PDF / МСиР ГГС_Тема_7_Нив

Тема 7. Государственная нивелирная сеть. Назначение и требуемая точность. Схема и программа построения нивелирной сети на разных этапах ее развития. Методы высокоточного нивелирования, гравиметрическое обеспечение нивелирных линий.

7.1. Назначение и требуемая точность нивелирной сети. Схема и программа построения нивелирной сети на разных этапах ее развития

Основное назначение Главной высотной основы (ГВО) России, состоящей из линий нивелирования I и II классов – распространение единой системы нормальных высот по всей территории страны.

Сгущение нивелирной сети I и II классов осуществляется нивелированием III и IV классов, что позволяет повысить плотность пунктов единой системы высот на территории страны.

Кроме своего основного назначения ГВО России обеспечивает решение научных задач, таких как изучение фигуры Земли и вертикальных движений земной поверхности.

Данные о точных высотах земной поверхности используются во многих отраслях государства: в картографировании территорий, при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, для водного хозяйства, гидроэнергетики.

Исходным пунктом ГВО России с 1873 г. является нуль Кронштадтского футштока. Высоты всех пунктов на территории России определяются относительно исходного пункта.

Государственная высотная основа. Государственная геодезическая высотная основа, как и плановая, строится в соответствии с принципом перехода от общего к частному и подразделяется на четыре класса. Все четыре класса создаются методом геометрического нивелирования.

Нивелирная сеть 1 - го класса имеет наивысшую точность. Ходы нивелирования 1- го класса прокладывают по специально разработанным, с учѐтом геофизической ситуации, маршрутам между основными морями. Средняя квадратическая погрешность нивелирования составляет 0.5 мм на 1 км хода при систематической ошибке не более 0.05 мм. Характерной особенностью нивелирования первого класса является то, что его периодически повторяют по тем же маршрутам, в результате чего получают данные для анализа вертикальных движений земной коры.

Нивелирная сеть 2 - го класса строится с опорой на нивелирную сеть 1-го класса в виде полигонов периметром 500-600 км. Высотная невязка в полигонах не должна

превышать мм, где - периметр полигона в км. С помощью ходов нивелирования 1-2 классов на всей территории страны вводится единая Балтийская система высот.

Нивелирные линии I и II классов

Нивелирование сети 3 - го и 4 - го классов служат для сгущения сетей 1 и 2

классов. Ходы нивелирования 3 и 4 классов должны опираться с обоих концов на закреплѐнные точки ходов более высоких классов или образовывать сомкнутые полигоны. Высотная невязка ходов не должна превышать и мм для 3 и 4 классов соответственно. В нивелирную сеть 3 и 4 классов обязательно включают все пункты плановой государственной геодезической основы.

Закрепление главной высотной геодезической основы на местности выполняется независимо от класса нивелирования постоянными знаками через 5-7 км, а в труднодоступных районах - через 10-15 км. Кроме того, для закрепления точек нивелирных ходов используются долговременные каменные или железобетонные сооружения, в цокольной части которых на цементном растворе устанавливают стенные реперы и марки. Такие же реперы могут устанавливаться в отвесных скалах. Нивелирные ходы 1 и 2 классов закрепляются дополнительно через 50-60 км фундаментальными ( капитальными ) реперами, обеспечивающими стабильность закреплѐнной точки в течение продолжительного времени. Каталоги высот реперов составляются. Хранятся и используются так же, как и каталоги координат.

НС состоят из систем полигонов примерно равного периметра. Линии нивелирования младших классов опираются обоими концами на реперы старших классов или на узловые реперы такого же класса, образуя замкнутые полигоны.

7.2. Методы высокоточного нивелирования, гравиметрическое обеспечение нивелирных линий

Геометрическое Нивелирование выполняют путѐм визирования горизонтальным лучом трубой нивелира и отсчитывания высоты визирного луча над земной поверхностью в некоторой еѐ точке по отвесно поставленной в этой точке рейке с нанесѐнными на ней делениями или штрихами (см. Геодезические инструменты). Обычно применяют метод Нивелирование из середины, устанавливая рейки на башмаках или колышках в двух точках, а нивелир - на штативе между ними (рис. 1).

Рис. 1. Геометрическое нивелирование

Расстояния от нивелира до реек зависят от требуемой точности Нивелирование и условий местности, но должны быть примерно равны и не более 100-150 м. Превышение h одной точки над другой определяется разностью отсчѐтов а и b по рейкам, так что h = a - b. Так как точки, в которых установлены рейки, близки друг к другу, то измеренное превышение одной из них относительно другой можно принять за расстояние между проходящими через них уровенными поверхностями. Если геометрическим Нивелирование определены последовательно превышения между точками А и В, В и С, С и D и т.д. до любой удалѐнной точки К, то путѐм суммирования можно получить измеренное превышение точки К относительно точки А или исходной точки О, принятой за начало счѐта высот. Уровенные поверхности Земли, проведѐнные на различных высотах или в различных точках земной поверхности, не параллельны между собой. Поэтому для определения нивелирной высоты точки К необходимо измеренное превышение относительно исходной точки О исправить поправкой, учитывающей непараллельность уровенных поверхностей Земли.

Физический смысл геометрического Нивелирование состоит в том, что на перемещение единицы массы на бесконечно малую высоту dh затрачивается работа dW = - gdh, где g - ускорение силы тяжести. Применительно к Нивелирование от исходной точки О до текущей точки К можно написать

где WO и Wk - потенциалы силы тяжести в этих точках, а интеграл вычисляется по пути Нивелирование между ними (полученную по этой формуле величину называют геопотенциальной отметкой). Т. о., Нивелирование можно рассматривать как один из способов измерения разности потенциалов силы тяжести в данной и исходной точках.

Исходную точку Нивелирование, или начало счѐта нивелирных высот, выбирают на уровне моря. Нивелирную высоту h над уровнем моря определяют по формуле

где gm - некоторое значение ускорения силы тяжести, от выбора которого зависит система нивелирных высот. В СССР принята система нормальных высот, отсчитываемых от среднего уровня Балтийского моря, определѐнного из многолетних наблюдений относительно нуля футштока в Кронштадте.

В зависимости от точности и последовательности выполнения работы по геометрическому Нивелирование подразделяются на классы. Государственная нивелирная сеть СССР строится по особой программе и делится на 4 класса. Нивелирование I класса выполняют высокоточными нивелирами и штриховыми инварными рейками по особо выбранным линиям вдоль железных и шоссейных дорог, берегов морей и рек, а также по др. трассам, важным в том или ином отношении. По линиям Нивелирование I класса средняя квадратичная случайная ошибка определения высот не превышает ±0,5 мм, а систематическая ошибка всегда менее ±0,1 мм на 1 км хода. В СССР Нивелирование I класса повторяют не реже, чем через 25 лет, а в отдельных районах значительно чаще, чтобы получить данные о возможных вертикальных движениях земной коры. Между пунктами Нивелирование I класса прокладывают линии Нивелирование II класса, которые образуют полигоны с периметром 500-600 км и характеризуются средней квадратичной случайной ошибкой около ±1 мм и систематической ошибкой ±0,2 мм на 1 км хода. Нивелирные линии III и IV классов прокладываются на основе линий высших классов и служат для дальнейшего сгущения пунктов нивелирной сети. Для долговременной сохранности нивелирные пункты, выбираемые через каждые 5-7 км, закрепляются на местности реперами или марками нивелирными, закладываемыми в грунт, стены каменных зданий, устои мостов и т.д.

Точность измерения расстояний по обычной рейке,30 мм

мм