§ 13. Нивелирование. Применяемые приборы

Нивелирование – это комплекс геодезических работ, в процессе которых определяют превышение одних точек над другими и затем по известной исходной высоте вычисляют высоты остальных точек местности. По классу точности нивелирование делится на 1, 2, 3, 4-й классы и техническое нивелирование. В зависимости от применяемых приборов и методов определения превышения применяются следующие пять видов нивелирования:

1. Геометрическое (выполняется горизонтальным лучом визирования нивелиром).

2. Тригонометрическое (выполняется наклонным лучом визирования теодолитом).

3. Механическое (выполняется профилографом, основанным на механическом преобразовании наклонного передвижения прибора в горизонтальные и вертикальные; такой высотомер вычерчивает профиль пути или регистрирует высоты точек местности).

4. Барометрическое (выполняется барометром, принцип действия которого основан на разнице высоты точки и столба атмосферного давления).

5. Гидростатическое (используется гидростатический высотомер, в основе которого заложен принцип сообщающихся сосудов и свойство жидкости находиться на одном уровне в них).

Геометрическое нивелирование

Это наиболее распространенный способ в практике. Его выполняют с помощью нивелира, задающего горизонтальную линию визирования. Превышения в этом случае определяются отсчетами по вертикальным рейкам горизонтальным лучом визирования нивелира. Различают два способа геометрического нивелирования: способ «из середины» и способ «вперед» (рис. 11).

а)	б)
Рис.11. Геометрическое нивелирование: а) способ из середины; б) способ вперед

Высоты точек ( , на рис. 11) определяются относительно основной уровенной поверхности (для территории России – среднего многолетнего уровня воды Балтийского моря в спокойном состоянии («0» БСВ), т.е. в Балтийской системе высот). Таким образом, высота точки (см. § 2) – это расстояние от данной точки земной поверхности (т. А, т. В) до основной уровенной поверхности (т.е. до «0» БСВ).

Геометрическое нивелирование в зависимости от способа его выполнения может быть простым и сложным. Простое нивелирование – это когда превышение между точками определяют с одной станции. Если же нивелирование выполняют с целью передачи отметок на значительные расстояния или для построения продольного профиля местности, то нивелирование выполняется с нескольких станций и называется сложным или последовательным.

При последовательном нивелировании (когда линия разбивается на части, каждая из которых нивелируется с одной станции) образуется нивелирный ход, в котором точки [1, 2, 3, … , n] являются общими для двух смежных станций, т.е. передними на предыдущей и задними на последующих станциях (рис. 12). Эти точки называются связующими (через них передаются отметки по ходу) или пикетными точками. Обозначение: ПК 1.

Рис. 12. Нивелирный ход

Точки установки рейки между связующими пикетами называются промежуточными. Они служат для получения отметок характерных точек рельефа. Обозначение: +70 или ПК2+70 (см. рис.12) (поэтому иногда их называют еще плюсовыми точками), где число показывает расстояние от задней рейки (ПК2) до точки +70 (ПК2+70), т.е. 70 м от ПК2.

Порядок производства полевых и камеральных работ при геометрическом нивелировании описан в [10].

При геометрическом нивелировании применяется нивелир, конструкция которого должна обеспечивать горизонтальность луча визирования. Нивелиры различают по двум основным признакам: по точности и по способу приведения визирной оси в горизонтальное положение.

По точности нивелиры подразделяются на три типа: высокоточные (со средней квадратической погрешностью 0,5 мм на 1 км двойного хода), точные (со средней квадратической погрешностью до 3 мм на 1 км двойного хода), технические (со средней квадратической погрешностью до 10 мм на 1 км двойного хода).

По способу приведения визирной оси в горизонтальное положение нивелиры бывают двух типов: глухие и с компенсатором.

Главное условие, предъявляемое к глухим нивелирам – это взаимная параллельность визирной оси зрительной трубы и оси цилиндрического уровня. При соблюдении этого условия визирная ось займет горизонтальное положение после установки пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт с помощью элевационного винта.

Главное условие, предъявляемое к нивелирам с компенсатором – это горизонтальность визирной оси в пределах углов стабилизации компенсатора (±8–20 с.). Назначение компенсатора – это автоматическое приведение визирной оси в горизонтальное положение. Он включается после того, как с помощью круглого уровня ось прибора будет приведена в отвесное положение.

У нивелиров, выпускаемых промышленностью России, принята следующая аббревиатура в шифре прибора, например, 4Н2КЛ: К – наличие компенсатора; П – зрительная труба имеет прямое изображение; Л – наличие лимба, предназначенного для измерения горизонтальных углов; цифра перед Н – указывает серию прибора (сейчас выпускают приборы серии 3, 4), цифра после Н – средняя квадратическая погрешность на 1 км двойного хода в мм.

Для производства геометрического нивелирования каждому нивелиру придаются две однотипные нивелирные рейки. Перед началом полевых работ необходимо тщательно осмотреть рейки и нивелир и выполнить их поверки. В случае невыполнения условия поверок производится их юстировка (исправление). Порядок выполнения поверок и юстировок нивелиров, а также их устройство приведено в [10].

Тригонометрическое нивелирование

Этот вид нивелирования выполняют теодолитами – приборами, позволяющими измерять вертикальные углы (рис. 13).

Рис. 13. Схема тригонометрического нивелирования

Превышения определяются по вертикальным рейкам наклонным лучом визирования. Высоты определяются в Балтийской системе высот.