13. Нивелиры. Виды нивелирования.

Нивели́р (от фр. niveau — уровень, нивелир) — геодезический инструмент для нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками земной поверхности относительно условного уровня т.е определение превышения.

Согласно действующим ГОСТам нивелиры изготавливают трех типов: высокоточные – Н-05; точные – Н-3; технические – Н-10.

В названии нивелира числом справа от буквы Н цифрой обозначают допустимую среднюю квадратическую ошибку измерения превышения на 1 км двойного нивелирного хода.

В зависимости от того, каким способом визирный луч устанавливается в горизонтальное положение, нивелиры изготавливают в двух исполнениях: - с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе, с помощью у которого осуществляется горизонтирование визирного луча ; - с компенсатором – свободно подвешенная оптико-механическая система, которая приводит визирный луч в горизонтальное положение. В названии нивелира буква К обозначает компенсатор (Н-3К, Н-3КЛ), где Л – лимб.

Устройство нивелира:

Подъемные винты предназначены для установки прибора в горизонтальное положение. Горизонтальное положение прибора достигается введенном в нульпункт пузырьке круглого уровня.

Круглый уровень – это стеклянная полусфера, наполненная жидкостью с пузырьком воздуха.

Наводящие винты расположены поближе к объективу устанавливает прибор в горизонтальной плоскости (влево – вправо).

Элевационный винт предназначен для точного привидения визирной оси в горизонтальное положение. При работе с элевационным винтом устанавливается цилиндрический уровень.

Цилиндрический уровень – это стеклянная ампула, наполненная жтдкостью с пузырьком воздуха. При положении пузырька воздуха в нульпункте добивается горизонтальное положение визирной оси нивелира.

Фокусирующая кремальера предназначена для установки резкости на наблюдаемый предмет (рейку).

Юстировочные винты предназначены для юстировки 9исправления) нивелиром от ошибок визирной оси.

Акуляр нивелира снабжен диоптрическим кольцом для установки по зрению наблюдателя.

Лимб – это кольцо с градусными делениями для измерения горизонтальных углов с небольшой точностью.

Поверки нивелира выполняется в обязательном порядке пред началом работ. Их надо проверить на начале полевых работ. Оси: визирная, цилиндрическая, оси вращения, круглого.

Ось круглого уровня должна быть параллельна вертикальной оси нивелира. Это поверка выполняется с помощью подъемных винтов. Для этого круглый уровень устанавливают параллельно двум подъемным винтам и вращая подъемные винты вводят пузырек. Третьим винтом пузырек или поднимается, или отпускается на середину. Затем поворачивают нивелир на 180 градусов вокруг вертикальной оси, если пузырек уровня оказался в нульпункте условие выполнено. В противном случае, действуя подъемными винтами смещают пузырек уровня в направление к нульпункту на половину дуги отклонения, а затем действуя исправительными винтами (3 направленных винта расположены под круглым уровнем). Приводят пузырек в нульпункт.

Горизонтальная нить сетки должна быть перемещена к вертикальной оси нивелира. Для проверки этого уровня по рейке отстающий от нивелира на расстоянии 5-10 м, располагая её изображения на краях поля зрения трубы, берут отсчеты по двум концам горизонтальной нити. Если оси одинаковы, то условие выполнено. В противном случае, действуя направлениями винтами сетки нитей поворачивают её до получения одинаковых отсчетов.

Визирная ось зрительной трубы должна быть параллельна оси цилиндрического уровня. Поверку выполняют следующим образом, используя двойное нивелирование вперед, определяют величину Х. . Если х мм, то для второй станции вычисляют верный отсчет по рейке и с помощью элевационного винта устанавливают визирную ось на этот отсчет по рейке. В следствии чего пузырек цилиндрического уровня уйдет из нульпункта, действуя вертикальными исправительными винтами уровня приводят пузырек уровня на середину.

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.

Различают два вида геометрического нивелирования: нивелирование из середины и нивелирование вперед.

При нивелировании из середины нивелир устанавливают посредине между точками А и В, а на точках А и В ставят рейки с делениями (рис.4.29). 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.                   (4.49)

Если a > b, превышение положительное, если a < b -отрицательное. Отметка точки В вычисляется по формуле:

Hв = Hа + h.                   (4.50)

Рис.4.29                                              Рис.4.30

 

Высота визирного луча над уровнем моря называется горизонтом прибора и обозначается Hг:

Hг = HА + a = HВ + b.                     (4.51)

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.4.30). Превышение h подсчитывают по формуле:

h = i - b.                  (4.52)

Отметку точки B можно вычислить через превышение по формуле (4.50) или через горизонт прибора:

Hв = Hг - b.

Если точки А и В находятся на большом расстоянии одна от другой и превышение между ними нельзя измерить с одной установки нивелира, то на линии AB намечают промежуточные точки 1, 2, 3 и т.д. и измеряют превышение по частям (рис.4.31).

Рис.4.31

 

На первом участке A-1 берут отсчеты по задней рейке - a1 и по передней - b1. Затем переносят нивелир в середину второго участка, а рейку с точки A переносят в точку 2; берут отсчеты по рейкам: по задней - a2 и по передней - b2. Эти действия повторяют до конца линии AB. Точки, позволяющие связать горизонты прибора на соседних установках нивелира, называются связующими; на этих точках отсчеты берут два раза - сначала по передней рейке, а затем по задней.

Превышение на каждой установке нивелира, называемой станцией, вычисляют по формуле (4.49), а превышение между точками A и B будет равно:

hAB =  h =  a -  b .                          (4.53)

Отметка точки B получится по формуле:

HB = HA +  h.                           (4.54)

При последовательном нивелировании получается нивелирный ход.

При составлении проектов землеустройства возникает необходимость по планам и картам получать представление о рельефе местности. Определить положение точек, контуров объектов в местности по высоте. Для этого производят нивелирование или полевые нивелирные работы, которую называют вертикальной съемкой.

В России высоты точек земной поверхности отсчитывают от среднего уровня Балтийского моря, отмеченного чертой Крокдштатского Фудштока.

В зависимости от метода и применяемых приборов различают следующие виды нивелирования:

Геометрическое – выполняется горизонтальным лучом визирования – нивелиром.

Тригонометрическое – выполняется наклонным лучом визирования теодолита.

Гидростатическое – выполняется с помощью приборов, наполненных жидкостью, сообщающихся в сосудах, при котором высоты точек вычисляют по расстояниям до уровня жидкости. Используется преимущественно при строительстве зданий и сооружений при наблюдении за их осадками и деформациями.

Барометрическое – метод основан на измерении атмосферного давления, зависящего от высоты, метод используется при нивелировании в высокогорных районах.

Радионивелирование используется методом определения высот, также на высокогорной местности (с самолета пускаются радиоволны).

Развитие современных технологий привело к созданию новых видов приборов: электронных (цифровых) и лазерных нивелиров.

Цифровые нивелиры используются со специальными штрихкодовыми рейками, используя которые можно измерять не только превышение, но и расстояние между точками, а также горизонтальные углы.. Наблюдателю достаточно навести прибор на рейку, сфокусировать изображение, нажать на кнопку, и прибор автоматически возьмет отсчет, высветив его на экране. Цифровые нивелиры не только повышают точность и скорость работы, но и исключают одну из основных ошибок нивелирования - ошибку наблюдателя. Прибор в отличие от человека не ошибается.

Оптические и цифровые нивелиры, как правило, предназначены для использования специально подготовленными исполнителями, представляющими суть процесса и имеющими определенные профессиональные навыки. Лазерные нивелиры, напротив, созданы для того, чтобы ими мог пользоваться любой человек для решения самых различных задач. Уровень автоматизации и наглядность работы лазерных нивелиров, таковы, что их использование в большинстве случаев не требует специальной подготовки. Наибольшее распространение лазерные нивелиры приобрели в строительстве при монтажных и отделочных работах, заменив привычные уровни, бечевки и т.п. Существует большое количество различных моделей лазерных нивелиров, отличающихся по конструкции, по назначению и точности работы.