4 Высотные геодезические сети

4.1 Государственная нивелирная сеть

4.2 Высокоточное нивелирование

4.3 Нивелирование IV класса

4.4 Закрепление нивелирных линий на местности

4.1 Государственная нивелирная сеть (гнс)

Г

осударственные высотные геодезические сети создают для распространения по всей территории страны единой системы высот. За начало высот в Российской Федерации и ряде других стран принят средний уровень Балтийского моря, определение которого проводилось в период с 1825 г. до 1840 г. Этот уровень отмечен горизонтальной чертой на медной металлической пластине, укрепленной в устое моста через обводной канал в Кронштадте.

Г

Рисунок 8 Нивелирные ходы

- I класса

- II класса

- III класса

- IV класса

осударственная нивелирная сеть (ГНС) создается методами геометрического нивелирования и разделяется наI, II, III и IV классы. ГНС строится по принципу «от общего к частному». Нивелирная сеть I класса строится в виде линий большой протяженности до 3000 км. Между пунктами государственных высотных геодезических сетей высокой точности (I-го класса) размещают пункты высотных сетей низших классов (II, III-го и т.д.). Если на рисунке, где размещены пункты высотной сети, соединить эти пункты линиями, получатся фигуры, которые называют ходами. Несколько пересекающихся ходов называют сетями. Как правило, сети создают из ходов, прокладываемых между тремя и более точками (рисунок 8).

Государственные нивелирные сети I и II классов – главная высотная основа. Они используются для решения следующих научных задач:

• изучения фигуры Земли и её внешнего гравитационного поля;

• определения разностей высот и наклонов среднеуровенных поверхностей морей и океанов, омывающих территорию России;

• изучение вековых поднятий или опусканий крупных блоков земной коры;

• изучение современных вертикальных движений земной поверхности.

4.2 Высокоточное нивелирование

При высокоточном нивелировании необходимо определять превышения с наивысшей точностью, характеризуемой в настоящее время средними квадратическими погрешностями на 1 км двойного хода случайной 0,3–0,5 мм и систематической 0,03–0,05 мм. Для того чтобы обеспечить столь высокую точность результатов измерений необходимо использовать нивелиры и рейки соответствующей точности, а также применять наиболее совершенные методы наблюдений и обработки их результатов, позволяющие наиболее полно ослаблять влияние всех видов источников погрешностей, в том числе личных, приборных и от внешней среды, особенно ошибок систематических независимо от их величины.

Нивелирование I класса выполняется с наивысшей в настоящее время точностью с применением точных современных приборов и методик. Нивелирование I класса характеризуется средней квадратической погрешностью на 1 км хода m=0,5 мм.

Ходы нивелирования I класса служат основой для ходов II класса, прокладываемых вдоль шоссейных и железнодорожных путей сообщения внутри полигонов I класса и образующих полигоны периметром 500-600 км. На нивелирных линиях I и II классов через 50 – 60 км устанавливаются фундаментальные реперы. Линии нивелирования I и II классов обязательно привязывают к морским и водомерным постам.

Методика нивелирования I класса чрезвычайно сложна. Его выполняют в прямом и обратном направлениях по двум парам костылей или кольев, образующих две независимые линии нивелирования. Длина визирного луча при нивелировании принята равной 50 м, а неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускается не более 0,5 м. При нивелировании I класса применяются нивелиры Н-05, Н-1, высокоточный нивелир с компенсатором Ni-002 (Германия), дающий СКП 0,2 мм на 1 км двойного хода. Допустимые невязки в полигонах и по линиям подсчитываются по формуле

мм = 3ммLкм,

где L – число км в длине хода или периметра полигона.

Нивелирование II класса производят в прямом и обратном направлениях с использованием костылей или кольев. Для нивелирования II класса пригодны высокоточные нивелиры с уровнем Н-1, Н-2, и нивелиры компенсатором Ni-004, Ni-007 (Германия) и Ni-А3 (Венгрия). Длина визирного луча в нивелировании II класса принята равной 65 м, а допустимое неравенство разностей расстояний от нивелира до реек на станции – 1 м. Допустимые невязки: мм = 5ммLкм.

Полигоны нивелирования II сгущаются ходами нивелирования III класса, которые в свою очередь сгущаются нивелирными ходами IV класса. Нивелирные сети III и IV классов прокладывают внутри полигонов высшего класса как отдельными линиями, так и в виде системы линий. Каждая линия нивелирования III и IV классов должна опираться обоими концами на знаки нивелирования старшего класса и образовать замкнутый полигон. Они служат основой для создания высотного обоснования топографических съёмок и решения различных инженерных задач на местности.

При нивелировании III и IV классов применяют нивелиры Н-2, НА-1, Н-3, НВ, NiВ-3, NC4, Ni-030 и трехметровые шашечные рейки. Периметры полигонов 3 класса не должны превышать 150 км, длина визирного луча –75 м, неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускается до 2 м. Нивелирование III класса выполняется с точностью, обеспечивающей получение невязки хода или полигона, не превышающей

мм = 10ммLкм.

В нивелировании IV класса длину луча визирования принимают равной 100 м, а допустимое неравенство расстояний от нивелира до реек на станции – 5 м. Периметры полигонов и отдельных линий нивелирования IV класса допускаются не более 50 км. Допустимая невязка превышений по ходу не должна превышать мм = 20ммLкм.

Нивелиры, предназначенные для высокоточного нивелирования, должны иметь зрительную трубу с увеличением не менее 40^х, точный уровень с ценой деления не более 10 на 2 мм, и обеспечивать горизонтирование (самоустановку) визирного луча со средней квадратической погрешностью порядка 0,2.

В настоящее время высокоточные нивелиры выпускаются двух типов: нивелиры с уровнем при трубе и нивелиры с компенсаторами углов наклона трубы. Нивелиры подразделяются на высокоточные (Н–05), точные (Н 3) и технические (Н-10). Первые служат для определения превышений со СКП не более 0,5 мм на 1 км двойного хода, вторые – с ошибкой не более 3 мм/км и третьи – с ошибкой не более 10 мм/км.

Нивелиры Н–05 предназначены для нивелирования I–II классов в государственной нивелирной сети, на геодинамических полигонах и при инженерно-геодезических работах высокой точности. При наличии компенсатора шифр нивелира дополняется буквой К, например, Н–05К.

Высокоточные нивелиры Н-05, Н-05К, НА-1 должны удовлетворять следующим требованиям (таблица 4).

Таблица 4 Основные технические характеристики высокоточных нивелиров

Параметр	Н-05	Н-05К	НА-1
Средняя квадратическая погрешность превышения на 1 км двойного хода, мм, не более Средняя квадратичаская погрешность превышения на станции, мм, не более Увеличение зрительной трубы не менее, крат Цена деления уровня на 2мм: при трубе, угл. с. установочного, угл. мин. Цена деления шкалы отсчетного микрометра, мм Наименьшее расстояние визирования, не более, м Масса нивелира без упаковки, кг	0,5 0,2 42 10 5 0,05 5 5,6	0,5 0,2 42 - 5 0,05 5 5,6	1 0,5 45 10 2 0,05 4,2 6,9

а б

Рисунок 9 Нивелир Н-05. а): 1 – зрительная труба в термоизолирующем кожухе; 2 – контактный уровень; 3 – подставка нивелира; 4 – установочный уровень; б) – поле зрения трубы

Высокоточный нивелир Н-05 (рисунок 9) разработан на базе нивелира Н-2. Нивелир имеет зрительную трубу с увеличением 42^х; перед объективом трубы размещена плоско-параллельная пластинка. Оптическая схема нивелира передает изображение концов пузырька цилиндрического контактного уровня, а также шкалы отсчетного устройства в поле зрения трубы. Основные технические характеристики высокоточных нивелиров приведены в таблице 4.

Зрительная труба, контактный уровень с блоком призм, передающих изображения, помещены в теплозащитный кожух, благодаря чему изменения угла i при изменении температуры нивелира на 1С не превышает 0,5.

Нивелир Н-05 удобен в работе и обеспечивает высокую точность результатов нивелирования I–II классов.

Нивелирные рейки являются рабочей мерой длины при определении превышений, поэтому они должны быть изготовлены очень тщательно, а деления нанесены с предельно высокой точностью. Рейки в течение длительного времени эксплуатации должны сохранять длины метровых и любых других интервалов практически неизменными при работе в разнообразных физико-географических и климатических условиях при температуре воздуха от -30 до + 50 С. Для того чтобы длина всей рейки и отдельных интервалов возможно меньше зависела от изменений температуры, рабочую часть рейки, на которой находится шкала с делениями, изготовляют из инвара, имеющего малый температурный коэффициент расширения, равный в среднем (22,5) 10^-6. Рейки должны систематически эталонироваться на стационарном компараторе с целью определения поправок в метровые и дециметровые интервалы. Рейки, равно как и невелиры, требуют аккуратного обращения с ними и тщательного ухода как в процессе работы, так и при их хранении. Они вместе с нивелирами должны систематически подвергаться исследованиям с целью определения их пригодности для высокоточных измерений.