4. Измерение вертикальных углов

Для измерения вертикальных углов служит вертикальный круг теодолита, жестко укрепленный на оси зрительной трубы и вращающийся вместе с ней.

В точных теодолитах соосно с вертикальным кругом крепится алидада вертикального круга с отсчетным устройством и собственным уровнем или компенсатором углов наклона, его заменяющим.

В теодолитах Т30 отсчетное устройство вертикального круга укреплено неподвижно в стойке теодолита, а его уровнем служит уровень при алидаде горизонтального круга. При измерении вертикального угла пузырек уровня приводят в нульпункт подъемными винтами подставки.

Вертикальные круги разных типов теодолитов оцифрованы различно, отчего различаются формулы вычисления вертикальных углов по полученным в ходе измерений отсчетам. Рассмотрим измерение углов наклона теодолитом Т30.

Отсчет при трубе, расположенной горизонтально, и пузырьке уровня в нульпункте называется местом нуля вертикального круга (М0).

Для измерения вертикального угла наводят трубу на визирную цель при двух положениях вертикального круга (слева и справа) и, приводя каждый раз пузырек уровня в нульпункт, берут отсчеты по вертикальному кругу: Л (лево) и П (право).

Очевидно, что угол наклона равен разности отсчетов при трубе, наведенной на цель и при трубе, расположенной горизонтально. Поэтому для круга слева напишем

ν = Л – М0. (1)

Аналогично, учитывая оцифровку вертикального круга Т30, где при круге справа отсчеты сопровождаются противоположным знаком (положительные углы знаком минус и наоборот), напишем

ν = М0 – П (2)

Из формул (1) и (2) находим формулы угла наклона и места нуля.

;

. (3)

В ряде случаев, определяя углы наклона, ограничиваются измерениями при одном положении вертикального круга (слева или справа). Тогда пользуются формулой (1) или (2), для чего предварительно необходимо определить место нуля, измерив какой-нибудь угол при двух положениях вертикального круга и вычислив место нуля по формуле (3).

Вычисления по формулам (1)  (2) упрощаются, когда М0=0. Поэтому, если место нуля велико, его исправляют. При круге слева и пузырьке уровня в нульпункте наводят трубу на точку, по которой определяли место нуля.

5. Поверки теодолита

Поверки теодолита выполняют для контроля соблюдения в приборе верного взаиморасположения его осей. Основными поверками являются следующие.

Поверка уровня.Ось цилиндрического уровня на алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к оси вращения алидады.

Поверку повторяют, добиваясь, чтобы смещение пузырька было меньше одного деления.

Поверка сетки нитей.Вертикальный штрих сетки нитей должен быть перпендикулярен к оси вращения зрительной трубы.

Наводят вертикальный штрих сетки нитей на точку и наводящим винтом трубы изменяют ее наклон. Если изображение точки не скользит по штриху, сетку нитей надо повернуть. Для этого поворачивают корпус окуляра, ослабив четыре винта его крепления к зрительной трубе (рис. 9).

Рис.9. Крепление сетки нитей: 1 крепёжный винт окуляра; 2, 3  горизонтальные и вертикальные исправительные винты сетки нитей; 4 – сетка нитей.

Поверка визирной оси. Визирная ось трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения трубы.

Если визирная ось перпендикулярна к оси вращения трубы, то отсчёты по горизонтальному кругу при разных положениях вертикального круга (круг слева и круг справа) и наведении на одну и ту же точку будут различаться ровно на 180º. Если разность отчетов отличается от 180, то ось вращения трубы не перпендикулярна к визирной оси (рис. 7.10). При этом соответствующие отсчёты Л и П отличаются от правильных значений на одинаковую величину с, получившую название коллимационной ошибки.

При выполнении поверки визируют на удалённую точку при двух положениях круга и берут отсчёты Л и П. Вычисляют коллимационную погрешность с = (Л П 180)  2, которая не должна превышать двойной точности теодолита.

Рис. 10. Поверка визирной оси:	Рис. 11. Поверка оси вращения зрительной трубы

ss визирная ось; tt верное положение оси вращения трубы; t₁t₁, t₂t₂положение оси вращения трубы при круге право и круге лево.

Поверка оси вращения трубы.Ось вращения трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения алидады.

Установив теодолит вблизи стены здания, визируют на высоко расположенную под углом наклона 25  30º точку Р (рис.11). Наклоняют трубу до горизонтального положения и отмечают на стене проекцию центра сетки нитей. Переводят трубу через зенит, вновь визируют на точку Р и отмечают её проекцию. Если изображения обеих проекций точки не выходят за пределы биссектора сетки нитей, требование считают выполненным. В противном случае необходимо исправить положение оси вращения трубы. Исправление выполняют в мастерской, изменяя наклон оси.

Оптические теодолиты На рисунке 1 изображены основные плоскости и оси теодолита. ГГ, ВВ — следы плоскостей горизонтального и вертикального кругов; LL, ll, l'l' - ось цилиндрического накладного уровня, цилиндрического уровня при алидаде горизонтального и вертикального кругов; vv, hh, рр — вертикальная ось теодолита, ось вращения зрительной трубы и оси вращения подъемных винтов соответственно; zz — визирная ось, проходит через перекрестие сетки нитей и оптический центр объектива. Рис. 1 Геометрическая схема высокоточного теодолита Плоскость горизонтального круга и ось вращения трубы должны быть перпендикулярны к вертикальной оситеодолита. Визирная ось трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения трубы. Ось вращения алидады и ось вращения горизонтального круга должны проходить через центр кольца делений лимба. При угловых измерениях вертикальная ось теодолита должна совпадать с отвесной линией в точке его стояния. Нарушения геометрической схемы теодолита приводят к ошибкам в отсчетах и в итоге — к ошибкам в конечных результатах угловых измерений. В теодолите должны быть согласованы точность изготовления осевой системы, точность нанесения делений, точность визирования, точность изготовления и компоновки узлов отсчетного устройства, точность изготовления цилиндрических уровней, компенсаторов и т. д. Горизонтальный и вертикальный круги являются главными частями теодолита — угломерного прибора, при помощи которого измеряют горизонтальные и вертикальные углы. В настоящее время горизонтальный и вертикальный круги (лимбы) изготавливают из стекла, на скошенных краях лимбов нанесены деления от 0 до Зб0°, интервал между делениями обычно равен 5,10, 20, 30' или 1° и называйся ценой деления лимба. Над лимбом помещают вращающуюся вокруг вертикальной оси верхнюю часть теодолита, состоящую из алидады 3 и зрительной трубы 4 . При вращении зрительной трубы вокруг горизонтальной оси HH1 установленной на подставке (колонке) 5, образуется вертикальная плоскость, которую называют коллимационной. Оси вращения zz1 алидады и лимба, называемые вертикальной осью прибора, должны совпадать. Для фиксирования отсчета по лимбу на алидаде имеется индекс. Для повышения точности отсчета используют специальные отсчетные устройства. Угломерные круги закрывают металлическими кожухами. Вертикальную ось zz1 теодолита приводят в отвесное положение, а плоскость лимба — в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню 6 с помощью подъемных винтов 8. Зрительная труба жестко скреплена с лимбом вертикального круга и вращается вокруг горизонтальной оси HH1 ее поворот на 180° называют переводом трубы через зенит, при этом вертикальный круг, если смотреть от окуляра, относительно зрительной трубы может располагаться справа (круг право П) или слева (круг лево Л). Вращающиеся части теодолита имеют закрепительные и наводящие винты, закрепительными винтами фиксируют соответствующую часть в неподвижном положении, а наводящие — плавно вращают при точном наведении перекрестия нитей на визирную цель. В комплект теодолита входят штатив, буссоль и другие принадлежности. На штатив (тренога с металлической платформой) устанавливают теодолит, который крепят к платформе треноги с помощью станового винта 11. Центрирование, т. е. установку центра лимба на одной отвесной линии с вершиной измеряемого угла, выполняют с помощью отвеса металлического (нить с закрепленным на одном ее конце грузом, второй конец нити закрепляют на вертикальной оси теодолита) или оптического, оптическая ось которого совпадает с вертикальной осью теодолита. Буссоль используют для ориентировки нулевого диаметра лимба по магнитному меридиану.

Обзор современных геодезических оптико-электронных приборов.

Электронные тахеометры могут быть разделены на два типа:  - Электронные тахеометры с визуальным отсчётом углов (обозначим их ЭТ\В)  - Электронные тахеометры с электронным отсчётом углов (обозначим их ЭТ\Э)

В ЭТ\В угломерная часть тахеометра представляет собой оптический теодолит со шкаловым микроскопом или оптическим микрометром; снимаемые визуально отсчёты вводятся в процессор ручным набором на клавиатуре.

В ЭТ\Э угломерная часть представляет собой электронный теодолит с цифровой индикацией угловых величин на табло. Линейные величины (результат дальномерных измерений) выводятся в цифровом виде на табло в обоих типах тахеометров.

Обобщенная функциональная схема таких электронных тахеометров показана на рис. 3 

 

 

Рис.3.

В современных электронных тахеометрах табло индикаторного блока представляет собой многофункциональный цифровой дисплей на несколько строк, на котором может отображаться различная дополнительная информация. 

Подключаемый к прибору внешний полевой накопитель информации, называемый так же устройством сбора и регистрации данных (в последнее время вошёл в обиход термин “электронный полевой журнал”) является хранителем полученной в поле информации, которая может быть передана для дальнейшей обработки в камеральный вычислительный центр. Таким образом, электронные тахеометры позволяют создавать системы полностью автоматизированного картографирования, звеньями которого являются : Электронный тахеометр - стационарный компьютер - графопостроитель. Предусмотрена также возможность использования “тахеометрических ” данных совместно с данными, получаемыми от спутниковых приёмников. 

Современные электронные тахеометры условно можно разделить на три группы: простейшие, универсальные и роботизированные.

         К первой группе относятся тахеометры с минимальной автоматизацией и ограниченными встроенными программными средствами . Такие тахеометры обеспечивают точность измерений углов ± 5 ÷ 10″, линий ± 3 ÷ 5 мм ⁄ км. Ряд тахеометров этой группы не имеет внутренней памяти или же имеет ограниченную память, позволяющую хранить информацию лишь на 500 или 1000 точек (пикетов).

        Ко второй группе относятся тахеометры с расширенными возможностями. Они оснащены большим количеством встроенных программ и имеют объёмную внутреннюю память – на 10000 и более точек. Точность измерения углов , обеспечиваемая этими приборами , как правило, ± 1 ÷ 10″ ,линий ± 2÷ 3 мм ⁄км.

      К третьей группе относятся роботизированные тахеометры с сервомоторами , обладающие всеми возможностями приборов предыдущей группы .Именно наличие сервомоторов , встроенных радиокоммуникационных устройств , а также систем автоматического поиска и слежения за отражателем позволяет отнести эти приборы к категории приборов – роботов .Такая конструкция тахеометров позволяет инженеру –геодезисту в автоматическом режиме эффективно и без ошибок выполнить самые сложные съёмочные и разбивочные работы с требуемой точностью без привлечения помощников. 

Жёсткая конкуренция заставляет зарубежные и отечественные фирмы вести непрерывное совершенствование своих моделей и разработку новых приборов. Примерно одинаковыми остаются такие характеристики, как дальность действия (до нескольких километров) и точность (точность линейных измерений составляет в среднем ( 2 мм + 2 мм ⁄ км ), угловых – в диапазоне от 10″ до 1-2″ ),  и основное внимание разработчиков направлено на создание максимальных удобств для потребителя.

Электронные теодолиты

В новых высокоточных теодолитах, выпуск которых начат несколько лет назад, используется система отсчета с оптико-электронным сканированием, позволяющая автоматизировать процесс угловых измерений и повысить приборную точность. К таким приборам относится теодолит T2000S.

Зрительная труба в этом теодолите имеет прямое изображение и увеличение 26, 35, 43 и 59х. Имеется два режима работы:

• простой — для высокоточных угловых измерений,

• следящий — для наблюдения за подвижной целью.

Точность отсчета по кругам — 1, или 0,1"— по усмотрению наблюдателя. Отсчеты выражаются в градусах или гонах (1/400 части окружности).

Электронный теодолит имеет дисплейную панель управления и регистратор. Клавишами задают режим работы теодолита, на экран дисплея выводятся значения измеренных углов. Регистратор хранит записанную информацию, ведет математическую обработку результатов измерений согласно заданной программе. К регистратору можно подключить компьютер. T2000S прост в обращении, надежен и обеспечивает высокую точность измерений (m = 0,5" без учета влияния внешней среды).Теодолиты электронные в отличие от оптических - просты в работе, не требуют визуального снятия отсчетов. Чтобы получить значения углов, достаточно просто навестись на цель и на дисплее отобразятся результаты. Таким образом, исключаются ошибки при снятии отсчетов, и, следовательно, повышается эффективность производства и качество работ. Все эти приборы имеют цилиндрический уровень, который используется для приведения прибора в рабочее положение. Кроме того, большинство приборов снабжено датчиком угла наклона, который автоматически компенсирует наклон вертикальной оси. Современные электронные теодолиты имеют прочный водонепроницаемый корпус, что позволяет работать с геодезическими приборами при неблагоприятных погодных условиях и в условиях сильной запыленности. Стандартная рабочая температура от -20^оС до +50^оС. Для работы с ними не обязательно нанимать высококвалифицированного работника. Работа с теодолитом требует своевременной подзарядки аккумуляторов прибора.

Проложение тахеометрического хода и обработка материалов

Теодолитно-высотный ход представляет собой теодолитный ход, в котором кроме определения координат точек хода методом тригонометрического нивелирования определяют их высоты. Рассмотрим определение высот.

На каждой стороне хода теодолитом технической точности измеряют углы наклона. Измерение угла выполняют одним приемом. Превышение вычисляют по формуле (4). Для контроля и повышения точности каждое превышение определяют дважды  в прямом и обратном направлениях. Прямое и обратное превышения, имея разный знак, не должны различаться по абсолютной величине больше чем на 4 см на каждые 100 м длины линии. За окончательное значение превышения принимают среднее, со знаком прямого.

Теодолитно-высотные ходы начинаются и заканчиваются на исходных пунктах, высоты которых известны. По форме ход может быть замкнутым (с одним исходным пунктом) или разомкнутым (с двумя исходными пунктами).

Теоретически, сумма средних превышений высотного хода должна равняться разности высот исходных точек хода  конечной и начальной. Но из-за погрешностей измерений, это равенство не соблюдается, и возникает высотная невязка, вычисляемая по формулам (2) и (3)

Величину допустимой невязки вычисляют по формуле: , где Р_с длина хода (в сотнях метров) и n число сторон хода.

Если невязкаf_h не превышает допуска, то средние превышения исправляют поправками, вычисляемыми по формуле

_hi=  ( f_h/ P) d_i,

где i номер стороны хода, Р длина хода, d_i длина i-ой стороны.

Поправками исправляют измеренные превышения: . Используя исправленные превышения, последовательно вычисляют отметки всех точек нивелирного хода.

H_i+1 = H_i + (i = 1, 2, …,n).

Тахеометрический ход это ход, в котором теодолитом измеряют горизонтальные и вертикальные углы, а длины сторон  нитяным дальномером. Длины сторон и углы наклона по каждой линии измеряют прямо и обратно. Горизонтальные расстояния и превышения вычисляют по тахеометрическим формулам.

Относительная погрешность измерения расстояний нитяным дальномером равна 1/300. Поэтому относительная погрешность 1/300 служит допуском для расхождений результатов прямого и обратного измерения длин линий, а также для относительной невязки хода. Остальные допуски и порядок вычислений такие же, как в теодолитно-высотном ходе.

Производство тахеометрической съёмки

Общие сведения о съемке местности

Топографической съемкой называется комплекс работ по созданию плана местности. План может быть составлен в графическом виде или с применением современных технологий – в цифровом виде как цифровая модель местности (ЦММ).

различают съемки:

• наземные, когда работы по сбору информации о местности выполняют на земной поверхности;

• аэрокосмические, когда сбор информации выполняется с помощью приборов, находящихся на летательных аппаратах (самолетах, вертолетах, искусственных спутниках Земли и др.).

В зависимости от применяемых приборов среди наземных видов съемки различают: теодолитную, мензульную, тахеометрическую, стереофотограмметрическую (фототеодолитную) и сканерную. При этом фототеодолитные и сканерные съемки используют аппаратуру и методы, аналогичные применяемым в аэрокосмических съемках, поэтому они будут рассмотрены отдельно.

В ряде случаев выполняется съемка только контуров местных предметов (без отображения рельефа). Такую съемку называют горизонтальной, или контурной. Съемку только рельефа называют вертикальной.

При картографировании больших территорий основными являются аэрофототопографическая и космическая съемки. При выполнении работ под строительство различных объектов обычно применяют наземные виды съемки: тахеометрическую и теодолитную и реже – мензульную. Вид съемки выбирают с учетом экономических затрат на ее выполнение, площади снимаемого участка, наличия геодезических приборов, подготовленности исполнителей и др.

Наземная съемка местности включает создание съемочной сети, съемку подробностей, обработку результатов измерений с составлением плана местности.

Съемочная сеть – это совокупность закрепляемых на местности точек, положение которых в плане и по высоте определяют в принятой для съемки системе координат и высот.

Плановую съемочную сеть чаще всего создают в виде системы замкнутых и разомкнутых теодолитных ходов. В таких ходах длиной до 1,2 км относительные невязки не должны превышать 1:2000, а угловые невязки – , где n – число углов в ходе. Съемочная сеть должна опираться не менее чем на два исходных пункта высшего класса.

Высоты пунктов съемочной сети определяют, как правило, методом геометрического нивелирования. Сеть должна быть привязана не менее чем к двум реперам высшего класса. При этом невязки ходов (в миллиметрах) не должны превышать , где L – длина хода, км.

При съемке с сечением рельефа через 2 и 5 м, а также при съемке всхолмленной местности с сечением рельефа через 1 м высотное съемочное обоснование можно создавать методом тригонометрического нивелирования. В этом случае высотные невязки в ходах не должны превышать допуска 0,0004 , где P – длина хода и n – число линий в ходе.

Для съемки небольших участков местности съемочная сеть может быть построена в местной системе координат и высот без привязки к пунктам высшего класса.

Часть пунктов съемочной сети (23 пункта на съемочный планшет) закрепляют на местности знаками долговременной сохранности бетонными пилонами, заложенными в землю на глубину до 80 см. Остальные пункты закрепляют временными знаками  металлическими трубами, деревянными столбами, кольями.

Опираясь на пункты съемочной сети, выполняют съемку подробностей контуров и рельефа местности. При съемке подробностей определяют положение съемочных пикетов – точек, расположенных в характерных местах контуров или рельефа. Нанеся пикеты на план, рисуют контуры местных предметов и горизонтали.

Теодолитная съемка

Теодолитной съемкой называют горизонтальную съемку, выполняемую с помощью теодолита и мерных приборов (лент, рулеток) или дальномера.

Теодолитную съемку выполняют для составления крупномасштабных контурных планов внутриквартальной застройки городов, населенных пунктов в сельской местности, внутризаводских территорий, железнодорожных станций, подъездных путей промышленных предприятий.

Съемочной основой теодолитной съемки служат, как правило, теодолитные ходы(замкнутые и разомкнутые). При необходимости сгущение съемочной сети может быть выполнено путем определения координат дополнительных точек засечками  полярной, линейной, угловой, опирающимися на пункты проложенных ранее теодолитных ходов.

Съемку ситуации выполняют путем измерений, связывающих положение характерных контурных точек объектов с пунктами съемочной основы. Наиболее распространены следующие способы съемки.

Способ прямоугольных координат обычно применяют при съемке объектов с четкими контурами. Так, при съемке здания (см. рис. 2, а) из каждой характерной точки его контура на сторону теодолитного хода опускают перпендикуляр и измеряют расстояние по стороне хода до основания перпендикуляра (координата x) и длину перпендикуляра (координата y). Расстояния измеряют рулеткой или лентой. Для контроля выполняют обмер здания.

а)

б)

2

3

2

1

4

Рис. 1 Двухзеркальный экер:

а – вид прибора: 1, 2 – окна; 3, 4 – зеркала; б – ход лучей:

2 – пункт съемочной сети; Q – направление перпендикуляра

При построении перпендикуляров длиной более 8 м пользуются экером. Экер (рис. 1.1, а) имеет два зеркала 3 и 4, расположенных под углом  = 45°. Луч, падающий на одно из зеркал, после двойного отражения выходит под прямым углом  к исходному направлению. Действительно (см. рис. 11.1 б):

 = 180 ( + ) = 180 [(180 2) + (180 2)] = 180 360 + + 2() = 180 2[180 ()] = 180 2.

Следовательно, при  = 45° имеем  = 90.

Экер позволяет находить на стороне теодолитного хода 1–2 (см. рис. 2, а) точку, в которой линия хода и направление на съемочный пикет (угол здания) взаимно перпендикулярны. В этой точке в окне экера 2 (см. рис. 1, а) видна веха, установленная на пункте теодолитного хода, а под ней в зеркале – изображение угла здания.

а)

б)

г)

в)

Рис. 2 Способы съемки ситуации:

а – прямоугольных координат; б – угловой засечки;

в – линейной засечки; г – полярных координат

Способ угловой засечки применяют при съемке удаленных или недоступных объектов. Так, для определения положения центра водонапорной башни (рис. 2, б) на пунктах съемочной сети 1 и 2 теодолитом измеряют горизонтальные углы ₁ и ₂. Наилучший угол  для засечки  90. Практически угол  должен быть в пределах от 30 до 150.

Способ линейной засечки (рис. 2, в). Положение точки M определяют, измеряя расстояния до точек, положение которых известно. Способ удобен, когда расстояния не превышают длины применяемого мерного прибора.

Способ полярных координат (рис. 2, г). Для определения положения точки 1 измеряют горизонтальный угол  и расстояние d.

Результаты выполненных в ходе съемки измерений записывают в полевой журнал. Одновременно составляют абрис – схематический чертеж, на котором в произвольном масштабе показывают расположение пунктов съемочной сети и снимаемых объектов, характеристики снимаемых объектов и результаты измерений.

Составление плана выполняют в следующем порядке.

Вычисляют координаты пунктов съемочной основы (вершин теодолитных ходов и точек, полученных засечками).

Разбивают на планшете сетку прямоугольных координат и оцифровывают ее.

Наносят на план пункты съемочной сети.

Наносят на план съемочные пикеты и вычерчивают контуры.

Оформляют план в соответствии с руководством "Условные знаки".

Тахеометрическая съемка

Тахеометрической называют топографическую съемку местности, выполняемую с помощью тахеометров. Съемке подлежат и ситуация, и рельеф.

Тахеометром называют прибор, сочетающий теодолит – для измерения углов и дальномер – для измерения расстояний. Простейшим тахеометром является любой теодолит, снабженный нитяным дальномером.

Тахеометрическую съемку применяют при съемке в крупных масштабах небольших участков местности, особенно незастроенных или малозастроенных. Ее применяют также при съемке трасс существующих и проектируемых линейных сооружений (автомобильных и железных дорог, ЛЭП, трубопроводов и т. п.).

Съемочной основой тахеометрической съемки чаще всего служат теодолитно-высотные ходы – теодолитные ходы, в которых измеряют ещё и вертикальные углы, что позволяет методом тригонометрического нивелирования вычислить высоты пунктов хода.

Другой вид съемочной основы – теодолитно-нивелирные ходы– теодолитные ходы, в которых высоты пунктов определяют геометрическим нивелированием, ходы которого прокладывают по сторонам теодолитных ходов.

Применяют также тахеометрические ходы, в которых длины линий измеряют нитяным дальномером, а превышения  методом тригонометрического нивелирования.

Съемку ситуации и рельефа выполняют тахеометром, в основном способом полярных координат.

Для выполнения съемки тахеометр устанавливают на точке съемочной сети (на рис. 3, точка А), центрируют и горизонтируют. Измеряют высоту прибора k над центром пункта.

Ориентируют горизонтальный круг, то есть устанавливают его в такое положение, чтобы при трубе, направленной по стороне хода AB, отсчет по горизонтальному кругу был равен 0 00.

Определяют место нуля М0 вертикального круга.

Р еечник устанавливает рейку на пикете 1 (рис. 3). Наблюдатель наводит трубу прибора на рейку, читает по рейке высоту точки наведения l и берет отсчеты: по нитяному дальномеру (расстояние s₁), по горизонтальному кругу (угол ₁), по вертикальному кругу (отсчет Л (лево) или П (право)).

Рис. 3 Абрис тахеометрической съемки

Помощник наблюдателя записывает результаты измерений в полевой журнал и составляет схематический чертеж снимаемого участка местности абрис (см. рис.3).

Реечник переносит рейку на следующие пикеты (2, 3, …), а наблюдатель вновь выполняет наведения и отсчеты.

Обработка результатов измерений, полученных теодолитом типа Т-30, выполняется по формулам:

вычисление углов наклона v = Л  М0 (или v = М0  П);

 вычисление горизонтальных расстояний d = s·cos² ν,

 вычисление превышений h = ½ s·sin(2ν) + k – l

или h= d · tgν + k – l,

 вычисление высоты съемочных пикетов Н_п = H_ст + h,

где H_ст – высота точки стояния прибора.

Составление плана местностивключает:

1. вычисление координат x, y и высот Н точек хода;

2. разбивку на планшете сетки прямоугольных координат;

3. нанесение на план точек хода по координатам x, y;

4. нанесение точек и рисовку контуров, используя записи в журнале и абрис;

5. рисовку горизонталей с заданной высотой сечения рельефа с использованием вычисленных высот точек и абриса;

6. оформление плана в соответствии с указаниями руководства "Условные знаки".

Современные технологии

Использование электронных тахеометров, регистрирующих результаты измерений на магнитные носители, и программных продуктов при обработке результатов измерений позволяет автоматизировать процесс составления плана.

При съемке местности электронный тахеометр устанавливают на точке съемочной основы, вводят в память координаты и высоту точки стояния, высоту прибора и отражателя, температуру воздуха и атмосферное давление. Наведя трубу на соседнюю точку хода, устанавливают отсчет по горизонтальному кругу, равный 0 00.

Реечник ставит веху с отражателем поочередно на съемочных пикетах. Тахеометром измеряют горизонтальный и вертикальный углы и расстояние до отражателя. Горизонтальный угол и вычисленные по результатам измерений горизонтальное расстояние d, превышение h и высота пикета Н_п высвечиваются на табло и регистрируются в памяти прибора. Предусмотрена возможность высвечивания и регистрации и иных данных.

Собранную информацию экспортируют в память компьютера и обрабатывают, используя такие пакеты программ, как "CREDO", "Топаз" и др. При этом получают электронную версию топографического плана. При необходимости ее можно распечатать на плоттере и получить план на бумаге.

Проложение тахеометрического хода

Мензульная съемка

М ензульная съемка – топографическая съемка местности, выполняемая с помощью мензулы и кипрегеля и дальномерной рейки.

Мензула и кипрегель представляют собой своего рода тахеометр, позволяющий не только проводить съемку местности, но и вычерчивать план непосредственно в поле. Горизонтальные углы при мензульной съемке не измеряются, а получаются графическим построением, поэтому мензульную съемку называют углоначертательной.

Мензульная съемка производится для получения топографических планов небольших участков местности в масштабах 1: 5000 – 1: 500, когда отсутствуют материалы аэрофотосъемки либо применение их является экономически нецелесообразным. Недостатки мензульной съемки заключаются в том, что она в значительной степени зависит от погоды, план местности можно составить только в одном, заранее выбранном масштабе, затруднено разделение труда, так как измерения и вычерчивание плана выполняются одним исполнителем. Все это в известной степени снижает производительность съемочных работ и повышает их стоимость. Основное преимущество мензульной съемки по сравнению с другими видами съемок обусловлено тем, что план местности строится непосредственно в поле. Это позволяет свести к минимуму объем камеральных работ, дает возможность сопоставить получаемое на плане изображение с натурой и тем самым достичь более полного соответствия между планом и местностью. Стоит отметить, что в настоящее время мензульная съемка практически утратила свое значение. С появлением электронных тахеометров и обработки топографических съемок при помощи ЭВМ использовать мензулу и кипрегель стало экономически невыгодно.

Принцип выполнения мензульной съемки

Мензулу устанавливают над точкой А местности (см. рис.) и ориентируют по данной на мензуле линии ab на точку В. При помощи кипрегеля проводят на мензуле линии ad и ac, соединяющие точки D и С. Дальномером измеряют расстояния до этих точек и в соответствующем масштабе откладывают на мензуле отрезки ad и ac. Если при этом измерить углы наклона отрезков AD и AC, то можно определить относительные высоты точек D и С, что даёт возможность изобразить на плане или карте рельеф местности.

Расстояния до точек В и С определяют дальномером и откладывают на планшете их горизонтальные проекции в принятом масштабе; превышения точек определяют методом тригонометрического нивелирования, осуществляемого с помощью наклонного луча визирования.

Принцип тригонометрического нивелирования заключается в следующем. Пусть требуется определить превышение точки В над точкой А. Над точкой А устанавливается в рабочем положении мензульный комплект или теодолит, а в точке В отвесно устанавливается рейка. Измеряют высоту прибора i и зрительной трубой теодолита визируют на верх рейки (вехи), имеющей длину V. С помощью вертикального круга измеряют вертикальный угол v, а дальномером – наклонное расстояние D либо его горизонтальную проекцию d. Превышение между точками в общем случае будет равно:

Для мензульной съемки больших участков местности должна быть построена опорная геодезическая сеть, которая дополняется пунктами съемочной сети, создаваемой либо аналитическими (теодолитные высотные и тахеометрические ходы, а также аналитические сети и цепи), либо графическими (геометрическая сеть и мензульные ходы) способами. Съёмка небольших районов (10–15 км2 для масштаба 1: 5000 и 2–4 км2 для масштаба 1: 2000) может быть поставлена на одной съёмочной сети.

Мензульный комплект

Мензульная съемка выполняется с использованием комплекта приборов и принадлежностей.

В мензульный комплект (рис 1) входят: мензула с центрировочной вилкой и отвесом, кипрегель, ориентир – буссоль, мензульная рейка и полевой зонт.

Мензула (рис1а). Состоит из штатива, подставки и мензульной доски – планшета. На планшете закрепляется ватман, на котором вычерчивают план местности.

Кипрегель (рис1б) – прибор для съемки местности. Кипрегелем визируют на точки местности, прочерчивая направления на планшете, измеряют вертикальные углы и расстояния или их горизонтальные проложения.

В настоящее время выпускаются кипрегели КН и КНК. Оба кипрегеля авторедукционные. Они определяют превышения и редуцированные на горизонтальную плоскость расстояния.

Кипрегели имеют следующие части: зрительную трубу, колонку и линейку. Зрительная труба вращается относительно вертикального круга, что позволяет при её наклонах видеть в поле зрения различные участки круга с номограммами кривых (рис. 95).

Мензульный комплект (рис 1а)

 

Мензула с центрировочной вилкой: 1 – мензульная доска-планшет; 2 – мензульная центрировочная вилка; 3 – подставка; 4 – штатив; 5 – нитяной отвес вилки; 6 – становой винт; 7 – подъемный винт; 8, 9 – наводящий и закрепительный винты подставки;

Мензульный комплект (рис 1б)

Кипрегель КН: 1 – масштабная линейка; 2 – уровень при колонке; 3 – окуляр; 4 – закрепительный винт трубы; 5 – наводящий винт трубы; 6 – уровень вертикального круга; 7 – уровень зрительной трубы; 8 – зеркало для наблюдения уровня при трубе; 9 – наводящий винт уровня вертикального круга; 10 - вертикальный круг; 11 – зрительная труба; 12 – кремальера; 13 – колонка; 14 – основание; 15 – дополнительная линейка.

Номограммы превышений и расстояний нанесены на поверхность стеклянного вертикального круга. Их изображение передается с помощью системы призм в поле зрения трубы и проектируется на изображение местности (рис. 2).

Рис. 2 - Поле зрения зрительной трубы кипрегеля КН

Знак (–) перед коэффициентом кривых превышений показывает понижение местности, а (+) – повышение.

Начальную окружность номограммы обозначают буквой Н с оцифрованными делениями лимба вертикального круга через 1° и не оцифрованными через 5'.

Значение место нуля вертикального круга определяют по формуле

Угол наклона вычисляют по формуле:

.

Точность измерений кипрегелем КН характеризуется следующими данными: средняя квадратическая ошибка измерения расстояний на 100 м – 20 см; средняя квадратическая ошибка измерения превышений на 100 м от 3 до 15 см в зависимости от величины угла наклона; средняя квадратическая ошибка измерения угла наклона одним приемом – 45".

Нивелирование

Нивелированием называется измерение превышений с целью определения высот точек. Путем нивелирования значения высот передают от исходных точек с известными высотами на точки, высоты которых надо определить.

В зависимости от применяемых приборов и методов различают следующие виды нивелирования.

Геометрическое нивелирование метод определения превышений путем взятия отсчетов по вертикальным рейкам при горизонтальном луче визирования. Это  основной метод нивелирования. Методом геометрического нивелирования создана государственная нивелирная сеть, создаются инженерно-геодезические высотные сети различного назначения.

Тригонометрическое нивелирование метод определения превышения путем измерения вертикального угла и расстояния. Метод используют при создании высотного обоснования топографических съемок, а также при определении превышений и передаче высот на строительных площадках.

Барометрическое нивелирование основано на зависимости между высотой и атмосферным давлением. Для определения превышений измеряют атмосферное давление и температуру в точке с известной высотой и в точках, высоты которых определяют. По разностям давлений вычисляют превышения. Метод применяют при работах в труднодоступной местности, им пользуются геологи, геофизики. Точность измерений этим методом невысокая: на равнинной местности  0.5 м, в горной  1.5 м.

Гидростатическое нивелирование основано на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах устанавливаться на одном уровне. Простейший гидростатический нивелир представляет собой два сосуда с делениями, соединенные шлангом. Систему заполняют дистиллированной водой. Точность метода очень высокая (0,1 мм), поэтому он применяется при монтаже и выверке конструкций по высоте, особенно при работе в стесненных условиях, при передаче отметок через водные преграды, для наблюдений за деформациями сооружений (плотин, мостов, ускорителей частиц и пр.).

Определение превышений и высот точек с помощью спутниковых измерений. Автономное определение высот точек аппаратурой ГЛОНАСС и GPS выполняется с точностью нескольких метров, а определение превышений между точками  с точностью 10  15 мм.

Геометрическое нивелирование

Геометрическое нивелирование выполняют, используя нивелир и нивелирные рейки. Нивелир – прибор, в котором визирный луч приводится в горизонтальное положение. Отсчеты берут по шкалам устанавливаемых вертикально нивелирных реек. Оцифровка шкал на рейках возрастает от пятки рейки вверх. Если на пятке рейки расположен ноль шкалы, то отсчет по рейке равен расстоянию от пятки до луча визирования.

Геометрическое нивелирование выполняют двумя способами  “из середины” и “вперед”.

Рис. 1. Нивелирование: а  из середины; б  вперед; ee – исходная уровенная поверхность

Нивелирование из середины – основной способ. Для измерения превышения точки Bнад точкой A (рис. 1 а) нивелир устанавливают в середине между точками (как правило, на равных расстояниях) и приводят его визирную ось в горизонтальное положение. На точкахА и В устанавливают нивелирные рейки. Берут отсчет a по задней рейке и отсчет b по передней рейке. Превышение вычисляют по формуле

h = ab

Обычно для контроля превышение измеряют дважды – по черным и красным сторонам реек. За окончательный результат принимают среднее.

Если известна высота H_A точкиА, то высоту H_В точки В вычисляют по формуле:

H_B = H_A+ h_AB . (1)

При нивелировании вперед (рис. 1 б) нивелир устанавливают над точкой A и измеряют (обычно с помощью рейки) высоту прибора k. В точке B, высоту которой требуется определить, устанавливают рейку. Приведя визирную ось нивелира в горизонтальное положение, берут отсчет bпо черной стороне рейки. Вычислив превышение h = k – b, по формуле (1) находят высоту точки В.

На строительной площадке, где на земляных работах, укладке бетона или асфальта и пр. требуется с одной стоянки нивелира определить высоты многих точек, сначала вычисляют общую для всех точек высоту H_ГИ горизонта инструмента, то есть высоту визирной оси нивелира H_ГИ = H_A + k, а затем – высоты определяемых точек H₁ = H_ГИb₁, H₂ = H_ГИb₂, …, где 1, 2, …  номера определяемых точек.

Если точкиА и В, расположены так, что измерить между ними превышение с одной установки нивелира невозможно, превышение измеряют по частям, то есть прокладывают нивелирный ход (рис. 2).

Рис. 2. Нивелирный ход

Превышения вычисляют по формулам:

h₁ = a₁b₁; h₂ = a₂b₂; h₃ = a₃b₃;

Превышение между конечными точками хода А и В равно сумме вычисленных превышений h_AB = h₁ + h₂ + h₃, а высота точки В определится по формуле (1).

Нивелир. Виды нивелиров

Нивелир — геодезический инструмент для нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими большими и маленькими клетками земной поверхности относительно условного уровня т.е определение превышения.

Оптический нивелир

Оптический нивелир — это точный профессиональный прибор, который служит для определения разности высот между точками на местности. Для выравнивания служит цилиндрический уровень или автоматический компенсатор (у большинства современных моделей). Встроенный лимб позволяет измерять углы в горизонтальной плоскости.

Согласно ГОСТ, все оптические нивелиры делятся на три класса точности:

- высокоточный (среднеквадратичная погрешность 0,3-0,7 мм на 1 км двойного хода);

- точный (СКП до 3 мм на 1 км двойного хода);

- технический (СКП до 5 мм на 1 км двойного хода).

Основные параметры геодезического нивелира:

- Степень увеличения;

- Диаметр объектива (32-40 мм);

- Величина погрешности;

- Минимальное расстояние визирования (от 20 см).

Схема оптического нивелира 1— цилиндрический уровень, 2 — мушка, 3,8 — уровни, 4 — наводящий винт, 5 — упругая пластинка, 6 — подъёмные винты, 7 — подставка, 9 — элевационный винт, 10 — опорная площадка, 11 — винт кремальеры, 12 — окуляр, 13 — зрительная труба

Электронный нивелир

Электронный (цифровой) нивелир - это современный геодезический прибор, обладающий достаточно широким спектром функций:

- высокоточный оптический нивелир;

- электронное запоминающее устройство;

- встроенный микропроцессор для обработки полученных измерений.

Встроенное оборудование для регистрации отсчетов по специальным штрих-кодовым рейкам с высокой тонностью и является главной отличительной особенностью электронных нивелиров. Такая конструкция электронного нивелира позволяет определять не только превышение (как оптический нивелир), но и расстояние между точками, и горизонтальные углы.

Применение электронных нивелиров позволяет полностью исключить ошибки, связанные с человеческим фактором, то есть так называемую «ошибку исполнителя», а также ошибку измерения расстояния. При этом электронный нивелир многократно экономит время специалиста при процессе измерения. Нужно навести прибор на рейку, сфокусировать изображение и нажать на кнопку. Прибор выполнит измерение, отобразит на экране полученное значение и расстояние до рейки. Современные цифровые технологии позволяют значительно расширить возможности нивелиров и области их применения.

1 — объектив 2 — фокусирующая линза 3, 4 — призмы 5 — нити	Оптическая схема цифрового нивелира: 6 — куб-призма 7 — сетка нитей 8 — окуляр 9 — зеркало-компенсатор 10 — сенсорный приемник излучения
	11 — воздушный демпфер 12 — корпус трубы А, В, С, D — точки закрепления нитей

Лазерный нивелир

Лазерный нивелир – это оптико-электронный прибор, предназначенный для проецирования лазерных плоскостей.  По принципу построения плоскости лазерные нивелиры делятся на две категории: позиционные и ротационные нивелиры. В позиционных лазерных нивелирах (построителях плоскостей) лазерная призма установлена стационарно. Лазерный позиционный уровень нивелир дает показания с точностью не менее 0,2 мм/1м (стандартная модель), экземпляры с электронной системой компенсации – до 0,1 мм/1м. В позиционных лазерных приборах выравнивание плоскости выполняется автоматически, с помощью электронной системы компенсации или магнитного демпфера. Точность ротационных нивелиров составляет не менее 10 мм/100м, а в некоторых моделях этот показатель доходит до 3 мм/100м.Основные достоинства как лазерных построителей плоскостей, так и ротационных нивелиров – их высокая точность и простота эксплуатации. Работать с этими приборами может человек, не обладающий специальными знаниями.

По устройству различают следующие типы нивелиров.

Нивелиры с уровнем при трубе снабжены точным цилиндрическим уровнем, приводимым для измерений вместе со зрительной трубой в горизонтальное положение вручную. Нивелирами с уровнем при трубе являются нивелиры российского производства Н-3, Н-05, 3Н5Л и др.

Нивелиры с компенсатором углов наклона отличаются наличием устройства, автоматически приводящего визирную ось зрительной трубы в горизонтальное положение. Компенсатор работает в пределах 12  15, поэтому прибор предварительно устанавливают в рабочее положение по круглому уровню. Такими нивелирами являются Н-3К, 3Н2КЛ и др.

Нивелиры с оптическим микрометром (например, нивелир Н-05) имеют перед объективом стеклянную пластину, повороты которой вокруг ее горизонтальной оси смещают лучи света параллельно самим себе. Это позволяет наводить визирную ось точно на штрих рейки. Величина смещения измеряется оптическим микрометром, чем достигается высокая точность отсчета по рейке.

Лазерные нивелиры излучают видимый пучок света. Отсчет берут по световому пятну на рейке.

Цифровые нивелиры автоматически формируют отсчет по рейке, шкала которой представляет собой штриховой код. Снабжены компенсатором углов наклона. Отсчеты по рейкам регистрируются на магнитном носителе. Примером такого прибора является нивелир SDL30M, Япония.

По точности нивелиры делят на высокоточные, точные и технические в зависимости от величины средней квадратической погрешности m_h измерения превышения на 1 км двойного хода (табл.1).

Таблица 1

Типы нивелиров	Точность	Примеры нивелиров
Высокоточные	mh 0,5 мм	Н-05 (Россия), PL1 (Япония)
Точные	mh 3 мм	3Н2КЛ, Н-3, Н-3К (Россия), С300 (Япония), DSZ3(Китай)
Технические	mh 5 мм	3Н5Л (Россия), АТ20D (Китай)

Нивелир с уровнем при трубе

Нивелиром с уровнем при трубе является, например, нивелир Н-3. Его устройство показано на рис. 3.

Для выполнения измерений нивелир устанавливают на штативе и подъемными винтами 7 приводят в нульпункт пузырек круглого уровня 5. Пользуясь закрепительным 3 и наводящим 4 винтами, наводят зрительную трубу на рейку. Вращением диоптрийного кольца окуляра 10 фокусируют трубу “по глазу” и вращением головки фокусирующего винта 2  “по предмету”. В поле зрения трубы будут видны штрихи сетки нитей, изображение нивелирной рейки и в отдельном окошке  изображения двух половинок цилиндрического уровня (рис. 4).

Рис. 3. Устройство нивелира Н-3:

1  зрительная труба; 2  фокусирующий винт зрительной трубы; 3, 4 – закрепительный и наводящий винты; 5 – круглый уровень; 6 – исправительные винты круглого уровня; 7 – подъемные винты; 8  подставка; 9 – элевационный винт; 10 – окуляр с диоптрийным кольцом для фокусировки трубы по глазу; 11 – исправительные винты цилиндрического уровня; 12 – цилиндрический уровень.

Вращая элевационный винт 9 (рис. 3), изменяющий наклон трубы 1 и цилиндрического уровня 12, приводят ось уровня в горизонтальное положение. Ось уровня горизонтальна, если его пузырек находится в нульпункте, на что указывает совмещение концов изображений половинок уровня в поле зрения трубы (рис. 4). Отсчет берут по среднему штриху сетки нитей.

Рис. 4. Поле зрения зрительной трубы нивелира: отсчет по рейке равен 1449 мм

Поверки нивелира

Необходимая точность нивелирования может быть достигнута только в том случае, если обеспечено верное взаиморасположение основных осей нивелира. Для контроля предъявляемых к прибору требований в начале и периодически в ходе работ выполняют поверки нивелира. Основными поверками являются следующие.

Поверка круглого уровня.Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения прибора.

Подъемными винтами нивелира приводят пузырек круглого уровня в нульпункт. Поворачивают нивелир на 180 вокруг оси его вращения ii (рис. 5). Если после поворота пузырек остался в нульпункте, проверяемое условие выполнено – ось круглого уровня ee параллельна оси вращения прибора ii.

Если пузырек ушел из нульпункта, исправительными винтами 2 изменяют наклон уровня так, чтобы пузырек сместился в сторону нульпункта на половину отклонения. Для поворота исправительных винтов пользуются шпилькой.

Рис. 5. Оси и исправительные винты нивелира: ss– визирная ось зрительной трубы; ii– ось вращения прибора; uu– ось цилиндрического уровня; ee– ось круглого уровня; 1 – исправительные винты цилиндрического уровня; 2– исправительные винты круглого уровня

Поверка цилиндрического уровня.Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы.

У высокоточных и точных нивелиров проекция на отвесную плоскость угла между осью цилиндрического уровня и визирной осью не должна превышать 10". Это означает, что при расстоянии до рейки d = 100 м допустима ошибка в отсчете по рейке из-за непараллельности оси уровня и визирной оси, не превышающая = 5 мм, где ρ = 206 265"  число секунд в одном радиане.

Поверка выполняется путем измерения одного и того же превышения дважды  из середины и с неравными расстояниями до реек.

На расстоянии 75 – 100 м друг от друга закрепляют две точки, на которые устанавливают рейки (рис. 6). В середине, на равных расстояниях от реек устанавливают нивелир и, приводя пузырек цилиндрического уровня в нульпункт, берут отсчеты a и b по рейкам и вычисляют превышение .

Если визирная ось трубы не параллельна оси уровня и потому наклонена на угол i, то вместо верных отсчетов a и b будут прочтены отсчеты a₁ и b₁. Вследствие равенства расстояний до реек ошибки в обоих отсчетах будут одинаковыми, a = b. Вычисленное при этом превышение будет равно

h = a₁ – b₁ = (a + a) – (b + b) = a – b.

Следовательно, несмотря на ошибки отсчетов, вызванные непараллельностью оси уровня и визирной оси трубы, превышение, вычисленное по измерениям из середины  верное.

Рис. 6. Поверка цилиндрического уровня. Измерения из середины

Нивелир переносят и устанавливают на расстоянии 23 м от одной из реек (рис. 7). Берут отсчет b₂ по ближней рейке. Ввиду малости расстояния до рейки погрешность в отсчете b₂, вызванная наклоном луча визирования, мала. Поэтому отсчет b₂ считают безошибочным.

Рис. 7. Поверка цилиндрического уровня. Измерения с неравными расстояниями до реек

Вычисляют отсчет, который должен быть на дальней рейке, если луч визирования горизонтален: a₀ = b₂ + h.

Наводят нивелир на дальнюю рейку и берут фактический отсчет a₂. Сравнивают вычисленный и фактический отсчеты.

Если вычисленныйa₀ и фактическийa₂ отсчеты различаются меньше, чем на 5 мм, то считают, что ось цилиндрического уровня uu(рис.5)параллельна визирной оси ss.

Если вычисленный и фактический отсчеты различаются больше, чем на 5 мм, то положение цилиндрического уровня необходимо исправить.

Для этого элевационным винтом наводят средний штрих сетки нитей на отсчет a₀ по дальней рейке. При этом пузырек цилиндрического уровня уйдет из нульпункта. Вертикальными исправительными винтами приводят пузырек цилиндрического уровня в нульпункт, совмещая изображения концов половинок пузырька в поле зрения трубы.

У нивелиров с компенсатором углов наклона цилиндрического уровня нет, и при выполнении поверки добиваются выполнения следующего условия.

Визирная ось зрительной трубы должна быть горизонтальна в пределах работы компенсатора.

Поверка выполняется в том же порядке, как и поверка цилиндрического уровня. Но при этом различие вычисленногоa₀ и фактическогоa₂ отсчетов указывает на негоризонтальность визирной оси трубы.

Для исправления снимают колпачок, закрывающий исправительные винты сетки нитей зрительной трубы, и с помощью вертикальных исправительных винтов, наводят среднюю нить сетки нитей на отсчет по дальней рейке, равный вычисленному отсчету a₀.

Нивелирные рейки

Для высокоточного нивелирования служат цельные трехметровые инварные рейки. На рейке крепится круглый уровень, используемый для установки рейки в вертикальное положение.

Для точного и технического нивелирования служат трехметровые цельные или складные деревянные рейки. На двух сторонах рейки нанесены шкалы с сантиметровыми делениями в виде шашек, на одной стороне – черных, на другой – красных. Установка таких реек в вертикальное положение выполняется по круглому уровню или на глаз.

При измерениях цифровыми нивелирами пользуются специальными рейками со шкалой в виде штрих-кода.

Поверки реек состоят в определении с помощью контрольной линейки длины метровых и дециметровых интервалов, определении разности нулей пары реек, поверке установки круглого уровня на рейке.

Влияние кривизны Земли и рефракции на результаты нивелирования

На рис.8 а, б показаны: точка 1 – отсчет по рейкеВв том случае, если бы луч света распространялся прямолинейно; точка 2 – фактический отсчет по рейке; точка 3 – место пересечения рейки уровенной поверхностью.

Из треугольника O1I (рис. 8 б) имеем (R + h)² = d², где R радиус Земли и d– расстояние до рейки. Следовательно, кривизна Земли изменяет отсчет по рейке на величину hd²(2R).

Радиус кривизны светового луча равен Rk, где – k коэффициент рефракции. Поэтому аналогично предыдущему получаем rkd²(2R).

Совместное влияние кривизны Земли и рефракции равно

f = hr= .

В среднем в земной атмосфере k= 0,14. При этом f = . Так, если d= 300 м, то f = 6 мм.

а)	б)
Рис. 8. К влиянию кривизны Земли и рефракции: а схема влияния (I – нивелир, B– рейка); б – кривизна Земли и расстояние d до рейки.

При нивелировании из середины влияние кривизны Земли полностью, а влияние рефракции в значительной степени нейтрализуется.

Вблизи к земной поверхности рефракция значительно возрастает, поэтому высоту луча визирования менее 0,2 м не допускают.

Нивелирные сети

Нивелирная сеть представляет собой совокупность закрепленных на местности точек, высоты которых определены путем геометрического нивелирования.

Основой для определения высот пунктов в России служит государственная нивелирная сетьI, II, III и IV классов.

Главной высотной основой страны является государственная нивелирная сеть I и II классов, назначением которой является распространение единой системы высот на территорию всей страны. Нивелирные сети I и II классов используются также для решения таких научных задач, как изучение фигуры физической поверхности Земли и ее гравитационного поля, определение разностей высот уровней морей и океанов, изучение вертикальных движений земной коры и др.

Государственная нивелирная сеть I класса имеет наивысшую точность и служит исходной для сетей следующих классов. Нивелирная сеть II класса опирается на пункты I класса, является ее сгущением. Невязки в сетях I и II классов не должны превышать соответственно 3мм и 5мм , где L – длина нивелирного хода, выраженная в километрах.

Нивелирные сети III и IV классов опираются на сеть I и II классов и служат основой для создания высотного обоснования топографических съемок местности и решения различных инженерных задач. Невязки в таких сетях не должны превышать соответственно 10мм и 20мм .

Пункты государственной нивелирной сети надежно закрепляют на местности с помощью знаков – реперов. В зависимости от условий местности и характера грунта реперы бывают грунтовые, скальные и стенные.

Грунтовый репер состоит из железобетонного пилона сечением 16х16 см с маркой вверху и бетонной плитой (якорем) внизу. Марка должна находиться на 0,5 м ниже поверхности земли, а якорь  не менее чем на 0,5 м ниже глубины сезонного промерзания грунта.

Скальный репер представляет собой вцеменированную в скалу чугунную марку.

Стенной репер – представляет собой вцементированную в стену чугунную марку с выступом для установки на него нивелирной рейки или отверстием для ее подвешивания. Стенные реперы закладывают в цокольной части фундаментальных зданий или сооружений (опора моста, здание пассажирского вокзала, водонапорная башня).

На застроенной территории реперы закладывают не реже, чем через 5 км, а на незастроенной – не реже, чем через 7 км.

Нивелирование с точностью II, III и IV класса применяется не только в государственной нивелирной сети, но и при геодезическом обеспечении строительства и эксплуатации различных сооружений. Так, на железных дорогах с помощью геометрического нивелирования решаются такие задачи, как съемка профиля пути на станциях и перегонах, контроль проектного уклона путей на сортировочных горках, съемка продольного и поперечных профилей на вновь сооружаемых и реконструируемых железных дорогах, создание высотных съемочных сетей для съемки станций и узлов, создание высотной основы для строительства мостов и тоннелей и др.

Нивелирование II класса используют при наблюдениях за осадками зданий и сооружений.

Техническое нивелирование. На изысканиях железных дорог и других линейных сооружений, при создании высотного съемочного обоснования выполняют техническое нивелирование.

Ход технического нивелирования начинают и заканчивают на пунктах более высокого класса. По форме такие ходы бывают разомкнутыми или замкнутыми.

Для измерения превышений используются точные или технические нивелиры (табл. 1).

Ход прокладывают в одном направлении.

Нивелир устанавливают по возможности на равных расстояниях от передней и задней реек (рис.2). При этом расстояния до реек не должны превышать 150 м.

Отсчеты по рейкам берут по среднему штриху сетки нитей, придерживаясь следующей последовательности  отсчет по черной стороне задней рейки, отсчет по черной стороне передней рейки, отсчет по красной стороне передней рейки, отсчет по красной стороне задней рейки.

Вычитая из отсчетов по задней рейке отсчеты по передней рейке, вычисляют превышения по черным и красным сторонам, а затем – среднее превышение h_ср. Контролем правильности измерений служит разность между превышениями, полученными по черным и красным сторонам реек. Расхождение не должно превышать 5 мм.

Контролем точности измерений в ходе служит невязкаf_h, которую вычисляют по формулам:

- в разомкнутом ходе

f_h=h_ср(H_конH_нач); (2)

- в замкнутом ходе

f_h=h_ср . (3)

Здесь h_ср сумма средних превышений в ходе; H_кон и H_нач высоты конечного и начального реперов.

Невязка f_h считается допустимой, если она не превышает 50мм , где L – длина хода, выраженная в километрах.

Невязку равномерно распределяют в измеренные превышения. Поправку к превышению вычисляют по формуле δ_h = f_h /n, где n – число превышений в ходе. Поправками исправляют измеренные превышения: . Используя исправленные превышения, последовательно вычисляют отметки всех точек нивелирного хода. H_i+1 = H_i + (i = 1, 2, …,n)

Трассирование и разбивка кривых

Понятие о трассировании линейных сооружений

Линейными называют сооружения, имеющие большую протяжённость при сравнительно малой ширине. К таким сооружениям относятся, в частности, железные и шоссейные дороги. Ось линейного сооружения называется трассой.

В плане трасса состоит из прямых участков, соединяемых кривыми постоянного и переменного радиусов кривизны. В своём продольном профиле трасса состоит из прямых линий разного уклона, соединяемых вертикальными кривыми.

Основное требование, предъявляемое к дорожным трассам, это  обеспечение плавности и безопасности движения с заданными скоростями. Поэтому план трассы и её профиль должны отвечать определённым требованиям, которые регламентируются техническими условиями на проектирование, где задаются предельно допустимые (руководящие) уклоны, минимально возможные радиусы кривых и другие элементы. Вместе с тем трасса должна проходить так, чтобы обеспечивались наименьшие расходы на строительство дороги и последующую её эксплуатацию.

Комплекс работ по определению положения трассы называется трассированием. Сначала выполняется камеральное трассирование  проектирование трассы по топографическим планам и картам или материалам аэрофотосъёмки. При выборе положения трассы в равнинной местности отклоняться от прямого направления между заданными опорными пунктами вынуждает необходимость обходить препятствия (водотоки, болота и др.), участки с застройкой, ценные для народного хозяйства и заповедные земли. В горной местности положение трассы диктуется рельефом. Здесь приходится часто менять направление трассы, двигаясь напряжённым ходом, то есть по линии с предельно допустимым уклоном. В сложных случаях намечают несколько вариантов трассы и после тщательного их анализа выбирают лучший.

Окончательное положение трассы устанавливают в ходе полевых изысканий. Проект трассы выносят на местность. Вершины углов поворота  точки пересечения смежных прямых – выносят измерениями от пунктов геодезической основы или от ближайших чётких контуров, показанных на карте. Установив вехи на линии между соседними углами поворота, обследуют местность по трассе. При наличии препятствий линию смещают. Окончательное положение вершин углов закрепляют.

Разбивка трассы

Закрепление и измерение углов. Выбранную трассу надёжно закрепляют на местности. Вершину угла, образуемого прямыми линиями трассы, закрепляют забиваемым вровень с поверхностью земли колом (рис. 1, а). На расстоянии 1 м от кола с внешней стороны угла на его биссектрисе устанавливают столб с затёсом. На затёсе, обращённом в сторону вершины угла, делают надпись, указывающую номер вершины угла, год, угол поворота трассы, радиус вписываемой в угол кривой, расстояние от начала трассы. Измеряют расстояния от вершины угла до расположенных вблизи приметных местных предметов (дерево, угол здания, валун и др.) и показывают их на абрисе  схеме, составляемой для облегчения отыскания вершины угла в последующем, особенно в случае разрушения опознавательного столба.

Над колом, закрепляющим вершину угла, устанавливают теодолит и измеряют лежащий справа по ходу трассы угол  между направлениями на соседние вершины углов. Измерение выполняют одним приёмом с точностью 0,5^. Угол поворота трассы (рис. 2) вычисляют по формулам:

^α_пр = 180^₂ (при повороте трассы вправо:  180^{) или}

^α_лев = ₃ 180^ (при повороте трассы влево:  180^).

Для контроля буссолью измеряют магнитные азимуты линий.

2

1

2

1

Рис. 1 Закрепление точек на трассе:

а – закрепление вершины угла: 1 – кол; 2 – столб;

б – закрепление пикета и плюса: 1 – кол; 2 – сторожок

Рис. 2 Углы поворота трассы

Разбивка пикетажа и измерение длин линий. Расстояния между вершинами углов поворота трассы измеряют светодальномером или мерной лентой. Измерение выполняют дважды с предельной относительной погрешностью измерений не более 1:10001:2000. В ходе одного из измерений трассу разбивают на отрезки длиной 100 метров по горизонтальномупроложению. Конец каждого отрезка  пикет; его закрепляют, забивая вровень с землёй кол. Впереди него по ходу трассы на расстоянии 2025 см забивают второй, возвышающийся над поверхностью земли кол  сторожок (рис. 1, б). На сторожке надписывают порядковый номер пикета, например, ПК13, что означает: номер пикета  13, расстояние от начала трассы 1300 м.

Чтобы получить 100-метровые горизонтальные проложения, следует, учитывая наклон местности, увеличивать длину откладываемых наклонных отрезков. Поэтому в них вводят поправки за наклон со знаком плюс. Часто вместо введения поправок, натягивая мерную ленту, удерживают её в горизонтальном положении и проектируют отвесом её приподнятый конец на землю. Чтобы лента меньше провисала, поддерживают её в середине.

Кроме пикетов, колышком и сторожком закрепляют плюсовые точки (или просто "плюсы"), где на трассе изменяется наклон местности. На сторожке в этом случае пишут номер предыдущего пикета и расстояние от него в метрах, например ПК13+46, что означает 46 м после пикета № 13 или 1346 м от начала пикетажа.

Плюсовыми точками фиксируют также места пересечения трассой любых сооружений, дорог, линий связи, водотоков, границ угодий и т. д.

Поперечники. Там, где местность имеет заметный (более 1:5) поперечный уклон, на каждом пикете и плюсовой точке разбивают перпендикуляры к трассе, называемые поперечниками. Поперечники разбивают в обе стороны длиной 1530 м с таким расчётом, чтобы обеспечить съёмкой всю ширину полосы местности под будущие сооружения дороги (земляное полотно, водоотводные устройства, здания и пр.). Конечные точки поперечника закрепляют точкой и сторожком, плюсовые точки, располагаемые в местах изменения наклона местности,  только сторожком. На сторожках пишут расстояние от оси трассы с буквой "П" (справа от оси трассы) или "Л" (слева от оси трассы).

Плановая привязка трассы. Начало и конец трассы привязывают к пунктам государственной геодезической сети, например, с помощью теодолитных ходов. В результате измеренные на трассе углы и расстояния совместно с ходами привязки образуют единый разомкнутый теодолитный ход. Это позволяет проконтролировать правильность выполненных линейных и угловых измерений и вычислить координаты вершин углов поворота трассы.

На длинной трассе привязку к государственной геодезической сети выполняют не реже чем через 25 км, а при удалении пунктов от трассы более чем на 3 км не реже чем через 50 км.

Съёмка полосы местности. В ходе разбивки пикетажа выполняют съёмку ситуации в полосе местности шириной по 100 м в обе стороны от оси трассы. При этом полосу шириной 25 м вправо и влево снимают инструментально  главным образом, методом перпендикуляров, а дальше  глазомерно. Результаты съёмки в виде абриса масштаба 1:2000 заносят в пикетажный журнал, изготовляемый из листов миллиметровой бумаги размером 1015 см.

По середине листа проводят вертикальную прямую, изображающую ось трассы. На ней штрихами отмечают положение пикетов и плюсов и рядом подписывают их значения. Каждая новая страница начинается с пикета, которым закончена предыдущая. В местах поворота трассы стрелкой показывают направление поворота и надписывают румб следующей прямой. На свободном месте пишут основные элементы кривой. Показывают расстояния от местных предметов до оси трассы и габариты строений. Делают записи о типе дорог, характеристике леса, карьерах  обо всём, что может иметь значение для предстоящего строительства.

Круговые и переходные кривые

Круговые кривые. Железнодорожные линии (также и автомобильные дороги) в плане состоят из прямолинейных участков, сопряжённых между собой кривыми. Наиболее простой и распространённой формой кривой является дуга окружности. Такие кривые носят название круговых кривых. На железных дорогах применяют круговые кривые со следующими радиусами: 4000, 3000, 2000, 1800, 1500, 1200, 1000, 800, 700, 600, 500, 400 и 300 м. Радиус кривой выбирают при проектировании дороги, руководствуясь конкретными техническими условиями.

Главными точками кривой, определяющими её положение на местности, являются вершина угла ВУ, начало кривой НК, середина кривой СК и конец кривой КК (рис. 3).

О сновные элементы кривой – её радиус R и угол поворота . К основным элементам относятся также:

1. тангенс кривой Т (или касательная)  отрезок прямой между вершиной угла и началом или концом кривой;

2. кривая К длина кривой от начала кривой до её конца;

3. биссектриса кривой Б отрезок от вершины угла до середины кривой;

4. домер Д разность между длиной двух тангенсов и кривой.

Рис. 3 Схема круговой кривой Во время изысканий угол  измеряют,

а радиус R назначают. Остальные элементы вычисляют по формулам, вытекающим из прямоугольного треугольника с вершинами ВУ, НК, О (центр окружности):

Т = Rtg(/2); К = R =  R180; Б = R [sec(/2)  1], (1)

где  угол поворота в градусах.

Домер вычисляют по формуле

. (2)

Вместо вычислений по формулам можно воспользоваться таблицами для разбивки кривых на железных дорогах, где по заданным радиусу и углу поворота сразу находят значения Т, К, Б и Д.

В месте поворота трассы пикетаж ведётся по кривой. Пикетажное положение главных точек кривой определяют по формулам:

ПК НК = ПК ВУ  Т; ПК КК = ПК НК + К; ПК СК = ПК НК + К/2. (3)

Правильность вычислений контролируют по формулам:

ПК КК = ПК ВУ + Т  Д; ПК СК = ПК ВУ + Д/2. (4)

Пример.

Измерено  = 1819 и задан радиус R = 600 м. Вершина угла расположена на пикете 6 + 36,00.

По формулам (15.1) и (15.2) или по таблицам находим элементы кривой: Т = 96,73 м; К = 191,81 м; Д = 1,65 м; Б = 7,75 м.

Вычислим пикетажное положение главных точек:

Контроль:

ПК ВУ 6 + 36,00 ПК ВУ 6 + 36,00

 Т 96,73 + Т 96,73

ПК НК 5 + 39,27 7 + 32,73

+ К 1 + 91,81  Д 1,65

ПК КК 7 + 31,08 ПК КК 7 + 31,08

ПК НК 5 + 39,27 ПК ВУ 6 + 36,00

+ К/2 95,90  Д/2 0,82

ПК СК 6 + 35,17 ПК СК 6 + 35,18

Переходные кривые. Непосредственное сопряжение прямого участка пути с круговой кривой приводит к тому, что во время движения поезда в месте сопряжения внезапно возникает центробежная сила F, прямо пропорциональная квадрату скорости движения v и обратно пропорциональная радиусу кривой . Чтобы обеспечить постепенное нарастание центробежной силы, между прямой и круговой кривой вставляют переходную кривую, радиус кривизны  которой плавно изменяется от  до R. Если положить, чтобы центробежная сила менялась пропорционально расстоянию s от начала кривой, то получим

, где s и  текущие значения расстояния от начала переходной кривой и ее радиуса кривизны;

R – радиус кривизны в конце переходной кривой.

Индексом k отмечены значения переменных в конце переходной кривой.

Для радиуса кривизны переходной кривой в текущей точке i найдём:

 = lR/s, (5)

где через l обозначена длина переходной кривой s_k. Кривая, описываемая уравнением (5), в математике называется клотоидой, или радиоидальной спиралью.

Угол поворота трассы на переходной кривой. На бесконечно малом отрезке кривой ds (рис. 4, а) происходит поворот трассы на угол .

Подставляя выражение радиуса кривизны  из (5), получим .

Выполним интегрирование от начала кривой НК, где  = 0 и s = 0, до текущей точки i: , откуда Rl = s²/2.

а)

б)

Рис. 4 Схема переходной кривой:

а – углы поворота трассы: φ – в текущей точке i, β – в конце переходной кривой (точка КПК); б приращения координат

Из полученного уравнения вытекают формулы:

; ; l = 2R, (6)

где  угол поворота трассы в конце переходной кривой; l длина переходной кривой; R радиус кривизны в конце переходной кривой, равный радиусу следующей за нею круговой кривой.

Координаты точки переходной кривой. Совместим начало координат с началом переходной кривой и направим ось x по касательной к ней (см. рис. 4, а). Бесконечно малому приращению дуги кривой соответствуют бесконечно малые приращения координат (рис. 4, б):

dx = cosds; dy = sinds. (7)

Разложим синус и косинус в ряд и, удержав в разложениях по два члена, подставим в них выражения для из (6): cos = 1²/2 = 1 s⁴/(8R²l²);

sin = ³/6 = s²/(2Rl) s⁶/(48R³l³).

Подставляя полученные выражения в (7) и выполняя интегрирование, найдём:

; (8)

. (9)

Смещение начала кривой (сдвижка). На рис. 5.5 дуга НККПК представляет собой переходную кривую, переходящую после точки КПК в круговую. Продолжим круговую кривую до точки Q, где её направление, параллельно оси x. Обозначим через m смещение, параллельное оси x, начала переходной кривой относительно точки Q, в которой начиналась бы круговая кривая при отсутствии переходной. Через p обозначим смещение в перпендикулярном направлении. Из рис. 5 видно:

,

где x_КПК и y_КПК координаты конца переходной кривой, вычисляемые по формулам (8) и (9) с аргументом s = l .

Сочетание круговой кривой с переходными. На рис. 5.6 показана кривая, поворачивающая трассу на угол  и состоящая из круговой части с радиусом R и двух переходных кривых одинаковой длины l.

Рис. 5 Смещение начала переходной кривой	Рис. 6 Сопряжение круговой кривой с переходными

Если бы не было переходных кривых, в образованный прямыми линиями трассы угол была бы вписана дуга окружности радиуса R, равная QСКQ₁ и имеющая длину K = R.

При наличии переходных кривых на каждой из них происходит поворот трассы на угол , отчего на долю круговой кривой приходится поворот на угол 2.

Поэтому суммарная длина кривой равна

K_c = R (2) + 2l = R 2R + 2l = Kl + 2l = K + l.

Тангенс и биссектриса определяются по формулам:

Т_с = T + m + T_p; Б_c= Б + Б_p, гдеТ_p = ptg(/2); Б_p = psec(/2).

Домер в этом случае равен

.

В полевых условиях значения m,Т_pи Б_p вычисляют на микрокалькуляторе или выбирают из таблиц для разбивки кривых на железных дорогах. Пикетажное положение главных точек кривой вычисляют по формулам, аналогичным (3) и (4).

Разбивка кривых на местности

Разбивка главных точек кривой. Закрепив на местности вершину угла и предшествующие ему пикеты, закрепляют главные точки кривой.

Середину кривой СК закрепляют, отложив от ВУ по направлению биссектрисы отрезок, равный Б (или Б_с).

На новом после вершины угла направлении трассы откладывают величину домера, после чего продолжают разбивку пикетажа. Обеим точкам домера (его началу и концу) присваивают одно и то же пикетажное наименование, благодаря чему пикетаж точки КК совпадает с пикетажем, считаемым по кривой.

Положение начала кривой НК и конца кривой КК определяют, используя разбитый пикетаж. Например, если ПК НК = 5 + 39,27, то от пикета № 5 откладывают вперёд 39,27 м и здесь колышком и сторожком закрепляют точку НК.

Детальная разбивка кривых. При детальной разбивке кривую закрепляют на местности через 10 или 20 м, применяя разные способы.

Способ ординат от касательной для круговой кривой. Для каждой точки i (рис. 7, а), задавая расстояние k от начала кривой, вычисляют ее координаты:

x = R sin; y = R (1 – cos). (10)

Здесь угол  выражен в радианах и равен  = k/R.

Разбивку кривой ведут от ее начала и от конца к середине. Мерной лентой по оси x откладывают длину кривой k, от полученной точки отступают назад на величину k–x и здесь строят перпендикуляр – ординату y. Значения k–x и y обычно выбирают из таблиц для разбивки кривых.

а) б) в)

Рис. 7 Детальная разбивка кривых:

а – способом ординат от касательной для круговой кривой;

б – то же, для переходной и следующей за ней круговой кривой;

в – разбивка кривой электронным тахеометром

Способ ординат от касательной для переходной и следующей за ней круговой кривой (рис. 7, б). Для точек, расположенных в пределах переходной кривой, то есть при k  l, координаты x, y вычисляют по формулам (8) и (9), принимая s = k. Для точек i, расположенных на круговой кривой, где kl, вычисления выполняют по формулам:

 = k – l;  = /R;  =  + ;

x = m + R sin; y = p + R (1  cos). (11)

Действия при разбивке кривой на местности аналогичны тем, что выполняют при разбивке круговой кривой.

Разбивка кривой с помощью электронного тахеометра. Выбирают на местности такую точку T (рис. 7, в), где обеспечена видимость точек будущей кривой и ее начала НК. В точке НК измеряют угол  и расстояние d. Вычисляют координаты точки Т:

x_T = d cos; y_T = d sin.

По приведенным выше формулам вычисляют координаты точек кривой x_i, y_i (i= 1, 2, …).

Электронный тахеометр устанавливают в точке Т. Зная координаты точек Т, НК и i, вычисляют разбивочные элементы  углы _i и расстояния d_i. Построив тахеометром вычисленные углы и расстояния, находят и закрепляют положение точек кривой на местности.

Нивелирование поверхности по квадратам

При съемке небольших участков местности с равнинным рельефом удобно применять метод съемки плана и нивелирования по квадратам.

Суть этого метода состоит в том, что на местности сначала разбивают сеть квадратов и ведут одновременно съемку плана. Затем производят геометрическое нивелирование точек, расположенных по вершинам углов квадратов.

Размеры сторон квадратов устанавливаются от 10 до 40 м в зависимости от характера рельефа местности и масштаба съемки.

Разбивка сети квадратов

Разбивку сети квадратов на местности начинают обычно с разбивки линии АВ (рис. 62), расположенной на середине снимаемого участка.

Д лина линии АВ в этом случае должна быть кратна длине сторон квадратов.

Часто линию АВ разбивают параллельно оси главного пути. С этой целью в точках Х1, Х2, Х3, расположенных на оси пути, отбивают перпендикуляры, на которых откладывают с помощью ленты или рулетки одинаковые расстояния до середины снимаемого участка.

П олученные точки А, С, В должны лежать на прямой линии, определяющей исходное начало для разбивки сети квадратов. Если, например, требуется разбить сеть квадратов в пределах площади, ограниченной точками О, М, В, N, F, A, то сначала разбивают с помощью эккера и ленты линии FAO и NBM.

Затем промеряют стороны ОМ и FN, длины которых должны быть равны АВ.

Для получения вершин квадратов внутри контура производят промер лентой сначала от крайних точек по сторонам ОМ и FN контура, затем от линии АВ по направлению створов 1—1′ , 2—2′, и т.д.

При этих промерах производится одновременно съемка ситуации, наносимой на абрис. Вершины углов образовавшихся квадратов закрепляют сторожками, и на них указывают название линий, в пересечении которых находится данная точка. Правильность положения вершин квадратов внутри контура поверяют также контрольными измерениями в направлении, перпендикулярном к направлению створов (1—1′ и т.д.), и по диагоналям квадратов. Закончив таким образом разбивку сети квадратов, переходят к нивелированию площади.

Нивелирование площади

Существует два способа нивелирования площади:

- Первый — с одной станции,

- Второй—с нескольких станций.

Первый способ применяется в том случае, если разность высот в пределах участка съемки не превышает 2,5—3 м наибольшая длина сторон прямоугольного контура сети квадратов составляет не более 300 м.

При нивелировании с одной станции нивелир устанавливают в точке, расположенной примерно на середине снимаемого участка, и с помощью трубы нивелира производят отсчеты по рейке, устанавливаемой последовательно во всех точках сети квадратов.

Результаты отсчетов

Результаты отсчетов на рейке каждый раз записывают в журнал нивелирования или непосредственно на схеме разбивки сети квадратов, составленной на бумаге.

На этой же схеме сети квадратов указывают расположение подробностей ситуации в пределах снимаемой площади.

Чтобы легче было вести расчеты по определению отметок точек местности, отсчет на рейке, установленной, например, в точке А, записывают в графу «задние»связующей, а всех последующих точек — в  графу  «промежуточные». Отметку точки А получают обычно путем привязки к ближайшему в районе съемки реперу или другому постоянному знаку государственного или ведомственного нивелирования. Если с одной станции невозможно выполнить нивелирование площади, последнюю нивелируют с нескольких станций (I; II, III), как указано на рис. 62. При этом расположение станций выбирается так, чтобы между связующими точками r1, r2 и r3 образовался сомкнутый нивелирный ход.

Обработка нивелировки в этом случае начинается с вычисления отметок связующих точек и их увязки.

По увязанным отметкам вычисляется окончательное значение горизонта инструмента на каждой станции и производится подсчет отметок всех точек в пределах данной станции.

Организация рельефа

План организации рельефа является важнейшим разделом, составной и неотъемлемой частью генерального плана любого объекта или территории (схемы планировочной организации территории).

С помощью плана организации рельефа решаются задачи по преобразованию существующего рельефа данной территории для приспособления его к застройке, благоустройству, озеленению и инженерно – транспортным нуждам.

План организации рельефа обеспечивает проектное высотное решение площадей, улиц, проездов; размещение зданий, сооружений и подземных инженерных коммуникаций; возможность поверхностного стока ливневых вод.

К основным задачам плана организации рельефа и выполняемой по нему в процессе строительства (инженерной подготовке территории) вертикальной планировки территории объекта относятся:

- организация стока поверхностных вод (дождевых, ливневых и талых) с городских территорий;

- обеспечение допустимых уклонов улиц, площадей и перекрёстков для безопасного и удобного движения всех видов городского транспорта и пешеходов;

- создание благоприятных условий для размещения зданий и прокладки подземных инженерных сетей;

- организация рельефа при наличии неблагоприятных физико-геологических процессов (затопление территории, подтопление её грунтовыми водами, оврагообразование и т. д.);

- придание рельефу наибольшей архитектурной выразительности;

- создание в необходимых случаях искусственного рельефа;

- решение задач при сооружении крупных и уникальных плоскостных сооружений (спортивного центра, аэродрома и пр.).

Работы по проектированию плана организации рельефа (вертикальной планировки) территории проводятся на всех стадиях разработки горизонтальной планировки: проектов генеральных планов, проектов детальной планировки и проектов застройки. 

Для разработки проектов вертикальной планировки необходимо располагать исходными материалами. Это - планировочные решения, материалы предшествующей стадии проектирования и материалы изысканий, в которые входят геодезические, гидрологические, гидрогеологические исследования, данные о расположении в плане и в высотном отношении и типах подземных инженерных сооружений, зелёных насаждений, наземных сооружений, составе и размерах транспортного и пешеходного движения и пр. 

Отметки планируемой поверхности назначают таким образом, чтобы максимально сохранить существующий рельеф, зелёные насаждения и почвенный покров. При оценке территории основное внимание уделяется существующему рельефу. 

Разрабатывая план организации рельефа, составляют план земельных масс (картограмма земляных работ) – проектный документ, определяющий объемы земляных масс, подлежащих перемещению.

 Картограмма земляных работ (рис. 2.), составляется на основе нивелирного плана крупного масштаба.

Рис. 2. Картограмма земляных работ

Рис. 3. Положение точки нулевых работ

На картограмме указываются фактические, проектные и рабочие отметки, положение линии нулевых работ.

 Линия нулевых работ, т. е. линия с рабочей отметкой равной нулю, проходит через точки нулевых работ и является границей между насыпью и выемкой. Эти точки находятся на сторонах квадратов, у которых рабочие отметки противоположных вершин имеют разные знаки (рис. 3.). Положение точек нулевых работ находят определяя расстояния x от вершин квадратов по формуле

, (2.)

где d – длина стороны квадрата, Δh₁ и Δh₂ – рабочие отметки.

Квадраты, имеющие в своих вершинах рабочие отметки с разными знаками, называются смешанными, а с одинаковыми – однородными или чистыми.

Объем земляных работ вычисляют методом четырехгранных или трехгранных призм.

Объем четырехгранной призмы определяется по формуле

, (3.)

где – высота однородной призмы, равная среднему арифметическому из рабочих отметок, S – площадь основания призмы.

Объем трехгранной призмы вычисляется по формуле

. (4.)

Объем пятигранных призм в смешанных квадратах целесообразно вычислять как разность объемов четырехгранных и трехгранных призм.

После подсчетов объемов для отдельных квадратов вычисляют общий объем насыпи и выемки. Разница в объемах насыпи и выемки допустима до 3%.

Техника безопасности при производстве топографо-геодезических работ

Меры безопасности на топографо-геодезических работах установлены Правилами по технике безопасности на топографо-геодезических работах и являются обязательными для каждого исполнителя и руководителя работ. Необдуманные или легкомысленные действия, особенно в полевых экспедиционных условиях, (лихачество, пренебрежение опасностью, употребление спиртных напитков и др.), одного могут поставить под угрозу здоровье и жизнь членов бригады и сорвать выполнение задания.

Общей и лучей мерой безопасного ведения работ является четкая организация труда, высокая трудовая дисциплина, добросовестное и вдумчивое отношение к работе каждого участника. Отметим лишь некоторые наиболее важные моменты безопасного выполнения работ. Несчастные случаи могут иметь место вследствие неисправности инструментов и неумения пользоваться ими. Топоры, лопаты, кувалды и Т.п. должны быть надежно насажены на рукоятки. При использовании топографического зонта помощник наблюдателя должен постоянно удерживать его рукой во избежание срыва зонта порывом ветра. Неосторожное обращение с мерной лентой может причинить порезы. При выполнении роботы в населенных пунктах, вблизи дорог необходимо ставить предупредительные знаки для транспорта.

Нельзя устанавливать приборы на скальных выступах, у обрывов, на осыпях, узких скальных карнизах. Запрещается смотреть на солнце через оптические приборы без, дымчатого стекла, чтобы избежать ожога глаза. К работе с приборами, имеющими электропитание, допускаются только лица, прошедшие специальную подготовку и сдавшие проверочные испытания.

Практика проводится в обстановке, близкой к производственной, поэтому студенты обязаны следовать вышеизложенным правилам, однако учитывая, что ответственность за студентов в значительной степени ложится на преподавателей, целесообразно добавить следующие пункты:

-не допускается опоздание на практику и самостоятельный уход с неё, начиная и заканчивая работу , студенты расписываются в журнале учёта рабочего времени;

- бригада несёт полную ответственность за техническое состояние приборов, которые в свою очередь выдаются только под студенческий билет;

-студент, пропустивший полностью один полевой процесс без уважительной причины, не оценивается положительно;

- курение и распитие даже лёгких спиртных напитков на полигоне и в корпусах запрещается;

-вести себя при выполнении полевых работ и при передвижении транспорта к месту их производства надо так, чтобы не нарушать спокойствие граждан;

-нельзя купаться во время практики при выполнении работ вблизи водоёмов;

-одежда, обувь должны быть удобными, обязателен защитный головной убор;

-в полевых условиях необходимо соблюдать правила пожар ной безопасности, не разжигать костры.