1.5. Нивелирование

Нивелирование заключается в определении превышений между отдельными точками местности. Используя измеренные превышения, вычисляют отметки - высоты точек относительно принятой исходной поверхности. Высоты точек необходимы для высотного обоснования всех топографических съёмок, осушения и орошения земель, строительства железных и шоссейных дорог, гидростанций, строительства и эксплуатации промышленных предприятий, городов, поселков и т.д.

Существуют следующие способы (виды) нивелирования:

1. Геометрическое нивелирование, при котором превышения точек определяют при помощи горизонтального визирного луча специальными приборами - нивелирами. Геометрическое нивелирование можно вести двумя методами: вперёд и из середины. Точность геометрического нивелирования зависит от класса нивелирования.

Геометрическое нивелирование разделяется на нивелированиеI, II, IIIиIY классов и техническое нивелирование.

Нивелирование I, II, IIIиIY классов составляет нивелирную сеть, которая является высотной основой топографических съёмок всех масштабов и геодезических измерений, проводимых идя удовлетворения потребностей народного хозяйства и обороны страны.

Нивелирная сеть I и II классов является главной высотной основой, посредством которой устанавливается единая система высот на всей территории РФ. Нивелирные сети IIIиIY классов служат высотной основой топографических съёмок. Все нивелирные сети закрепляются на местности постоянными и временными знаками - реперами и марками.

2. Тригонометрическое (геодезическое) нивелирование, при котором превышения определяют наклонным визирным лучом (измерением углов наклона тахеометрами, теодолитами и другими приборами). При этом нивелирование ошибка определения превышения; пропорциональна расстоянию между нивелирными точками. Ошибку превышения можно принять равной I,5 см на каждые I00 м расстояния.

3. Барометрическое нивелирование, основанное на изменении величины атмосферного давления в зависимости от высоты точки местности. Барометрическое нивелирование обеспечивает невысокую точность. Точность определения превышения равняется 2 м.

4.Гидростатическое нивелирование, основанное на использовании свойства свободной поверхности жидкости в сообщающихся сосудах всегда устанавливаться на одинаковом уровне независимо от поперечного сечения сосудов, массы жидкости и превышения между точками, на которых эти сосуды установлены. Гидростатическое нивелирование применяют при наблюдениях за осадками инженерных сооружений и горных пород, при наблюдениях за осадками инженерных сооружений и горных пород, при установке направляющих путей и опорных плоскостей конвейеров, при производстве кессонных работ т.д., т.е. там где требуется обеспечение наивысшей точности.

5. Автоматическое нивелирование, производимое нивелирами- автоматами, устанавливаемыми на велосипеде или автомашине. Нивелиры – автоматы обычно вычерчивают профиль нивелируемой линии местности, по которому можно определить отметки нужных точек. Ошибка нивелирования на I км хода колеблется в зависимости от прибора и грунта местности от 15 до 40 см.

По данному разделу надо подробно изучить геометрическое нивелирование IIIиIY классов, а также тригонометрическое нивелирование. Изучение материальной части нивелиров следует производить, имея пред собой один из приборов – нивелиров Н3 или Н3К. Нивелир Н3К имеет компенсатор и не имеет закрепительного устройства. Грубое наведение на рейку производится от руки, точное – наводящим устройством.

Большое внимание надо уделить разбору и изучению поверок и юстировок нивелиров. Каждую поверку рекомендуется изучать и выполнять в такой последовательности.

1. Записать и запомнить геометрическое требование данной поверки.

2. Разобраться, где находятся указанные в условии поверки оси, представить геометрическое положение этих осей.

3. Добиться ясного представления, как нарушение данного геометрического условия будет влиять на результаты измерений.

4. Произвести поверку.

5. Изучить направления движения и действия соответствующих юстировочных винтов (во избежание их поломки при юстировке).

6. Произвести юстировку.

7. Повторить доверху, чтобы убедиться, что юстировка выполнена правильно (геометрическое требование восстановлено).

При изучении нивелирных реек необходимо ясно представит для чего выполняется хаыая поверка и испытание реек и как и для чего используются результаты испытаний.

Особое внимание следует обратить на изучение следующих требований "Инструкции по нивелированию I, II, IIIиIY классов ":

1. Какими приборами и рейками можно производить нивелирование каждого класса.

2. Когда не рекомендуется производить работы (метеорологические условия и время суток).

3. Порядок работы на станции.

4. Технические требования и допуски при нивелировании раз классов.

5. Записи, вычисления и контроль наблюдений и вычислений в полевых журналах и т.д.

Тригонометрическое нивелирование (нивелирование наклонным лучом) применяется при построении геодезического обоснования производства топографических съёмок. Превышении можно получить, зная расстояние между нивелируемыми точками, угол наклона с точки стояния прибора на определяемую точку, а также высоту прибора и высоту наведения. Помимо этого при определении превышений на большие расстояния необходимо учитывать поправку за кривизну земли и рефракцию.

h – превышение между нивелируемыми точками,

D – горизонтальное проложение,

V – угол наклона,

I – высота прибора,

v – высота наведения или высота визирования,

f – поправка за кривизну земли и рефракцию.

Приборы, с помощью которых можно определять превышение наклонным лучом, должны быть снабжены вертикальным кругом (теодолит, тахеометр, кипрегель). Превышение при тригонометрическом нивелировании вычисляется с округлением до 0,01 м., поэтому поправку fвычисляют для расстояний, превышающих 300 м., так как при меньших расстояниях поправка за кривизну земли и рефракцию меньше 1 см.

Следует учесть, что тригонометрическое нивелирование можно использовать при последовательном определении превышений по ходу между значительно удалёнными точками. При этом превышения между смежными точками хода определяют прямо и обратно. Расхождения между этими превышениями допускается не более 4 см на 100 м расстояния. Теория определения превышения тригонометрического нивелирования изложена в учебнике.

Вопросы для самопроверки

1. Виды нивелирования.

2. Сущность геометрического нивелирования.

3. Способы геометрического нивелирования.

4. Государственная нивелирная сеть РФ и её назначение.

5. Закрепление нивелирными линий знаками.

6. Нивелир и его принципиальная схема.

7. Нивелир Н3, его устройство и поверки.

8. Нивелир Н3К, его устройство и поверки.

9. Нивелирные рейки, их устройство и поверки.

10. Какое влияние оказывает на результаты геометрического нивелирования кривизна Земли и как исключается это влияние?

11. Какое влияние оказывает на результаты геометрического нивелирования вертикальная рефракция и как ослабляют её влияние.

12. Как и для чего определяют среднюю длину одного метра пары реек?

13. Как и для чего определяют случайные погрешности дециметровых делений реек?

14. Как и для чего определяют разность нулей реек?

15. Какие основные требования «Инструкции по нивелированию I, II, IIIи IYклассов» к нивелирным ходам IIIкласса?

16. Порядок работ на станции нивелирования IIIкласса.

17. Какие основные требования «Инструкции по нивелированию I, II, IIIи IYклассов» к нивелирным ходам IYкласса?

18. Порядок работы на станции нивелирования IYкласса.

19. Привязка нивелирных ходов к реперам и маркам.

20. Как производится нивелирование через препятствия в нивелировании IIIкласса?

21. Как производится нивелирование через препятствия в нивелировании IYкласса?

22. Какие необходимо выполнять правила при ведении журналов нивелирования?

23. Назначение тригонометрического нивелирования.

24. Формула определения превышения тригонометрического нивелирования, её анализ.

25. Точность тригонометрического нивелирования.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2

Состоит из теоретической и практической частей.

Теоретическая (первая) часть.

Вариант 1

1. Вертикальный круг теодолита Т5: его назначение, устройство, место нуля и угол наклона. Вывод формул МО и угла наклона. Методика определения и исправления МО для теодолита Т5.

2. Описание устройства и поверки нивелира Н3.

Вариант 2

1. Нивелирные рейки, их устройство, поверки и испытания; назначение каждой поверки и испытания.

2. Принцип измерения горизонтального угла и связь этого принципа с геометрическими условиями расположения основных плоскостей и осей теодолита.

Вариант 3

1. Методика нивелирования IIIи IYклассов через препятствия различной ширины.

2. Привязка теодолитные ходов к исходным пунктам. Примычные направления и примычные углы. Контроль привязки.

Вариант 4

1. Какие существуют виды нивелирования? Их точность. Сущность и виды геометрического нивелирования ( нивелирования из средины и вперёд , простое и сложное). Ответ сопроводите рисунками и формулами.

2. Отсчётные приспособления теодолитов: штриховой и шкаловой микроскопы. Правила отсчитывания по ним ( сделать поясняющие чертежи).

Вариант5

1. Зрительные трубы в геодезических инструментах: их назначение, виды, устройство, оси, ход лучей.

2. Камеральные работы ( предварительная обработка) при нивелировании IIIи IYклассов. Контроль и допуски.

Вариант 6

1. Сетка нитей, виды, назначение. Параллакс сетки нитей и его устранение.

2. Поверки и юстировки теодолита Т-15. Назначение, порядок и методика их выполнения.

Вариант 7

1. Описание устройства и поверки нивелира Н3К.

2. Способы измерения горизонтальных углов: измерение отдельного угла и способов круговых приёмов, методика, допуски: когда какой из способов применяют?

Вариант 8

1. Уровни, их назначение, виды, устройство, оси и цена деления.

2. Характеристика государственной нивелирной сеть РФ и её закрепление на местности. Длины ходов или величины полигонов, точность, назначение.

Вариант 9

1. Прямая и обратная геодезическая задачи на плоскости, их назначение, практическое применение, вывод формул.

2. Сформулировать главное условие, которое должно соблюдаться в нивелире. Вывести формулу определения величины «X» и объяснить методику его исправления в нивелире Н3.

Вариант 10

1. Неприступные расстояния, схема определения, допустимые величины углов и базисов, контроль и допуски.

2. Требования инструкции к производству нивелирования IIIи IY классов и технического нивелирования.

Практическая (вторая) часть.

Примеры и упражнения для всех вариантов.

1. Решить обратную геодезическую задачу. Даны координаты двух пунктов А и В. Вычислить дирекционный угол α направления АВ и длину стороны (дважды) между этими пунктами.

2. Вычислить координаты точек теодолитного хода, составить схему хода и вычертить её. Приращения координат вычислять и увязывать до 0,01 м, координаты вычислять до 0,1 м.

Исходные данные ( дирекционные углы и координаты), а такие поправки в углы и в приращения координат выписать красными чернилами.

После вычисления координат точек хода на листе чертёжной бумаги построить координатную сетку со сторонами 10×10 см. оцифровать её в масштабе 1:10 000 и нанести по координатам все точки хода. На схеме выписать все названия или номера точек хода и значения всех углов и длины линий.

3. Обработать страницу полевого журнала нивелирования IY класса и выполнить постраничный контроль.

4. Обработать страницу полевого журнала нивелирования III класса и выполнить постраничный контроль.

Таблица 1. Исходных данных для решения обратных геодезических задач.

№№ вариантов	пункт А		пункт В
	X	Y	X	Y
	6 165 159,40	7 297 494,70	6 165 202,86	7 298 290,90
	6 164 633,20	7 298 153,42	6 165 107,80	7 299 817,10
	6 165 159,40	7 297 494,70	6 165 153,00	7 296 517,90
	6 164 633,20	7 298 153,42	6 159 251,22	7 296 772,51
	6 164 268,03	7 298 658,56	6 165 202,86	7 298 290,88
	6 162 762,30	7 294 545,76	6 165 153,00	7 296 517,90
	6 164 268,03	7 298 658,56	6 165 107,80	7 299 817,10
	6 162 762,30	7 294 545,76	6 159 251,22	7 296 772,51
	6 166 361,64	7 297 425,32	6 166 260,20	7 297 631,20
	6 166 361,64	7 297 425,32	6 165 202,86	7 298 290,88

Таблица 2. Исходные данные для вычисления теодолитного хода

Название № пункта	Углы (левые) и поправки за увязку	Дирекционные углы (α)	Длины линий (S)	Координаты
				х	у
1	2	3	4	5	6