отсчетов назад и вперед.

или через горизонт инструмента:

высоты точки над уровнем моря: с увеличением высоты на 10

м давление падает примерно на 1 мм ртутного столба.
Приближенная формула :
h = H 2 - H1 = ΔH · (P1 - P2),
где P1 и P2 - давление в первой и во второй точках;
ΔH - барометрическая ступень, значения ΔH выбирают из специальных таблиц.
Точность барометрического нивелирования невысока: ошибка измерения превышения от 0.3 м в равнинных районах до 2 м и более в горных. Основные области применения - геология и геофизика.

жидкостью. Жидкость устанавливается в обоих сосудах на одном уровне.

C1,

C2 - высота столба жидкости в 1-м и во 2-м сосуде.
Обычная точность : mh = 0.5 - 10 мм при расстоянии от 10 до 500 м.

mh=±5 мм

h=(d1- c1)- (d2- c2)

измерения превышения 5 – 10 мкм; диапазон измерения превышений при

этом всего около 1 см.

двумя точками нужно измерить ν - угол наклона и d

– горизонтальное проложение.

HB=HA+h

ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ

Тахеометр Leica
TCR403 power

Ошибка измерения превышения от 2 см до 10 см на 100 м расстояния.

где f – поправка за кривизну земли и рефракцию, её вводят при d>300 метров

трубе и нивелиры с компенсатором, для автоматического приведения визирной оси

в горизонтальное положение при небольших наклонах нивелира.
Маркировка приборов
Если нивелир оснащен компенсатором, то в обозначении отечественного нивелира добавляется буква К.
Если после буквы К стоит буква Л это указывает на наличие горизонтального лимба у данного нивелира.

Классификация нивелиров

3Н – 5 Л

4 Н – 3 К Л

нивелиров
mh – СКО на 1 км двойного нивелирного хода

со средней квадратической погрешностью более 0,5 мм на 1 км

двойного хода. Применяется при нивелировании I и II классов в государственных геодезических сетях, на геодинамических полигонах, при ведении инженерно-геодезических работ.

Нивелир Н-3 - точный, используется для определения превышений со средней квадратической погрешностью не более 3 мм на 1 км двойного хода. Применяется при нивелировании III и IV классов и инженерно-геодезических изысканиях.

Цифровой нивелир DiNi 12 (Trimble) - идеальная система для прецизионных измерений превышений и расстояний. Ошибка измерений составляет 0.3 мм на километр двойного хода при использовании инварной штрихкодовой рейки, а при использовании деревянной штрихкодовой рейки – 1.0 мм.

выполнении технического нивелирования, при инженерно-геодезических изысканиях, в строительстве.
Нивелир ЗН-ЗКЛ -

относится к нивелирам технической точности и предназначен для геометрического нивелирования - определения разности высот точек на местности с помощью визирного луча, который автоматически устанавливается горизонтально, с горизонтальным лимбом, лимб 360°. СКП измерения горизонтального угла 0,1. Компенсатор Х-образный подвесной, с магнитным демпфером.

РН-3-3000
Рейка фиберглассовая
с RAB-кодом
Рейка BGS40
Рейки нивелирные
Высокоточное и точное нивелирование: РН-05

- односторонняя, шкаловая инварная.

Типы реек соответствуют типам нивелиров

Техническое нивелирование : РН-3 - деревянная, двухсторонняя, шашечная.

деревяный (SOK-L)
Винт становой
ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ

уровня; б – вид со стороны цилиндрического уровня:
1 –

подъемные винты; 2 – элевационный винт; 3 – круглый уровень; 4 – кремальера; 5 – корпус зрительной трубы; 6 – наводящий винт; 7 – трегер; 8 – закрепительный винт; 9 – объектив; 10 – окуляр с диоптрийным кольцом; 11 – контактный цилиндрический уровень.

a

б

Рис. Точный нивелир Н-3:

фокусирующая линза, 3 – кремальера,
4 - сетка нитей ,

5 – окуляр,

Визирная ось зрительной трубы – линия, проходящая через оптический центр объектива, окуляра и центр сетки нитей.

VV1 – визирная ось зрительной трубы,
КК1 – ось круглого

уровня,
UU1 – ось цилиндрического уровня

положение.
Применение уровней - на свойстве пузырька газа занимать в

жидкости наивысшее положение.
Точность уровней: цилиндрические уровни имеют цену деления от 1‘ до 10", круглые от 3’ до 5’ .
Основные части уровня:
Ампула - стеклянная трубка, заполненная спиртом или серным эфиром;
Оправа для предохранения ампулы и установки ее на прибор;
Пузырек - пары жидкости ампулы (рабочее тело);
Юстировочные винты (регулировка положения уровня).

касательная, проведенная к поверхности ампулы в нуль-пункте.
Цена деления уровня (τ)

- центральный угол, соответствующий дуге в одно деление шкалы на ампуле: τ = ρ ·l /R
τ - угол, на который наклонится ось уровня при смещении пузырька на одно деление шкалы.

Цилиндрический уровень

изготавливают из дерева, пластмасс, металлов и сплавов.
Нивелирная рейка состоит

из двух брусков двутаврового сечения, соединенных между собой металлической фурнитурой. Это позволяет складывать рейку для транспортирования.
Рейка имеет градуировку на обеих сторонах. Сантиметровые шашки наносят по всей длине рейки с погрешностью 0,5 мм и оцифровывают через 1 дм. Цена деления шкалы - 1 см (10 мм) .
На основной стороне рейки шашки черные на белом фоне, на другой (контрольной) — красные на белом фоне. На черной стороне нулевое деление рейки совмещено с пяткой рейки, красная сторона начинается с отсчета 4680 мм.
Пятка рейки - металлическая пластина в нижней части рейки. Разность нулей рейки( разность пяток) - разность отсчетов на дополнительной и основной шкалах рейки.
На каждой стороне рейки три цветные шашки каждого дециметрового интервала, соответствующие участку в 5 см, соединяются вертикальной полосой.

Рис. Нивелирная рейка (а), костыль (б), башмак (в) и отчёты по рейке (г).

Шашечные рейки

оцифрованного дециметрового интервала контрольной стороны смещено по отношению к началу

первого оцифрованного дециметрового интервала основной стороны.
Для удобства и быстроты установки нивелирные рейки иногда снабжают круглыми уровнями и ручками. На торцах нивелирной рейки укрепляют пятки в виде металлических полос толщиной 2 мм.
Рейки маркируют так: например, тип РН-10П-3000С означает, что это рейка нивелирная, со шкалой деления (разграфкой) 10 мм, подписью цифр «прямо», длиной 3000 мм, складная. Для точных и технических работ выпускают рейки длиной от 1.8 до 4 м.
Нивелирные рейки могут применять в разное время года при различных метеорологических условиях. Температурный диапазон работы реек -40...+ 50 °С.
Во время работы рейки устанавливают на деревянные колья, костыли или башмаки.
Рейки устанавливают вертикально «на глаз» или с помощью уровня. Если уровня нет, отсчет по рейке берут при покачивании рейки в сторону нивелира и от него. Из всех видимых отсчетов берут наименьший — он соответствует отвесному положению рейки.

месту, где проекция средней нити пересекает рейку. Сделать отсчет по

рейке — это значит определить высоту визирной оси нивелира над нулем (основанием) рейки. Цифры считывают в такой последовательности: сначала меньшую, видимую вблизи средней нити, подпись (сотни миллиметров), потом прибавляют к ней целое число делений, на которое нить сетки отстоит от меньшей подписи в сторону большей (десятки миллиметров), затем наименьший десятимиллиметровый отрезок делят «на глаз» (количество миллиметров). Отсчет записывают в миллиметрах (на рис. отсчёт равен 1843, изображение обратное).

Рис. Отчёты по рейке.

следующим геометрическим условиям.
1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси

вращения инструмента. Для поверки этого условия подъемными винтами приводят пузырек круглого уровня в центр ампулы и поворачивают верхнюю часть нивелира на 180°. Если после этого пузырек останется в центре ампулы, то условие выполнено. В противном случае исправительными винтами круглого уровня перемещают пузырек к центру на половину дуги отклонения и окончательно совмещают пузырек уровня с центром ампулы с помощью подъемных винтов. Поверку повторяют до полного выполнения требуемого условия.
2. Вертикальная нить сетки должна быть параллельна оси нивелира. В защищенном от ветра месте подвешивают отвес. В 20 — 25 м от отвеса устанавливают нивелир, приводят его по круглому уровню в рабочее положение и совмещают один из концов вертикальной нити со шнуром отвеса. Если другой конец нити отклоняется от шнура не более 0,5 мм, то условие выполнено.
Если условие нарушено, то, ослабив крепежные винты, пластинку с сеткой нитей поворачивают до совмещения вертикальной нити со шнуром отвеса.

Поверки и юстировки нивелиров

уровня. Это условие часто называют главным условием нивелира. Проверяют его

двойным нивелированием одного и того же отрезка линии. С этой целью закрепляют колышками линию АВ (рис.) длиной 50 — 75 м. Нивелир устанавливают на станции (рис. а) так, чтобы окуляр находился над точкой А, и измеряют высоту инструмента i1 , а по рейке, установленной в точке В, берут отсчет b1. Затем нивелир и рейку меняют местами (рис. б), измеряют высоту инструмента i2 и берут отсчет по рейке B2.

Рис. К поверке нивелира

уровня, то отсчеты по рейке b1 и b2 будут ошибочны

на величину х. Из рис. получим:

Так как в обоих случаях нивелировали одни и те же точки, то левые части формул равны между собой. Следовательно:

откуда ошибка

Если полученное значение |x| ≤ 4 мм, то главное условие практически считается выполненным. В противном случае вычисляют правильный отсчет по рейке (b2+х) и с помощью элевационного винта наводят на него среднюю нить сетки, а затем исправительными винтами цилиндрического уровня совмещают изображение концов пузырька в поле зрения трубы. После юстировки поверку повторяют.

линии трубы в горизонтальное положение по уровню; при t =

25° она достигает 3" - 4". Для расстояния 100 м это приводит к ошибке отсчета по рейке 2 мм.
Ошибка отсчета из-за ограниченной разрешающей способности трубы нивелира; при увеличении V = 25x эта ошибка достигает 1.2 мм на 100 м расстояния.
Нарушение главного условия нивелира; при нивелировании строго из середины эта ошибка исключается.
Наклон рейки. Для уменьшения влияния наклона рейки ее рекомендуется слегка покачивать вперед-назад около вертикального положения; при отсчетах меньше 1000 мм рейку качать нельзя. При покачивании рейки отсчеты по ней изменяются; наименьший отсчет является правильным.
Ошибка нанесения делений на рейке.
Общая ошибка отсчета по шашечной рейке нивелиром Н-3 оценивается в 4 мм на 100 м расстояния.

– геодезический прибор, предназначенный для измерения превышения между двумя точками

при помощи горизонтального визирного луча и вертикально установленных в этих точках реек.
Репер – постоянный знак закрепления нивелирного хода.
Геометрическое нивелирование – определение превышений горизонтальным лучом визирования при помощи нивелира и нивелирных реек.
Неравенство плеч на станции – расхождение в расстояниях от нивелира до задней и передней реек.
Главное условие нивелира – ось уровня при трубе должна быть параллельна визирной оси трубы.
Превышение одной точки относительно другой – разность отметок этих точек.
Станция нивелирования – точка стояния нивелира, на которой выполняется измерение превышения.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ