При проектировании, изысканиях, возведении и эксплуатации больших инженерных сооружений необходимо понимать особенности рельефа конкретной местности. Без этих знаний невозможно моделирование шоссейных и железных дорог, водоотводных каналов, гидротехнических приборов, оросительных и осушительных систем, а также строительных площадок, аэродромов, плотин, населенных пунктов, полей севооборотов и других промышленных объектов.
Умение правильно составлять отметки всех характерных линий местности позволяет добиться хороших результатов. Высотой точки называется общее расстояние от уровневой поверхности до определенной прямой. За начальный уровень следует принимать поверхность воды в море или океане, исключительно в спокойном состоянии. В России она принимается от Кронштадтского футштока и напрямую связана с уровнем Балтийского моря.
Установление отметок точек и есть главная цель нивелирования.
Нивелирование — вид масштабных геодезических работ, в итоге которых определяют различия высот (превышения) линий земной поверхности, а также параметры этих точек над установленной отчетной местностью.
По результатам проведения нивелирования специалисты изображают рельеф территории на схемах и картах, разрабатывают профили земных участков, формируют организационно-хозяйственные идеи лесных питомников, моделируют парки, решают другие серьезные задачи садово-паркового и лесного хозяйств.
Методы и задачи нивелирования
По методам нивелирование в основном разделяют на:
- Геометрическое - выявление превышения одной линии над другой путем визирного горизонтального луча. Осуществляют его при помощи нивелиров, но можно применять и другие устройства, которые помогают получать вертикальный луч.
- Тригонометрическое – установление погрешностей с помощью наклонного луча. Превышение в этом случае определяют, как функцию угла наклона и измеренного расстояния, для измерения которых нередко используют соответствующие приборы в виде тахеометра и кипрегеля.
- Автоматическое - определение недочетов посредством устройств, устанавливаемых в путеизмерительных тележках, вагонах, машинах, которые при плавном движении вычерчивают собственный профиль пройденного пути. Такие приборы называются в науке профилографы.
- Стереофотограмметрическое – базируется на определении превышения по паре изображений одной и той же местности, полученных из двух линий базиса фотографирования.
На данный момент различают также два способа геометрического нивелирования: из середины и вперед.
Рисунок 1. Нивелирование из середины. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При нивелировании из середины сам нивелир находится между двумя точками приблизительно на одинаковых расстояниях. В линиях устанавливаются отвесные рейки точными сантиметровыми делениями. Их располагают на колышек, вбитый с землей вровень, или на специальный костыль, так как любой предмет под тяжестью автоматически начинает давить на поверхность и отсчет по ней будет видоизменяться.
Рисунок 2. Нивелирование вперед. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При нивелировании вперед устройство устанавливают над определенной точкой, делают замер высоты и берут отсчет по рейке в конечной точке. Превышение вычисляют путем отнимания из высоты начального параметра прибора.
Основной задачей нивелирования считается определение разности высот двух показателей по результатам синхронного измерения атмосферного давления в данных точках.
Этот коэффициент в каждой точке земной поверхности полностью зависит от высоты над уровнем моря и погодных условий в момент проведения замеров. Подобная зависимость выражается способом, который учитывает температуру, атмосферной давление и влажность воздуха, а также увеличение свободного падения вместе с широтой места наблюдений.
Классификация нивелиров
Рисунок 3. Классификация нивелиров. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Нивелирование по технологии и точности геодезических работ разделяется на I, II, III u IV классы и техническое проектирование.
Нивелирование I, II, III и IV классов включает в себя государственную масштабную сеть, которая является высотной базой топографических съемок абсолютно всех масштабов и геодезических измерений, осуществляемых для удовлетворения нужд хозяйственной деятельности и обороны государства.
Удивительно, что нивелирная система начальных классов считается главной высотной сетью, с помощью которой определяется единый график высот на всей территории. Она также предназначается для научных задач, непосредственно связанных с исследованием колебаний земной коры.
Нивелирные сети ІІІ и IV классов и технического проектирования служат основой топографических фотосъемок и служат решением различных инженерных задач (застройка и благоустройство населенных пунктов; планировка дорог, проектирование и строительство трасс, оросительных и осушительных устройств; водоснабжение, канализация и так далее).
При выборе класса в нивелировании необходимо учитывать следующие правила:
- высота последующей линии должна быть одинаковой с высотой предыдущей точки плюс незначительное превышение;
- горизонт каждого нивелира равен высоте объекта плюс начальный отсчет по рейке на данной точке;
- высота точки всегда равна горизонту нивелира минус показатель по рейке на этой линии.
Обычно при нивелировании плечо или же расстояние от нивелира до рейки не превышает 100 – 150 метров. Следовательно, с одной станции, если позволяют погодные условия, возможно выполнить нивелирование линий, расположенных на расстоянии примерно 200 – 300 метров одна от другой. В тех случаях, когда замер рельефа осуществляется с целью передачи данных на большие расстояния, а также для разработки профиля местности, используют нивелирование с нескольких станций, связанных между собой общими точками. Такой процесс называют нивелирным ходом, в ходе которого измерения считают сложными (последовательными).
Цифровые и лазерные нивелиры
В связи с быстро возрастающими требованиями к точности и качеству геодезических работ на сегодняшний день широкое использование находят цифровые и лазерные нивелиры.
Цифровой нивелир представляет собой высокоточный оптический прибор, оснащенный автоматическим сбором, обработкой и хранением полученными данными.
Это значит, что все главные условия, необходимые для корректного выполнения безошибочных измерений оптическими нивелирами, должны всегда соблюдаться и для цифровых устройств. Результаты замеров с уже введенными дополнениями отслеживаются на экране и по желанию оператора могут трансформироваться в память нивелира. Программа осуществляет последовательное вычисление и вывод на монитор высот линий установки рейки.
Лазерные нивелиры созданы для измерения погрешностей и передачи наиболее высотных отметок. Нивелир постоянно излучает видимый световой пучок, относительно которого реализуют измерения превышений. В лазерных геодезических системах в качестве основного излучателя потока свет применяют квантовые оптические генераторы (лазеры).
В настоящее время лазерные нивелиры производятся в основном с автоматически лучом излучения, вращающимся лазерным вектором, что дает возможность создавать в пространстве мощные световые линии и плоскости. Положение такой сферы фиксируется на специальной рейке или стенах инженерных сооружений.
