Каким прибором осуществляют нивелирование наклонным лучом

Обновлено: 18.05.2024

Виды нивелирования

В настоящий момент применяют семь разновидностей выполнения измерений. Каждый вид зависит от конкретного случая и сложности выполнения поставленных задач.

Геометрическое нивелирование

Геометрическое нивелирование – метод определения превышений путем визирования горизонтальным лучом. Сущность геометрического нивелирования сводится к определению превышений между точками горизонтальным лучом.
Чтобы выполнить такое измерение, нужен горизонтальный луч визирования и отсчетная шкала. Такой луч генерируется при помощи нивелира, а отсчетной шкалой является рейка со шкалой.
При этом виде нивелирования, превышения между точками получают как разность отсчетов по рейкам при горизонтальном положении визирной оси нивелира. Этот метод является наиболее простым и точным, но позволяет одной постановки прибора получить превышения не более длины рейки, поэтому при больших высотных перепадах местности его эффективность и точность падают.

По способу определения планового положения снимаемых очертаний и нивелируемых точек выделяют следующие методики нивелирования поверхности:
• по квадратам (при условии гладкой местности);
• по параллельным линиям (в лесистой местности);
• по магистралям (при выраженном рельефе).

Барометрическое нивелирование

Барометрическое нивелирование – один из методов нивелирования, основанный на установленной Блезом Паскалем в 1647 связи давления воздуха с высотой точки над уровнем моря
Метод необходим, чтобы измерить превышение перепада атмосферного давления. Измерения проводятся в разных отметках необходимой территории.
Данный метод, основывается на использовании зависимости между атмосферным давлением и высотой точек на местности. В этом методе не требуется взаимная видимость между точками, но точность барометрического нивелирования сравнительно невысока из-за недостаточно точного учета влияния многих факторов, связанных с физикой атмосферы и другими причинами.
В данном методе используются барометр. Им измеряют давление и, сопоставляя показатели, определяется превышение. Из-за зависимости полученных измерений от погодообразования, погрешность может варьироваться от полуметра до двух. Данный метод применяется на начальном этапе работ.

Тригонометрическое нивелирование

Тригонометрическое нивелирование – метод определения разностей высот точек (превышений) на какой либо поверхности основанный на простой связи угла наклона визирного луча и расстоянием между точками.
Чтобы измерить вертикальные углы, применяют геодезическое оборудование: тахеометр, теодолит – чтобы определить угол наклона, дальномер – измерить расстояние. Погрешность – максимум 40 мм на 100 м. Ограниченно применение в горной и холмистой местности.

Гидростатическое нивелирование

Гидростатическое нивелирование – определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки с помощью сообщающихся сосудов с жидкостью.
Жидкость в емкости устанавливается по одному уровню, а поверхность расположена под прямым углом по направлению к силе тяжести, что дает возможность определить превышение. Применяется, чтобы получить небольшие измерения. Погрешность сопоставима с геометрическим нивелированием.

Стереофотограмметрическое нивелирование

Стереофотограмметрическое нивелирование – это определение высот точек местности посредством измерения стереопар аэрокосмических и наземных снимков, при помощи наземной (теодолит со встроенным фотоаппаратом) и летательной техники (аэрофотоаппарат).
Это основной метод, применяемый для топографии и картографии местности.

Механическое нивелирование

Механическое нивелирование – определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки методом автоматического вычерчивания профиля местности и измеряемому расстоянию.
Применяется в качестве контроля расположения автомобильных, железных дорог и прочих линейных конструкций.
При помощи особых датчиков, зафиксированных на транспорте, на листе вырисовывается профиль местности.

Радиолокационное нивелирование

Радиолокационное нивелирование – вид геодезических измерений основанный на методе получения абсолютных высот с летательных аппаратов, используя специальные высотометры.

Основные способы нивелирования

Выделяют пару способов, они отличаются от положения нивелира в нивелируемых точках:

Нивелирование из середины. Нивелир ставится посередине между заданными точками, в самих точках рейки. Точка А – задняя, В – передняя.
Визирная ось нивелира приводится в горизонтальное положение и поочередно наводится на А, а потом на В, получаются расчеты а и b. Формула превышения между точками: h = a — b;

Нивелирование вперед. Над точкой А устанавливается нивелир таким образом, чтобы визир находился на одной отвесной линии с точкой. Рейка устанавливается на точке В. Измеряется высота i над точкой А и берется отсчет b по рейке. Формула превышения между точками: h = i — b.

В данной статье рассмотрим понятие, виды нивелирования, где и как они применяются. Слово заимствованно из немецкого (nivelieren) и французского (niveleur) языков.

Что такое нивелирование

Нивелирование – комплекс замеров, применяемых в геодезии. Оно используется, чтобы определить перепад высот между двумя или более точками. Таким образом выявляется превышение.

Применяя нивелирование и сопоставляя результаты измерений, можно в точности отобразить рельеф на топографических картах, разработать проекты организационно-хозяйственной деятельности.

Прибор, применяемый для измерения разности высот, называется нивелиром. Его устанавливают на подставку и винтами регулируется уровень.

Подразделяются на высокоточные (для работ I и II классов), точные (III и IV), технические (инженерно-технические исследования).

Виды нивелирования

В настоящий момент применяют семь разновидностей выполнения измерений. Каждый вид зависит от конкретного случая.

Геометрическое нивелирование

Чтобы выполнить такое измерение, нужен горизонтальный луч визирования и отсчетная шкала. Такой луч генерируется при помощи нивелира, а отсчетной шкалой является рейка со шкалой.

Такой вид самый распространенный и не сложный. Точность данного вида велика и риск в просчетах достигает максимум 1 мм на 1 км расстояния. Такой вид используется при геодезических работах для нивелирования поверхности.

По способу определения планового положения снимаемых очертаний и нивелируемых точек выделяют следующие методики нивелирования поверхности:

по квадратам (при условии гладкой местности);

по параллельным линиям (в лесистой местности);

по магистралям (при выраженном рельефе).

Барометрическое нивелирование

Метод необходим, чтобы измерить превышение перепада атмосферного давления. Измерения проводятся в разных отметках необходимой территории.

В данном методе пользуются барометр. Им измеряют давление и, сопоставляя показатели, определяется превышение.

В барометрическом методе нивелирования точность исследований невысокая, так как вид исследований зависит от погодообразования, и погрешность может варьироваться от полуметра до двух.

Данный метод применяется на начальном этапе работ.

Тригонометрическое нивелирование

Используя такой вид, вычисление превышения измеряют путем наклонного угла визирования к горизонту.

Чтобы измерить вертикальные углы, применяют геодезическое оборудование: теодолит – чтобы определить угол наклона, дальномер – измерить расстояние.

Погрешность – максимум 40 мм на 100 м. Ограниченно применение в горной и холмистой местности.

Гидростатическое нивелирование

Вид измерения, который основывается на методе свойства сообщающихся сосудов.

Жидкость в емкости устанавливается по одному уровню, а поверхность расположена под прямым углом по направлению к силе тяжести, что дает возможность определить превышение.

Применяется, чтобы получить небольшие измерения. Погрешность сопоставима с геометрическим нивелированием.

Стереофотограмметрическое нивелирование

Служит для вычисления высот путем измерения стереопар фотографической съемки одной местности при помощи наземной (теодолит со встроенным фотоаппаратом) и летательной техники (аэрофотоаппарат).

Это основной метод, применяемый для топографии и картографии местности.

Механическое нивелирование

Применяется в качестве контроля расположения железнодорожных дорог и прочих линейных конструкций.

При помощи особых датчиков, зафиксированных на транспорте, на листе вырисовывается профиль местности.

Радиолокационное нивелирование

Основа метода заключается в получении абсолютных высот с летательных аппаратов, используя специальные высотометры.

Основные способы нивелирования

Выделяют пару способов, они отличаются от положения нивелира в нивелируемых точках:

Нивелирование из середины. Нивелир ставится посередине между заданными точками, в самих точках рейки. Точка А – задняя, В – передняя.

Визирная ось нивелира приводится в горизонтальное положение и поочередно наводится на А, а потом на В, получаются расчеты а и b. Формула превышения между точками: h = a — b;

Нивелирование вперед. Над т. А устанавливается нивелир таким образом, чтобы визир находился на одной отвесной линии с точкой. Рейка устанавливается на т. В.

Измеряется высота i над точкой А и берется отсчет b по рейке. Формула превышения между точками: h = i — b.

Выполняя последовательное нивелирование – получается нивелирный ход.

Нивелирование проводится, чтобы изучить рельеф, определить высоту точек в стадии проектировании, применяется при сооружении и эксплуатации инженерных конструкций.

Показатели нивелирования вносят огромный вклад в решении главных научных целей не только в геодезии, но и в других науках о Земле.

Нивелирование - вид геодезических измерений, в результате которых определяют превышения точек, а также их высоты над принятой уровенной поверхностью. Его производят для изучения форм рельефа, определения высот точек при проектировании, строительстве и эксплутации различных инженерных сооружений.

Виды нивелирования: 1. Геометрическое - наиболее распространенный способ,его выполняют с помощью нивелира, задающего горизонтальную линию визирования.

Нивелирование из середины Нивелирование вперёд

Нивелирование из середины – основной способ. Для измерения превышения точки Bнад точкой A нивелир устанавливают в середине между точками (как правило, на равных расстояниях) и приводят его визирную ось в горизонтальное положение. На точках А 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 точки А, то высоту H_В точки В вычисляют по формуле H_B= H_A+ h_AB . ГИ = Н_А + а. Н_В = ГИ - в

Если между А и В значит. расстояния, то его разбивают на n частей и выполняется последовательное нивелирование.

В этом случае точки С и D называют связующими. Превышение между ними определяют как при простом нивелировании, Такую схему нивелирования называют нивелирным ходом.

При нивелировании вперед 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 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.

Физическое нивелирование - основано на использовании различных физических явленией.

Барометрическое нивелирование основано на свойстве барометра изменять свои показания с изменением его положения по высоте. Это свойство — следствие разницы в давлении атмосферы в точках, имеющих разные высоты. Барометры применяются ртутные, барометры-анероиды (пружинные и беспружинные), дифференциальные. Точность барометрического нивелирования значительно ниже точности геометрического и тригонометрического.

Гидростатическое нивелирование - Этот вид нивелирования основан на использовании свойств уровней жидкости в сообщающихся сосудах. Гидростатический нивелир представляет собой две или систему стеклянных трубок со шкалами, соединенных между собой резиновым шлангом. В качестве жидкости обычно используется кипяченая вода.

Средняя квадратнческая погрешность в превышении, вызванная погрешностями отсчитывания, при исследованиях оказалась равной ±0,05 мм.

радиолокационное нивелирование в котором используют скорость распространения прямых и отраженных электромагнитных волн от источника радиоизлучения до исследуемой точки местности и обратно, находит широкое применение при выполнении аэрофотосъемок для определения с помощью радиовысотомера высоты полета летательного аппарата, с которого осуществляется аэрофотосъемка;

механическое нивелирование осуществляют с помощью механических или электромеханических приборов, автоматически фиксирующих продольный профиль местности по линии, вдоль которой этот прибор перемещается. Иногда используют при съемке продольного профиля существующих автомобильных дорог.

Тригонометрическое нивелирование основано на использовании наклонного луча визирования теодолита или тахеометра. Тригонометрическое нивелирование в настоящее время широко используют в практике изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации инженерных объектов. Особенно часто его используют при выполнении тахеометрических съемок местности.

В ходе современного строительства специалисты руководствуются различными методами и применяют точные геодезические приборы. От их слаженной работы зависит конечный результат на площадке. Подходящую роль играет устройство, которое называют нивелиром. С его помощью проводятся основные подготовительные работы на любом строительном объекте.

Принцип действия прибора достаточно прост. Геодезисты выверяют точки высот на окружающей местности и составляют точный план, по которому будут дальше работать строители. Это необходимо для определения наиболее точного места расположения котлована будущего объекта строительства, а также при расчете точек вывода сточных вод.

Рисунок 1. Определение и значение нивелирования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Методы нивелирования

Геодезическое нивелирование имеет основную задачу. Она заключается в определении разницы точек здания, которое необходимо возвести, по отношению к нулевому уровню. Эти точные данные о нулевой отметке позволяют рассчитать точные данные в первом этапе строительства. В частности, специалисты определяют расположения точек выводы сточных вод, отметку цокольного этажа и другие важные инженерные данные.

При проведении процесса нивелирования специалисты, работающие на строительном объекте, могут пользоваться различными измерительными приборами, однако не все они способны предоставить полные необходимые данные о строительной площадке и местности, окружающей ее.

Прорабы на стройке используют приборы локального значения. Например, гигрометры способны определить влажность используемых на строительном объекте материалов, однако с их помощью нельзя понять критических значений увеличения здания.

Готовые работы на аналогичную тему

Нивелир используется для более практичных задач. Специалисты с его помощью снимают точные значения высот по периметру будущего здания и сопоставляют данные с промежуточными контрольными значениями.

Это процесс проводится в несколько основных этапов:

по периметру здания на фасадной части наносятся специальные маркерные отметки;
рассчитываются различия между этими точками.

В результате, все точки должны совпадать с контрольными отметками в пределах допустимой погрешности. Нивелирование может применяться в уже построенных зданиях. Таким образом, специалисты смотрят на степень отклонения основных показателей на фасаде здания и после просчета результата составляют экспертное заключение о возможности дальнейшей эксплуатации действующего сооружения. Если итоговые данные превышают максимально допустимые значения, то принимается решение об эвакуации людей из здания и признания его аварийным.

Все виды превышений подразделяются на основные и дополнительные виды. Основные виды подразумевают под собой:

геометрическое нивелирование;
тригонометрическое нивелирование;
гидростатическое нивелирование.

Дополнительные методы нивелирование разделяются на:

автоматическое нивелирование;
барометрическое нивелирование;
стереофотограмметрическое нивелирование.

При использовании геометрического нивелирования применяется горизонтальный визир луча у зрительной трубы нивелира. В тригонометрическом методе нивелирования используется принцип наклона визира луча зрительной трубки. При гидростатическом методе происходит процесс выравнивания жидкости в двух емкостях.

При использовании дополнительных методов нивелирования происходит более длительная обработка данных. В горной местности обычно имеет смысл сопоставлять разницу показателей атмосферного давления по отметкам определенных высот. В этом состоит барометрический метод измерения.

Еще один метод нивелирования производится с использованием сложной вычислительной техники, которая работает как единый комплекс. Сначала делают ряд фотоснимков из космического пространства. Затем эти материалы перерабатывают в цифровой вид. После обработки изображений составляется трехмерная модель местности или объекта. Таким образом, можно составить трехмерный план местности целого города или микрорайона, а затем привязать получившиеся данные к системе координат с определением точек высот. В этом состоит стереофотограмметрическое нивелирование.

Приборы нивелирования

Геометрическое нивелирование проводится в основном при помощи одного главного инструмента – нивелира. У этого классического точного прибора мощное оптико-механическое внутреннее содержание. Оно в полной мере обеспечивает горизонт, необходимый для визирного луча. Сам прибор удерживается на специальном штативе.

Нивелир выставляют в определенную точку, откуда будут произведены необходимые замеры. Прибор состоит из трубки, которые бывают двух типов. В них формируются прямые и обратные изображения. В современных приборах обычно используется труба прямого изображения. В более старых образцах можно увидеть трубку обратного изображения. Они отличаются очень хорошим качеством картинки и также используются специалистами.

Нивелиры по типу конструкции делятся на электронные устройства, приборы с компенсатором и на приборы с цилиндрическим уровнем зрительной трубы.

Основы геометрического нивелирования

В работе с нивелиром применяют ряд специальных методов, которые позволяют добиваться наиболее точных результатов измерений. Специалисты используют метод нивелирования из середины и метод нивелирования вперед. Согласно первому методу работы нивелира, отсчет показаний производится по геодезическим рейкам. Они устанавливаются в определенных точках стояния. Обычно это положение спереди и сзади самого прибора. Данные, которые были получены нивелиром, записывают в журнал измерений. Этот метод стал основным при проведении строительных работ.

Второй метод предполагает брать за основу урез воды любого водоема и сопоставлять с уровнем мирового океана. В этом случае геодезист имеет дело с условной системой высот. Ее точности не хватает, чтобы провести полномасштабные измерения на строительном объекте, однако он практически идеально подходит для локальных измерений, где не требуется жесткая привязка высот здания с другими региональными системами.

Тригонометрическая нивелировка

Рисунок 2. Тригонометрическое нивелирование. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Тригонометрическая нивелировка строится на принципе использования в работе теодолита и тахеометра. Эти точные измерительные приборы считывают превышение угла от горизонта до верхнего края используемой рейки. Подобный способ измерения часто используют при выявлении высот опор линий электропередач и других подобных высоких нестандартных объектов. Такой способ нивелировки позволяет производить максимально точные расчеты превышений, где есть большие расстояния между объектами и присутствуют углы рельефа местности.

Для тригонометрической нивелировки используют ряд значений величин, с помощью которых составляются формулы высоты измерения. При определении результата вычислений используется угол луча по отношению к горизонту, высота измерительного прибора, длина отрезка визирной линии и горизонт линии.

Читайте также: