Геометрическое нивелирование
Геометрическое нивелирование — метод измерения превышений (разности высот двух точек на местности) путем визирования горизонтальным лучом. Сущность геометрического нивелирования сводится к определению превышений между точками горизонтальным лучом. При выполнении геометрического нивелирования применяют нивелир и рейки. Приводят визирную ось инструмента в горизонтальное положение после чего берут отсчеты по шкалам установленных вертикально нивелирных реек[1][2].
Простое нивелирование
правитьПростым называют нивелирование, когда превышение от исходной до определяемой точек измеряется с одной установки инструмента.[3].
Технологические схемы простого нивелирования
правитьРазличают 3 основных технологические схемы простого геометрического нивелирования «нивелирование из средины», «нивелирование вперед» и комбинированный метод.
Нивелирование «из середины»
правитьМетод «нивелирование из средины» применяется при прокладке нивелирных ходов. Основным способом геометрического нивелирования является нивелирование «из середины».
Данный метод основан на теореме о вертикальных углах. Он позволяет компенсировать основную погрешность геометрического условия нивелира (не параллельность оси цилиндрического уровня и визирной оси).
Зрительная труба нивелира наводится на рейку, установленную в точке с исходной высотой (репер), и берется отсчет . При визировании на 2-ю рейку в точке с искомой высотой 2-й — отсчет . Далее вычисляют искомое превышение ( ) по формуле:
После чего можно вычислить высоту искомой точки:
Порядок работ на станции
правитьПри нивелировании «из середины» соблюдается следующий порядок работы на станции:
— отсчеты по чёрной и красной сторонам задней рейки ( )
— отсчеты по чёрной и красной сторонам передней рейки ( )
— отсчеты записываются в журнал установленной формы
— вычисление и контроль расхождений превышений на станции, определённых по чёрным и красным сторонам задних и передних реек.[6].
Нивелирование «вперед»
правитьМетод «нивелирование вперед» применяется при снесении высот со стенных реперов.
При нивелировании вперед нивелир устанавливают рядом с исходной точкой таким образом, чтобы окуляр находился над ней, визирную ось приводят в горизонтальное положение и с помощью рейки или рулетки измеряют высоту прибора (горизонт прибора) i над исходной точкой. Далее берут отсчет по рейке (а) на искомой точке и вычисляют превышение по формуле:[4][5]
После чего можно вычислить высоту искомой точки:
Данный метод не позволяющий компенсировать основную погрешность геометрического условия нивелира при измерении превышения. Для чего используют повторное измерение (второй прием). Изменяют высоту визирования ( ) то есть инструмент поднимают или опускают, при этом отсчет изменится на ту же величину, эффект параллельных линий( ).
Порядок работ на станции
правитьПри нивелировании «вперед» соблюдается следующий порядок работы на станции:
— Измерение высоты инструмента( )
— Отсчеты по чёрной и красной сторонам передней рейки( )
— отсчеты записываются в журнал установленной формы
— Перестановка инструмента
— Измерение «новой» высоты инструмента ( )
— Отсчеты по чёрной и красной сторонам передней рейки ( )
— отсчеты записываются в журнал установленной формы
— вычисление и контроль расхождений превышений на станции, определённых по чёрным и красным сторонам передней рейки с разной высотой инструмента
Комбинированный метод
правитьКомбинированный метод применяется при высотных съемках.
Комбинированный метод представляет собой сочетание методов «вперед» и «из середины». Заключается в однократном измерении на исходную точку, вычислении высоты инструмента и многократных измерений на искомые точки, без изменения горизонта прибора. С последующим вычислением высот точек через высоту инструмента по формуле:
высота инструмента —
Высоты искомых точек —
Порядок работ на станции
правитьПри нивелировании «Комбинированным методом» соблюдается следующий порядок работы на станции:
— Измерение высоты инструмента ( )
— Отсчеты по чёрной и красной сторонам задней рейки ( )
— Многократные Отсчеты (на разных точках) по чёрной и красной сторонам передней рейки ( )
— отсчеты записываются в журнал установленной формы
— вычисление и контроль расхождений превышений на станции, определённых по чёрным и красным сторонам задних и передних реек
Последовательное нивелирование
правитьПоследовательное нивелирование — нивелирование, выполняемое в несколько последовательных установок инструмента. И где определяемое (искомое) превышение находится как алгебраическая сумма всех измеренных на каждой из таких установок превышений[3].
Сопряжение смежных станций осуществляется через точки, общие для двух смежных стоянок (станций), называются связующими (точками сопряжения), а остальные — промежуточными. Точки сопряжения нивелируют по двум сторонам рейки с двух смежных станций, а промежуточные — по одной. Превышение на каждой станции равно разности отсчётов по рейке на связующих точках[7].
Технологические схемы последовательного нивелирования
правитьПри последовательном нивелировании (прокладке нивелирных Ходов) применяют 2 основные конфигурации Линия и Полигон. Нивелирный ход (линия) — построения опирающихся на реперы в начале и конце проложения (линии). Построения в виде замкнутых ходов называются полигонами[8]. Так же для контроля измерения проводятся в одном (прямом) или в 2-х (прямое и обратное) направлениях.
Висячий ход
правитьВисячий ход — Нивелирный ход от одной твердой точки (репера).
Свободный ход
правитьСвободный ход не имеет известных абсолютных отметок и не предполагает определения высот.
Линия
править«линия нивелирования» — получаемая в результате выполнения работ по нивелированию воображаемая линия, соединяющая смежные нивелирные пункты[9].
Нивелирная линия — Нивелирный ход от одной твердой точки (репера) до другой твердой точки.
Основной математической характеристикой Нивелирной линии является: Сумма всех превышений равна разности высот начальной и конечной точки.
Полигон
правитьНивелирный полигон — замкнутый нивелирный ход от одной твердой точки (репера).
«нивелирный полигон» — совокупность линий нивелирования, проходящих через нивелирные пункты, на которых начинаются или заканчиваются более 2 линий нивелирования, и образующих геометрическое построение в виде замкнутого полигона[9].
Основной математической характеристикой Нивелирного полигона является: Сумма всех превышений равна 0.
Двустороннее нивелирование
правитьНивелирный ход измерения на котором проведены дважды (прямо и обратно), не редко по тем же точкам. Может иметь вид как линии так и полигона, быть как свободным так и висячим.
Основная математическая характеристика Двустороннего нивелирования: Сумма всех превышений, в «прямом» и «обратном» направлении, равна 0.
Классы последовательного нивелирования
правитьГеометрическое нивелирование по технологии и точности работ разделяется на I, II, III u IV классы и техническое нивелирование[10]. В различных классах применяют различные по точности инструменты. Принцип заключается в создании построений от сетей высшей точности к сетям менее точным. привязка «через голову» запрещена.
Класс | Назначение | Допустимые невязки, мм | Метод | Направление Линий | Метод закрепления | Протяженность км | Инструмент (СКП) | Нормальная длина
луча визирования (м) |
Допустимое значение случайной СКП
на 1 км хода, мм |
Допустимое значение систематической СКП
на 1 км хода, мм |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
I класс | Служебные сети | 3 √ L (5 √ L )[1] | "Из середины" | Прямо и Обратно | Постоянный | периметр 500—600 | ±0,5 мм | 50 | 0,8 | 0,08 |
II класс | Служебные сети | 5 √ L | "Из середины" | Прямо и Обратно | Временный | не менее 100 в одном направлении | ±1 мм | 80 | 2 | 0,2 |
III класс | Прикладные Задачи | 10 √ L | "Из середины" | Прямо и Обратно | Временный | 20-30 | ±3 мм | 75 - 100 | 5 | |
IV класс | Прикладные Задачи | 20 √ L | "Из середины" | Прямо | Временный | 5—7 | ±3 мм | 100 | 10 | |
Техническое | Технические | 50 √ L | "Из середины",
«вперед», «комбинированный» |
Прямо | Временный | не более 2
(методом «Из середины») |
±10 мм | 100 - 150 |
[11].
Примечания к таблице:
- 1 Постановление Правительства РФ от 9 апреля 2016 г. № 289 «Об утверждении Положения о государственной геодезической сети и Положения о государственной нивелирной сети»
Нивелирные сети I и II классов используются для решения следующих научных задач:
изучение фигуры Земли и её внешнего гравитационного поля;
определение разностей нормальных высот и наклонов среднеуровенной поверхности морей и океанов, омывающих территорию Российской Федерации;
изучение современных вертикальных движений земной поверхности;
прогнозирование влияния производства на окружающую среду, особенно при добыче нефти, газа и других полезных ископаемых;
сейсмическое районирование территории Российской Федерации, выявление предвестников землетрясений;
изучение строения земной коры, получение данных о скоростях и направленности движений отдельных блоков, выявление действующих разломов и разрывов в земной коре.
Нивелирные сети III и IV классов создаются для сгущения государственной нивелирной сети и используются для выполнения топографических съемок, решения инженерно-геодезических задач, геологических изысканий и решения иных специальных задач[9].
Основные источники ошибок
правитьРефракция и Кривизна земли
правитьКривизна Земли — линия визирования, которая является горизонтальной на инструменте, будет уходить все выше и выше над поверхностью сфероида на больших расстояниях. Эффект кривизны земли незначителен на расстояниях до 2000 метров.
Рефракция — эффект рефракции заключается в кривизне линии визирования за счет изменения плотности атмосферы. Изменение плотности воздуха с высотой приводит к тому, что линия визирования наклоняется к Земле. Эффект рефракции незначителен на расстояниях до 100 метров.
Комбинированная поправка на рефракцию и кривизну составляет приблизительно
- или
Для точных работ эти эффекты должны быть устранены. Эффект кривизны земли устраняется методом «из середины». Рефракция, как правило, является самым большим источником ошибок. Для коротких линий влияние температуры и давления атмосферы как правило незначительны, но влияние градиента температуры dT / dh может привести к ошибкам.
Гравитационное поле Земли
правитьВ идеальном случае — гравитационное поле Земли полностью регулярное и постоянное. В реальности гравитационном поле Земли неравномерно. Что приводит к искажениям на больших расстояниях. На малых «плечах» характерных для инженерных проектов, влияние незначительно. Поправки за отклонение силы тяжести должны быть использованы во всех расчетах и измерениях при построении ГГС (Государственные Геодезические Сети).
Случайная средняя квадратичная погрешность (СКП)
правитьμ [9]
Систематическая средняя квадратичная погрешность (СКП)
правитьσ [9]
Примечания
править- ↑ Геометрическое Нивелирование . Дата обращения: 1 октября 2019. Архивировано 24 сентября 2019 года.
- ↑ Геометрическое нивелирование. | Инженерная геодезия. Часть 1. | Учебная база . Дата обращения: 1 октября 2019. Архивировано 1 октября 2019 года.
- ↑ 1 2 Простое и последовательное нивелирование. Ход геометрического нивелирования — Инженерная геодезия. Тезисы
- ↑ 1 2 Нивелирование из середины . Дата обращения: 1 октября 2019. Архивировано 1 октября 2019 года.
- ↑ 1 2 Нивелирование из середины
- ↑ Геометрическое нивелирование . Дата обращения: 1 октября 2019. Архивировано 8 октября 2019 года.
- ↑ Что такое нивелирный ход? - Инженерная геодезия в вопросах и ответах . Дата обращения: 2 октября 2019. Архивировано 23 сентября 2020 года.
- ↑ Геометрическое нивелирование, нивелирный ход . Дата обращения: 1 октября 2019. Архивировано 30 сентября 2019 года.
- ↑ 1 2 3 4 5 Постановление Правительства РФ от 9 апреля 2016 г. № 289 “Об утверждении Положения о государственной геодезической сети и Положения о государственной нивелирной сети” . Дата обращения: 28 октября 2019. Архивировано 28 октября 2019 года.
- ↑ Документ без названия . Дата обращения: 1 октября 2019. Архивировано 6 октября 2019 года.
- ↑ ГКИНП (ГНТА)-03-010-03 Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов, ГКИНП от 25 декабря 2003 года №03-010-03 . Дата обращения: 1 октября 2019. Архивировано 1 октября 2019 года.