sgeo_1_3_sem / , 3 / Шпора по геодезии, 3 семестр
.doc1. Сущность барометрического нивелирования
Барометрическое нивелирование основано на зависимости атмосферного давления от высоты точки над уровнем моря. Известно, что с увеличением высоты давление падает. Этот факт лежит в основе баром нив-ния. Измеряя давление в двух точках местности можно определить h м/у этими точками. Наряду с Р надо измерять t воздуха и время наблюдения. Приборы: барометр (ртутный, анероид), баронивелиры, микробаронивелиры пружинные. Время надо фиксировать чтобы в послед обработке исключить влияние времени на рез-ты нив-ия(все отсчеты приводятся к одному моменту времени). РИС.
Тк высота в т М и N различна, то уровень жидкости в этих сосудах также различен. Для однородн среды в услов равновесия атмосферы изобарическая поверхность (пов-ть ограниченная кривой, в каждой точке которой Р постоянно) будет повторять уров пов-ть. Отсчеты по барометрам в точках М и N-различны, это происходит из-за наличия для М добавочного слоя воздуха. Измеряя Р, t и время, можно вычислить h. Известно что в сообщ сосудах высота столба жидкости обратно пропорц плотности. Тогда h/(P1-P2)=q/∆ (q-плотность жидк, ∆-плотн воздуха)
h=(P1-P2)*q/∆
2. Сокращенная барометр ф-ла. Приближенные альтитуды.
Для упрощения вычисления h в барометр нив-нии были введены сокращенные формулы. Например фор-лу для неоднор среды h=N(1+ε/2(t1+t2))lgP1/P2 можно упростить, используя приближенные альтитуды(значение отметки высоты точки местности для данного значения давления и t° +15°C) Тогда ихсодная формула примет вид: h=(H2)-(H1)+{λ(H2-H1)(t2-t1)} λ=0.00348
H1, H2 – приближенные альтитуды. Для учета вляиния t° последним слагаемым {….} является поправка в превышение за температуру.
Для научных целей при вычислении h исп полная баром фор-ла. Она учитывает неоднородность среды и отсутсвие равновесия в атмосфере. В ней учтены инструментальные погрешности и значение h получалось более объективным.
3. Формула Бабине. Ступень высоты.
h= h=(P1-P2)*q/∆, применяя к этой фор-ле законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака, формула может быть преобразована след образом:
h=K(1+ε/2(t1+t2))P1-P2/P1+P2 - формула Бабине. Для вычисления по этой формуле были составлены таблицы, для отыскаая величины K(1+ε/2(t1+t2)). Эта величина обознач ∆Н и наз барическая ступень высоты. По смыслу она обозначает изменение высоты точки местности при изменении давления на 1мм рт ст и температуры на 1 градус. Для средн полосы России эта величина приблиз = 11м Отыскав ∆Н по таблицам, h вычислялось просто: h=ΔH*(P1-P2) до 0,1м.
4. Точность барометр нивлирования.
Точность бар нив-ия характеризуется m определения превышения и отметок высот. Упрощенно ее можно получить, применяя к формуле h=ΔH*(P1-P2) формулу оценки точности:
m2h=(ΔH)2*m2P1 + (ΔH)2* m2P1
Где mP1≈ mP1= 0,1 мм рт ст и ΔH≈11м
6. Влияние кривизны и рефракции на рез-ты изм-ий.
1)Уровенные поверхности не являются плоскими, они сферические, поэтому рейки, установленные в точках А и В перпендикулярно уровенным поверхностям, будут непараллельны между собой. Визирная ось трубы нивелира, установленного между точками А и В, горизонтальна. Теоретически она пересекла бы рейки в точках Е и G и тогда h=AE-BG. Практически прежде чем взять отсчет по рейке надо привести виз ось в гориз положение. Фактически мы отсчитаем в точках M и N. Отрезки EM и GN изменят теоретич отсчет и будут отражать влияние кривизны земли на отсчеты по рейкам h=(AE+EM)-(BG+GN).
2) В следствии неоднородности приземного слоя атмосферы, луч вышедший из точки М рейки, идя к объективу будет не просто идти а испытывать преломления в каждом разнородном слое атмосферы. Учитывая небольш расст при нив-ии эту ломаную можно заменить кривой, кот носит название «рефракционная кривая». Радиус этой кривой по исследованиям составляет шестую часть радиуса земли. А само явление преломления луча назыв рефракция.
Из-за рефракции изображение М на рейке будет попадать в М’. Отрезки MM’ и NN’ отражают влияние рефракции на рез-ты определения h. Формально это запишется след образом: h=(AE+EM-MM’)-(BG+GN-NN’)
AE=a, BG=b, EM=p1, GN=p2, MM’=r1, NN’=r2
h=a-b+p1-r1-p2+r2 Если совместное влияние кривизны и рефракции обозначить через f=p-r, то h=a-b+f1-f2
p= поправка за кривизну земли, она зависит от радиуса земли и рассст м/у
точками
Империческим путем получена зависимость величины f=0.66*S2 где S-сотни метров. Для нив-ия 3кл норм длина виз луча 75м, величина f, поправка за совместное влияние кривизны земли и рефракции f≈0.7мм Тк в 3кл нив-ия на станции h вычисляют до 0,5мм, то это влияние сощественно. Чтобы уменьшить или вовсе искл это влияние надо строго соблюдать рав-во плеч.
11. Нивелирные рейки. Исследования и поверки.
Типы реек по ГОСТу соответствуют типам нивелиров. Рейка нивелирная РН-05 односторонняя, штриховая с инварной полосой применяется для измерения превышений с точностью 0.5 мм на 1 км хода. Рейка нивелирная РН-3 деревянная, двухсторонняя, шашечная применяется для измерения превышений с точностью 3 мм на 1 км хода. Рейка нивелирная РН-10 деревянная, двухсторонняя, шашечная применяется для измерения превышений с точностью 10 мм на 1 км хода (рис. 4.36). Длина реек бывает различной: 1200, 1500, 3000 и 4000 мм.
Шашечные рейки изготовляются из высушенной первосортной ели; допускается изготовление реек из пластмасс, металлов и сплавов.
На нижнюю часть рейки крепится металлическая пластина, называемая пяткой рейки. На черной стороне пятки соответствует нулевое деление рейки; на красной - отсчет, больший 4000 мм; поэтому отсчеты по красной и черной сторонам рейки не могут быть одинаковыми. Разность пяток для данной рейки является постоянной величиной, что позволяет контролировать правильность отсчетов.
Для установки рейки в отвесное положение на ней имеется круглый уровень или отвес.
На штриховых односторонних рейках деления наносят на инварную ленточную полосу, которая натягивается вдоль деревянного бруска при помощи специального устройства. Деления в виде штрихов наносят через 5 мм.
Исследования реек:
1)Поверхность рейки должна быть плоской. Уклонение от плоскости по ГОСТу допускается 3 мм для РН-05, 6 мм для РН-3 и 10 мм для РН-10. Вдоль рейки натягивают нитку и просвет между ниткой и рейкой измеряют в самом широком месте.
2)Случайные ошибки в положении дециметровых интервалов реек для нив-ия 3кл не должны превышать 0,5мм , для 4класса – 1мм. Это исследование выполняют с помощью контрольной линейки.
3)Определение разности пяток.
4)Поверка круглого уровня рейки выполняется либо по отвесу, либо по вертикальной нити сетки нитей нивелира. Отвес укрепляют прямо на рейку и устанавливают ее отвесно, при этом пузырек уровня должен находиться в нуль-пункте. В противном случае исправительными винтами уровня пузырек приводят в нуль-пункт.
7.Основные положения построения государственной нивелирной сети
Гос нив сеть(ГНС) является исходной высотной основой всех топографических съемок и инженерно-геодезических работ, выполняемых для удовлетворения потребностей экономики, науки и обороны страны. На всей территории России вычисление высот производится в нормальной системе высот от нуля Кронштадтского футштока. Эта система называется Балтийской.
Государственная нивелирная сеть России разделяется по классу точности на нивелирные сети I, II, III и IV классов. I и II классы относят к высокоточному нивелированию, III и IV классы – к точному.
Государственные нивелирные сети I и II классов – главная высотная основа России. Эти сети создаются по специально разработанным программам и схемам, предусматривающим выполнение нивелирных работ I и II классов, сроки и очередность которых устанавливает Федеральная служба геодезии и картографии России. Нивелирные сети I и II класса используются для решения следующих научных задач: изучения фигуры Земли и ее внешнего гравитационного поля; определения разностей высот и наклонов среднеуровенной поверхности морей и океанов, омывающих территорию России. Результаты повторного нивелирования I и II классов применяют: для поддержания высотной сети на современном уровне; изучения современных вертикальных движений земной поверхности; прогнозирования влияния производства на окружающую среду, особенно при добыче нефти, газа и других полезных ископаемых; сейсмического районирования территории России, выявления предвестников землетрясений.
Нив-ие 2кл опирается на нив ходы 1кл и производится по линиям, образующим полигоны с периметром до 600км.
Нив-ие 3кл. 150-200км. Работы по нив-ию всех классов производят в строгом соответствии с инструкцией.
16. Вывод СКО взгляда по рейке.
СКО взгляда по рейке будет складываться из ошибок: установки виз оси в гориз положен, разреш способн зр тр, нанесения делений на рейку, взятия отсчета.
mдел=∆дел/3=0,17мм (∆дел=0,5мм)
mр.сп.=(60”*Sмм)/(ρ”*Г)=0,73 мм
mотс=0,04t+0,156*Sм/Г=0,04*10мм+0,156*75м/30=0,79мм
mуст=0,04*S*τ /ρ=0,22мм (0,54мм)
тогда mвзг=1,1мм
18. Вывод СКОизмерения превышения на 1 км хода.
Рассмотрим нив-ый ход 3кл длинной 1 км. Пусть h измерено по этому ходу. При норм длине виз луча(75м) расстояние между рейками на станции составит 150м.
1км/150м≈7 станций.
Считая одинаковой точность изм-ия h на станции запишем:
m2км=7 * m2hст => mкм=mhст*√7=1,1мм*√7=2,9мм
Полученное значение отличается от значения в инструкции на 5,0мм. При вычислении ошибки взгляда, которая совпадает с ошибкой измерения h на станции, мы учли лишь 4 источника ошибок, хотя на самом деле их намного больше. И инструкция дает запас точности на учетвлияния источников ошибок на станции.