Методы нивелирования. Способы геометрического нивелирования

Нивелирование - вид геодезических измерений (вертикальная съемка), в процессе которых определяют превышения одних точек местности над другими, а также сами высоты этих точек относительно принятой исходной (отсчетной) уровенной поверхности (как уже отмечалось, в России высоты точек местности определяются в Балтийской системе высот - от нуля Кронштадского футштока).

По методам измерений и применяемым приборам нивелирование делится на геометрическое, тригонометрическое (геодезическое), физическое, стереофотограмметрическое и механическое.

Геометрическое нивелирование - определение превышения между двумя смежными точками с помощью горизонтально установленного визирного луча, относительно которого производятся отсчеты на отвесно стоящих рейках с делениями. Горизонтальное положение визирного луча может быть задано приборами: нивелирами, теодолитами с уровнем при трубе и кипрегелями. Из всех видов нивелирования геометрическое самое точное. Его недостаток - небольшая длина визирного луча от прибора до рейки.

Тригонометрическое нивелирование основано на использовании тригонометрической зависимости между превышением, углом наклона визирного луча и расстоянием между нивелируемыми точками. По сравнению с геометрическим оно удобно при больших расстояниях и превышениях между точками, но уступает ему в точности. Оно является основным видом определения высот реечных (пикетных) точек при топографических съемках местности.

Физическое нивелирование бывает барометрическим, гидростатическим и радиолокационным (аэрорадионивелирование).

Барометрическое нивелирование выполняется с помощью барометров. При этом нивелировании по величинам атмосферного давления в двух точках определяется превышение между ними с учетом температуры воздуха, а иногда и влажности. По точности барометрическое нивелирование ниже геометрического и тригонометрического. Погрешности могут достигать 1- 2 м. Однако на небольших территориях при определенной методике работ точность может быть повышена до ±0,5 м.

Гидростатическое нивелирование базируется на фиксации разности уровней жидкости в двух сообщающихся сосудах. Оно позволяет устанавливать превышения с погрешностями порядка ± 0,5 мм, а с использованием высокоточных приборов - до 0,1 мм. Применяется при монтаже технологического оборудования, определении осадок зданий и сооружений.

Радиолокационное нивелирование основано на получении абсолютных высот с самолета при помощи специальных высотомеров. Погрешности определения высот от десятых долей до нескольких метров в зависимости от рельефа местности и используемого оборудования.

По результатам спутниковых измерений можно определить пространственные координаты точек местности в автономном режиме с точностью около 1м и в дифференциальном, т.е. относительно точек с известными координатами, с точностью до сантиметров и точнее. Для этого используются спутниковые системы ГЛОНАСС (ГЛОбальная Нави-гационная Спутниковая Система, Россия) и NAVSTAR (NAVigation Sattelite providing Time and Range - навигационная спутниковая система, США).

Стереофотограмметричеокое нивелирование базируется на определении высотного положения точек местности с летательных аппаратов и последующей обработки стереомоделей местности. Оно является основным методом съемки выраженного рельефа при составлении планов и карт обширных территорий. Точность измерений может достигать нескольких сантиметров.

Механическое нивелирование производится приборами, установленными на движущихся по земной поверхности механизмах (велосипедах, автомашинах и т. д.). При этом профиль местности вычерчивается автоматически для линии движения механизма. Точность этого нивелирования 0,2-0,3 м на 1 км расстояния, что достаточно при изысканиях дорог, линий электропередач и т. д.

Основным видом нивелирования является геометрическое, которое производится при помощи геодезических приборов - нивелиров.

Геометрическое нивелирование выполняется горизонтальным лучом визирования. Перед нивелированием точки на местности закрепляют колышками, костылями, башмаками, на которые устанавливают вертикально нивелирные рейки. Место установки нивелира для работы называют станцией, а расстояние от нивелира до рейки - плечом нивелирования.

Различают два способа геометрического нивелирования: из середины и вперед. При нивелировании из середины (рис.30а) нивелир устанавливается примерно на равных расстояниях от реек, поставленных на точки А и В, а превышение вычисляют по формуле:

 

Рис.30. Способы геометрического нивелирования:

а - из середины; б – вперед

h = a - b,

где а и b - отсчеты в мм по рейкам, установленным соответственно на задней по ходу движения при нивелировании и передней точках.

Знак превышения h получится положительным, если а больше b, и отрицательным, если а меньше b. Если известна высота НА задней точки А, то высота передней точки В

НВ = НА + h.

При нивелировании вперед нивелир ставят так, чтобы его окуляр находился над точкой А, измеряют высоту прибора i, затем визируя на рейку, отвесно поставленную в точке В, берут отсчет b. В этом случае:

h = i - b.

При нивелировании нескольких точек для вычисления их высот используют горизонт прибора, которым называют высоту горизонтальной линии визирования, т.е. горизонт прибора равен высоте точки, на которой установлена рейка, плюс отсчет по рейке. Из рис. 30 б следует:

ГП = HA + i; НB = ГП - b.

Последовательное нивелирование применяется для измерения превышений между точками А и D, разделенными значительным расстоянием или превышениями.