Нивелирование. Нивелирные сети Нивелирование определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки нуля высот
 Скачать 239.5 Kb.
|
|
Нивелирные сети Нивелирование – определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки («нуля высот»). За исходный уровень отсчета высот в России принят средний уровень Балтийского моря- нуль Кронштадтского футштока (Балтийская система высот). Нивелирные сети подразделяются на государственные и ведомственные (маркшейдерские, на строительных площадках и т. п.). Под государственной нивелирной сетью понимают систему размещенных на всей территории страны надежно закрепленных на местности геодезических пунктов (реперов), высоты которых определены в единой системе от одного исходного пункта, принятого за начало отсчета высот. Государственная нивелирная сеть строится по принципу «от общего к частному» и делится на четыре класса: I, II, III и IV. Сети I и II как наиболее точные предназначены для распространения единой системы высот на территорию страны. I и II классы относят к высокоточному нивелированию, III и IV классы – к точному и являются сетями сгущения. Методы нивелирования Существуют следующие методы нивелирования: - геометрическое нивелирование, при котором превышение между точками получают как разность отсчетов по рейке при горизонтальном положение визирной оси; - тригонометрическое нивелирование, когда превышение между точками определяют по измеренным вертикальным углам и расстояниям между точками, т. е. нивелирование наклонным визирным лучом; - барометрическое нивелирование, основанное на использовании зависимости между атмосферным давлением и высотой точек на местности; - гидростатическое нивелирование, основанное на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах находиться на одном уровне. Самым точным и распространенным является геометрическое нивелирование. Геометрическое нивелирование Геометрическое нивелирование или нивелирование горизонтальным лучом выполняют специальным геодезическим прибором - нивелиром; отличительная особенность нивелира состоит в том, что визирная линия трубы во время работы приводится в горизонтальное положение. 1. Нивелирование из середины. При нивелировании из середины нивелир устанавливают посредине между точками А и В, а на точках А и В ставят рейки (рис. 1). При движении от точки A к точке B рейка в точке А называется задней, рейка в точке В - передней. Сначала наводят трубу на заднюю рейку и берут отсчет a, затем наводят трубу на переднюю рейку и берут отсчет b. Превышение точки B относительно точки А получают по формуле: h = a - b.  Рис. 1 Рис. 2 Контролем нивелирования на станции по способу из середины является определение превышения с использованием черной и красной сторон реек: hч = aч – bч hк = aк – bк. Если hч - hк I ≤ 4 мм, то за окончательное значение принимаем среднее арифметическое hср = (hч + hк)/2. Если a > b, превышение положительное, если a < b - отрицательное. Отметка точки В вычисляется по формуле: Hв = Hа + hср. Высота визирного луча над уровнем моря называется горизонтом прибора и обозначается Hг: ГП = HА + a = HВ + b. Нивелирование вперед. При нивелировании вперед нивелир устанавливают над точкой А так, чтобы окуляр трубы был на одной отвесной линии с точкой. На точку В ставят рейку. Измеряют высоту нивелира i над точкой А и берут отсчет b по рейке (рис.2). Превышение h получают по формуле: h = i - b. При способе вперед для контроля нивелир поднимают или опускают на несколько сантиметров, при этом высота прибора и отсчет изменится h, = i, - b, Если I h – h, I ≤ 4 мм, то за окончательное значение принимаем среднее арифметическое hср = (h + h,)/2. Отметку точки B можно вычислить через превышение по формуле или через горизонт прибора: Hв = ГП - b. Схема устройства нивелира. Нивелир прибор, обеспечивающий горизонтальное положение визирной оси. Основными частями нивелира являются зрительная труба 1 и скрепленный с ней цилиндрический уровень 2 (рис.1), с помощью которого визирная ось трубы VV приводится в горизонтальное положение. Зрительная труба имеет закрепительный и наводящий винты. Приближенное приведение оси вращения нивелира ZZ в отвесное положение производится по круглому уровню 4, расположенному на подставке 3 с помощью трех подъемных винтов 5.  Рис. 3 Нивелир имеет 4 оси: ZZ- ось вращения нивелира должна занимать отвесное положение; ii- ось круглого уровня должна быть параллельной оси вращения; VV- визирная ось зрительной трубы должна занимать горизонтальное положение; UU- ось цилиндрического уровня должна быть параллельной визирной оси. Проверка взаимного положения осей называется поверками нивелира, они должны быть выполнены до начала измерений. Над цилиндрическим уровнем расположено призменное устройство, позволяющее получать изображения концов пузырька. Такой уровень называется контактным. Вращением элевационного винта добиваются, чтобы изображения концов пузырька были совмещены. В этот момент пузырек будет находиться в нуль-пункте (Рис 4 б.)  Рис.4. а) пузырек не в нуль-пункте; б) пузырек в нуль-пункте Устройство нивелира Н3 Нивелир Н3 согласно ГОСТ 10528-76 относится к точным нивелирам, предназначен для нивелирования III и IV классов и технического нивелирования с погрешностью не более 3 мм на 1 км двойного хода. Общий вид нивелира   Рис. 5 1 – зрительная труба; 2 – цилиндрический уровень при трубе; 3 – элевационный винт; 4 – круглый уровень (на рисунке не показан); 5,6 – закрепительный и наводящие винты; 7 – вертикальная ось нивелира (ZZ1); 8 – подставка с тремя подъемными винтами. Нивелирные рейки. Для технического нивелирования применяют деревянные трехметровые раскладные рейки. На обоих сторонах рейки наносят сантиметровые деления- шашки, которые на одной стороне окрашивают черной краской, а на другой –красной. Сантиметровые деления группируют по пять, дециметровые деления подписывают. Отсчет по нивелирной рейке берется следующим образом (рис. 6).  Рис. 6 Отсчёт берётся в миллиметрах и всегда выражается четырёхзначным числом: первые две цифры - номер дециметра, 3-я цифра - число полных сантиметровых делений от начала дециметра до средней нити, 4-я цифра - десятые доли следующего сантиметрового деления. На рис. 6 отсчёт по центральной нити 1058. На черных сторонах началу шкал соответствуют нули, на красной отчет которого нет на черной- например 4787. Для нивелирования из середины используют комплект реек с разностью 100 мм (например 4787 и 4687). Рейки устанавливают на костыли или башмаки. Поверки нивелира Н3 1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира ZZ || ii. Подъёмными винтами приводят пузырёк круглого уровня в центр кружка на ампуле уровня и поворачивают верхнюю часть прибора на 180°. При отклонении пузырька от центра ампулы перемещают его к центру на половину отклонения с помощью исправительных винтов круглого уровня. Окончательно приводят пузырек уровня на середину подъемными винтами. Если уровень исправился, то поверку необходимо повторить. 2. Горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна оси вращения нивелира. С помощью круглого уровня приводят ось вращения нивелира в отвесное положение. Среднюю нить наводят на ясно видимую точку и наводящим винтом плавно вращают трубу в горизонтальном направлении. Нить сетки не должна сходить с выбранной точки. Эту же поверку можно делать, наводя вертикальную нить сетки на нить отвеса. При несоблюдении условия необходимо снять защитный колпачок и развернуть сетку нитей, предварительно ослабив четыре винта в торце окулярной части трубы отверткой. 3. Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси трубы («главное условие нивелира») VV || UU. Первая часть главного условия проверяется двойным нивелированием вперед. На местности забивают два колышка на расстоянии около 50 м один от другого. Нивелир устанавливают над точкой А так, чтобы окуляр трубы находился на одной вертикальной линии с точкой (рис.4). От колышка до центра окуляра измеряют высоту прибора i1. Затем рейку ставят в точку В, наводят на нее трубу нивелира, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b1. Затем нивелир и рейку меняют местами, измеряют высоту прибора i2, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b2 (рис.7).  Рис. 7 Пусть главное условие нивелира не выполняется, и при положении пузырька уровня в нуль-пункте визирная линия не горизонтальна, а составляет с осью уровня некоторый угол i. Тогда вместо правильного отсчета b0 1 получается ошибочный - b1. Ошибку отсчета обозначим x, и превышение точки В относительно точки А будет равно: h = i1 - (b1 + x). При положении нивелира в точке В превышение точки А относительно точки В: h' = i2 - (b2 + x). Но h = - h', поэтому i1 - (b1 + x) = - [i2 - (b2 + x)]. Отсюда получаем: x = 0.5*(i1 + i2) - 0.5*(b1 + b2). Если x получается больше 4 мм по модулю, необходимо выполнить юстировку уровня, т.е. устранить угол i. Для этого элевационным винтом наклоняют трубу нивелира до тех пор, пока отсчет по рейке не будет равен правильному отсчету: b02 = b2 + x, при этом пузырек уровня уйдет из нуль-пункта. Исправительными винтами уровня приводят пузырек в нуль-пункт и повторяют поверку заново. При нивелировании строго из середины ошибка отсчета по рейке из-за невыполнения главного условия нивелира не влияет на величину измеряемого превышения (рис.8).  Рис. 8 Техническое нивелирование. Для создания высотного обоснования и решения других инженерных задач прокладывают ходы технического нивелирования между двумя исходными реперами в виде одиночных ходов или системы ходов с одной или несколькими узловыми точками. Узловой называется точка пересечения ходов. Длина ходов определяется высотой сечения рельефа. Для производства работ используют нивелиры с увеличением зрительной трубы не менее 20х и комплект из двух двухсторонних реек. Разомкнутый нивелирный ход прокладывают в одном направлении методом из середины. Точка установки прибора называется станцией, рейки устанавливают на точках хода или промежуточных точках. На рис 1. показана схема перестановки реек при переходе от станции к станции. Оптимальная длина визирного луча (длина плеча)- 120м. ее, измеряют по дальномерным нитям, разность плеч не должна превышать 10 м. Высота визирного луча над подстилающей поверхностью должна быть не менее 0,2 м. Отсчеты по рейкам, устанавливаемым на колья, костыли или башмаки, для определения превышений берутся по средней нити.  Рис. 1. Схема нивелирного хода. Порядок работы на станции: А) установка нивелира в рабочее положение, т.е. приведение оси вращения инструмента в отвесное положение по круглому уровню, с помощью подъемных винтов. Измерение длин плеч по дальномерным нитям и контроль расхождения их длины Δl=l1–l2< 10 м.
Перед каждым отсчетом пузырек цилиндрического уровня должен быть приведен в нуль-пункт. С) вычисление превышений по черной и красной сторонам hч= aч – bч и hк= aк - bк, Контроль на станции – расхождение превышений не должно быть более 5 мм. hч- hк< 5 мм. Результаты наблюдений фиксируют в журнале нивелирования, вычисленные средние значения превышений записывают с округлением до миллиметра. Для проверки вычислений на каждой странице выполнить постраничный контроль. 1 / 2 · зад – перед = 1 / 2 h = hср . Вследствие округления расхождение может доходить до 2 мм. Невязки по ходу вычисляют по формуле: fh = hср - hтеор hтеор= Нк –Нн, где hср – сумма средних превышений походу; Нк , Нн, - высоты конечной и начальной точек хода. Допустимую невязку рассчитывают по формуле: fhдоп = (50 · L) мм , где L- длина хода в километрах. На местности с большими углами наклона, когда на 1 км. хода более 25 станций, предельная невязка вычисляется по формуле: fhдоп = (50 · n) мм , где n- число станций в ходе. Если полученная невязка превышает допустимое значение, то поправки в измеренные превышения вводят пропорционально длинам сторон хода. В случае проложения разомкнутого хода, например при передаче высоты с репера на точку, ход технического нивелирования прокладывают в прямом и обратном направлении (Рис 2). Невязку в этом случае вычисляют по формуле: fh = hпр + hобр , где hпр и hобр ― соответственно суммы превышений прямого и обратного хода. При допустимом расхождении между значениями превышений из прямого и обратного хода вычислить среднее значение по формуле:  .Высота точки вычисляется по формуле: HA = Hреп 12 + hсред .  Рис.2. Схема разомкнутого нивелирного хода. Тригонометрическое нивелирование Тригонометрическое нивелирование называют также геодезическим или нивелированием наклонным лучом. Его достоинством является возможность передачи высот на значительные расстояния. Оно выполняется теодолитом; для определения превышения между двумя точками нужно измерить угол наклона и расстояние. В точке А устанавливают теодолит, в точке В - рейку или веху известной высоты V. Измеряют угол наклона зрительной трубы теодолита при наведении ее на верх вехи или рейки (рис.4.38). Длину отрезка LK можно представить как сумму отрезков LC и CK с одной стороны и как сумму отрезков LB и BK с другой. Отрезок LC найдем из ΔJLC: LC = S*tg ν , остальные отрезки обозначены на рисунке.  Рис.4.38 Тогда LC + CK = LB + BK и S * tg( ν) + i = V + h. Отсюда выразим превышение h h = S * tg(ν) + i – V, где S- горизонтальное проложение, которое может быть вычислено из решения обратной геодезической задачи (если известны плановые координаты точек X,Y), измерено по плану или вычислено по измеренному наклонному расстоянию; v- угол наклона измеряют при двух положениях вертикального круга КЛ и КП; i- высота прибора измеряется рулеткой по отвесной линии от точки А до центра окуляра зрительной трубы c точностью 1 см; V- высота визирования, для упрощения формулы V принимают равной i , формула примет вид: h = S * tg(ν) , Если расстояние между точками А и В более 300 м., вводится поправка за кривизну Земли и рефракцию f. h = S * tg(ν) + i – V+f/ Ошибка измерения превышения из тригонометрического нивелирования оценивается величиной от 2 см до 10 см на 100 м расстояния. При последовательном измерении превышений получается высотный ход; в высотном ходе углы наклона измеряют дважды: в прямом и обратном направлениях. |