Из истории нивелирования.

Нивелирование возникло в глубокой древности в связи со строительством оросительных каналов, водопроводов и т.п. Первые сведения о водяном нивелире связывают с именами римского архитектора Марка Витрувия (1 в. до н. э.) и древнегреческого учёного Герона Александрийского (1 в. н. э.). Дальнейшее развитие методов нивелирования связано с изобретением зрительной трубы (конец 16 в.), барометра – Э. Торричелли (1648 г.), сетки нитей в зрительных трубах – Ж. Пикаром (1669 г.), цилиндрического уровня – английским оптиком Дж. Рамсденом (1768 г.).

В созданной Петром I оптической мастерской в 1715–25 г. И. Е. Беляев изготовлял различные приборы, включая и ватерпасы с трубой, т. е. нивелиры. В 18 в. высоты пунктов в России определяли барометром, а с начала 19 в. стали применять тригонометрическое нивелирование. Под руководством В. Я. Струве в 1836–1837 г. тригонометрическим нивелированием были определены разность уровней Азовского и Чёрного морей и высота г. Эльбрус. Метод геометрического нивелирования впервые был широко использован в 1847 г. при инженерных изысканиях Суэцкого канала. Первые применения геометрического нивелирования в России в 19 в. также были связаны со строительством водных и сухопутных путей сообщения. В 1871 г. Военно-топографический отдел Главного штаба России начал работы по созданию нивелирной сети страны, а в 1913 г. приступил к выполнению нивелирования высокой точности. Русские геодезисты С. Д. Рыльке, Н. Я. Цингер, И. И. Померанцев и др. своими исследованиями внесли большой вклад в развитие теорий и методов нивелирных работ. В СССР нивелирные работы интенсивно развивались в связи с решением различных народнохозяйственных и инженерно-технических задач. По результатам повторных нивелировок определены скорости современных вертикальных движений земной коры в пределах почти всей Европейской части территории СССР. В Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэросъёмки и картографии (ЦНИИГАиК) выполнены широкие исследования по теоретическим и методическим проблемам нивелирования, которое является одним из основных и важнейших видов современных геодезических работ.

Государственная нивелирная сеть России.

Современная нивелирная сеть России подразделяется на сети I, II, III и IV классов. I и II классы относят к высокоточному нивелированию, III и IV классы – к точному. Государственная нивелирная сеть – единая система высот на территории всей страны, она является высотной основой всех топографических съемок и инженерно-геодезических работ, выполняемых для удовлетворения потребностей экономики, науки и обороны страны.

Государственные нивелирные сети I и II классов – главная высотная основа России. Эти сети создаются по специально разработанным программам и схемам, предусматривающим выполнение нивелирных работ I и II классов. Нивелирные хода I и II классов прокладываются вдоль железных дорог, шоссе, улучшенных грунтовых дорог, по берегам больших рек, а иногда и по грунтовым дорогам, тропам и зимникам. Нивелирные сети I и II класса используются для решения следующих научных задач: изучения фигуры Земли и ее внешнего гравитационного поля; определения разностей высот и наклонов среднеуровенной поверхности морей и океанов, омывающих территорию России. Результаты повторного нивелирования I и II классов применяют: для поддержания высотной сети на современном уровне; изучения современных вертикальных движений земной поверхности; прогнозирования влияния производства на окружающую среду, особенно при добыче нефти, газа и других полезных ископаемых; сейсмического районирования территории России, выявления предвестников землетрясений. В горных районах результаты повторного нивелирования используют для изучения строения земной коры, получения данных о скоростях и направленности движений отдельных блоков, выявления действующих разломов и разрывов в земной коре. Нивелирная сеть строится в виде замкнутых полигонов и отдельных линий большой протяженности. Нивелирная сеть II класса опирается на реперы I класса и создается в виде полигонов с периметром от 400 до 800 км в обжитых районах и 1 000 - 2 000 км - в необжитых районах. На востоке страны нивелирные линии I и II классов иногда достигают протяженности 6 000 - 7 000 км. Сети III и IV классов прокладываются внутри полигонов высшего класса, причем для III класса предельное значение периметра полигона - не более 150 км (в восточных районах - до 300 км), а длины линий IV класса - не более 50 км. Нивелирные сети всех классов закрепляются на местности реперами или стенными марками не реже чем через 5 км (7 км в необжитой местности).

На всей территории России вычисление высот производится в нормальной системе высот от нуля Кронштадтского футштока. Эта система называется Балтийской. За нуль Кронштадтского футштока принята горизонтальная черта на медной пластине футштока. Технические характеристики различных классов нивелирования приведены в таблице 1

1

Класс нивелирования	Периметр полигонов, длина линий, км	Средняя квадратичемкая ошибка, мм/км		Допустимые невязки в полигонах и по линиям
		случайная	систематическая
I	1200	±0,8	±0,08	±3мм ·√L
II	400	±2,0	±0,20	±5мм √L
III	150	±5,0	-	±10мм √L
IV	50	±10,0	-	±20мм √L

Линии нивелирования I и II классов прокладывают преимущественно вдоль шоссейных или железных дорог, а при их отсутствии, особенно в северных труднодоступных и северо-восточных районах страны, – по берегам рек, тропам и зимникам. Во всех случаях линии нивелирования I и II классов прокладывают по трассам с наиболее благоприятными для данного района грунтовыми условиями и с наименее сложным рельефом.

Нивелирование I класса выполняют с наивысшей точностью, которую можно получить, применяя современные приборы и методы наблюдений, позволяющие наиболее полно исключать ошибки нивелирования.

Нивелирная сеть II класса создается внутри полигонов I класса, как отдельными линиями, так и в виде системы линий с узловыми пунктами, образуя полигоны. Полученные из обработки значения случайных и систематических средних квадратических ошибок нивелирования II класса, допустимые невязки, полигонов и не должны превышать значений указанных в табл.1

В линии государственного нивелирования включают или привязывают к ней пункты спутниковой геодезической сети: ФАГС, ВГС и СГС-1. Нивелирные сети III и IV классов прокладывают внутри полигонов высшего класса, как отдельными линиями, так и в виде системы линий, при этом сети и линии должны опираться не менее чем на два репера высшего класса. При создании высотного обоснования крупномасштабных топографических съемок нивелирные сети III и IV классов прокладывают с расчетом обеспечения требуемой точности съемочного обоснования.