17.3. Сведения о лазерных и электронных нивелирах

и других видах нивелирования

Лазерные нивелиры содержат оптический квантовый генератор (ОКГ), форми-

рующий лазерный пучок. Пучок лазерных лучей на выходе из ОКГ расходится при-

близительно на 30" и для уменьшения угла расходимости (фокусирования) светово-

го пучка его пропускают через коллиматор. В качестве коллиматора можно исполь-

зовать зрительную трубу геодезического прибора. Для приведения лазерного луча в

горизонтальное положение применяют цилиндрический уровень или оптический

компенсатор малых наклонов. При падении лазерного пучка на шкалу вертикально

поставленной нивелирной рейки отсчет деления берут в центре светового пятна

(визуальная регистрация). При автоматизированном нивелировании используют

рейки с фотоэлектрическими ячейками.

При визуальной регистрации неподвижного лазерного пятна в солнечную пого-

ду расстояние от прибора до рейки ограничивают до 100 и 200м (в тени) и до 500–

1000 м при фотоэлектрической регистрации с защитой рейки от прямых солнечных

лучей. Точность такого нивелирования составляет 5–10 мм на расстояниях до 100

м.

Цифровые (кодовые) нивелиры обеспечивают значительную автоматизацию

нивелирных работ. На рис. 16.15, а показан электронный нивелир Sprinter фирмы

Leica, предназначенный преимущественно для изыскательских, строительных и

маркшейдерско-геодезических работ. В комплекте с ним используются нивелир-

ные рейки, на одной стороне которых нанесена штрих-кодовая шкала (рис. 16.15, б)

для электронных измерений, на обратной – метрическая шкала (рис. 16.15, в) для

оптических измерений. Зрительную трубу последовательно наводят на заднюю и

переднюю рейки, каждый раз нажимают кнопку 3 – “Отсчет”. Положение линии

визирования относительно штрихов кодовой шкалы обрабатывается в приемном

электронно-вычислительном модуле с точностью до 0,1 мм. Значения отсчетов вы-

водятся на дисплей и записываются в оперативную память.

Электронные нивелиры модели Sprinter характеризуются максимальной про-

стотой управления процессом кодовых отсчетов по рейки (нажимается всего одна

кнопка 3), обладают высокой скоростью самоустановки линии визирования и элек-

тронных отсчетов по кодовой шкале рейки (менее 3 с).

Основные технические характеристики названного прибора следующие:

Погрешности нивелирования

в кодовом режиме двойным ходом – 2 мм на

1 км (модель 100) или 1,5 мм на 1 км (модель 200).

Диапазон работы компенсатора малых наклонов – ±10'; точность самоус-

та-

новки линии визирования 0,8".

Автоматическое устранение погрешности, вызываемой негоризонтально-

стью линии визирования на угол i, определенный в результате выполнения

главной поверки.

Автоматическое отключение блока измерений при негоризонтированном

приборе.

Измерение расстояний от 2 м до 80 м с погрешностью 0,01 м.

Память на 500 измерений (у моделей М).

Автоматическое распознавание перевернутой рейки.

Настройка единиц измерения.

Пыле и влагозащита (защита от струй воды).

Масса с батарейками 2.5 кг.

·

2

а

.

б

в

3

1

.

.

.

.

Рис. 16.15. Электронный нивелир Sprinter фирмы Leica:

а – нивелир; б, в – телескопическая четырехсекционная нивелирная рейка длиной 5 м

(б – фрагмент кодовой шкалы; в – фрагмент метрической шкалы на обратной стороне);

1 – дисплей; 2 – окуляр зрительной трубы; 3 – кнопка пуска электронной схемы;

(показания на дисплее: отсчет по кодовой шкале рейки 1,235 м, расстояние до рейки 5,68 м)

К современным высокоточным нивелирам относятся цифровые нивелиры

DiNi 12, DiNi 12Т фирмы Trimble, нивелиры DNA03 фирмы Leica, предназначенные

для нивелирования I и II класса (погрешность превышения на 1 км двойного хода

составляет около ±0,3 мм, а погрешность превышения на станции близка к ±(0,03–

0,05) мм). Приборы оснащены маятниковым компенсатором наклонов, электрон-

ным устройством для считывания данных по рейке в цифровой форме, при этом ис-

ключаются личные ошибки наблюдателя. Прибор автоматически определяет рас-

стояние до рейки для контроля его допустимости и указывает величину неравенства

расстояний

визирования

на

заднюю

переднюю

рейки.

В

электронно-

вычислительном блоке обрабатываются результаты нивелирования. Набор встро-

енных программ включает: вычисление превышений и отметок; высотную привязку

нивелирного хода к реперам; текущую обработку данных нивелирного хода с вы-

числением текущих отметок связующих и промежуточных точек и др. Результаты

текущих измерений (отсчет по рейке, горизонтальное расстояние до нее, превыше-

ние, горизонт прибора, отметка точки) отображаются на дисплее блока. и одновре-

и

менно записываются в карту памяти для последующей окончательной компьютер-

ной обработки результатов полевых работ. Нивелир можно использовать в режиме

оптических измерений с метрическими рейками (при этом погрешность суммарно-

го превышения составляет 2 мм на 1 км двойного хода). Цифровой нивелир DNA10

предназначен для инженерно-технических работ с высокой точностью (погреш-

ность измерения превышения ±(1–1,5) мм на 1 км двойного хода или ±(0,05–0,1) мм

на станции. Прибор обладает описанными выше функциональными возможностя-

ми.

Спутниковое нивелирование заключается в определении высоты точек, над

которыми устанавливают наземные GPS-преемники . По разности высот вычисляют

превышения между точками. Погрешность определения высот в два раза больше

погрешности позиционирования в плане. Например, при позиционировании отно-

сительно базовой станции минимальные погрешности определения высот (отметок)

точек относительно высоты базового пункта близки к mН = (6–10) мм на расстоя-

ниях до 1 км.

Физические методы нивелирования основаны на использовании определен-

ных физических явлений – это нивелирование гидростатическое, барометрическое

и радиолокационное.

Гидростатический нивелир действует по принципу сообщающихся сосудов и

состоит из двух или нескольких измерительных сосудов в виде стеклянных или

пластмассовых трубок, соединенных шлангами или металлическими трубками. Из-

мерительные сосуды снабжены подставками и шкалами миллиметровых делений.

Система заполнена жидкостью, например дистиллированной водой. В сосудах по-

верхность жидкости устанавливается на одной уровенной поверхности. Разность

высот подставок сосудов определяется разностью отсчетов уровня жидкости по

шкалам. Точность такой системы ограничена до 3–5 мм на расстояниях до 50 м ме-

стными отклонениями атмосферного давления и неравенством температуры жидко-

сти. Для изоляции системы гидронивелира от воздействий неоднородностей атмо-

сферного давления измерительные сосуды соединяют по верху вторым шлангом.

Отсчеты уровня жидкости выполняют при помощи электроконтактного микрометра

и превышение определяют с погрешностью до 0,03 – 0,1 мм.

При барометрическом нивелировании барометром измеряют атмосферное дав-

ление в нескольких точках и по разности давлений вычисляют превышения. Наибо-

лее точные барометрические нивелиры характеризуются погрешностью 0,3 – 0,5 м.

Сканерное нивелирование – это составляющая сканерной съемки местности

с опорной точки на земной поверхности или, например, с самолета. Сканирование

местности включает излучение светодальномером сканера направленных прерыви-

стых электромагнитных сигналов и прием отраженных сигналов, компьютерную

обработку полученных координат сканированных точек и создание цифровой мо-

дели местности, формирование ее картографического отображения, получение чи-

словых характеристик рельефа и объектов (высот, превышений, профилей и др.).

Точность метода зависит от дальности объекта съемки и условий съемки (с самоле-

та, с наземной опоры) и характеризуется дециметрами (съемка с самолета) или не-

сколькими миллиметрами (съемка с наземной опоры на расстояниях до 50 – 100 м).

ЛЕКЦИЯ № 18.

Техническое нивелирование: технология действий на трассе

нивелирного хода. Камеральные работы

Назначение технического нивелирования

Геометрическое нивелирование технической точности, выполняемое способом

из середины, характеризуется погрешностями измерения превышений на станции в

среднем 2‒3 мм при длине визирного луча до 100‒120 м. Техническое нивелирова-

ние применяется для развития высотного съемочного обоснования топографиче-

ских съемок и при их выполнении, а также при изысканиях и строительстве соору-

жений линейного вида (дорог, трубопроводов, мелиорационных каналов и др.), при

возведении промышленных и гражданских зданий и других объектов.