Нівелювання - це ... Тригонометричне нівелювання. Види нівелювання

Нівелювання - це вид геодезичних вимірювань. За допомогою нього виробляється знаходження відносних висот різних точок земної поверхні. В якості умовного рівня при таких вимірах можуть приймати такі природні об`єкти, як річки, моря, океани, поля або інші вихідні точки. По суті, нівелювання - це визначення значення перевищення поверхні кожного об`єкта над заданим (еталонним). Такі вимірювання потрібні для складання точного рельєфу досліджуваної місцевості. У подальшому ці дані використовуються при складанні планів місцевості, карт або для вирішення конкретних прикладних завдань.

Які існують види нівелювання?

Такі вимірювання можуть здійснюватися різноманітними методами, відмінними використовуваним обладнанням або технологією. Розглянемо, які бувають основні види нівелювання. Найбільш поширеними є п`ять методів: геометричне, тригонометричне, барометричний, механічне та гідростатичний вимір поверхонь. Познайомимося докладніше з кожним з них.

Геометричне нівелювання

При такому методі вимірювання місцевості використовують спеціальну геометричну рейку і прилад нівелір. Принцип зйомки полягає в установці рейки зі штрихами і поділами в необхідної точці біля досліджуваної поверхні. Після чого, використовуючи горизонтально візирний промінь, відраховується різниця висот. Геометричне нівелювання проводиться за принципом «з середини» або «вперед». При вимірюванні першим методом у двох точках поверхні встановлюють рейки, прилад знаходиться між ними на рівновіддаленій відстані. Результатом зйомки стають дані про перевищення однієї з планок над іншою. Другий спосіб є класичним - один прилад і одна рейка. Ці методи нівелювання є найбільш поширеними. Вони знайшли застосування в будівництві як дрібних об`єктів (будинків), так і великих (мостів).

Тригонометричні нівелювання

При такому вигляді проведення вимірювальних робіт прийнято використовувати спеціальні кутомірні пристрої, які називають теодолітами. За допомогою них знімають інформацію про кути нахилу променя візира, який проходить крізь пару заданих точок поверхні. Тригонометричні нівелювання широко використовується при топографічних вимірюваннях для визначення різниці висот двох об`єктів, які знаходяться на значній відстані один від одного, проте в зоні оптичної видимості приладу.

Барометричне вимір поверхні

Барометричне нівелювання - це метод вимірювань, заснований на залежності повітряного атмосферного тиску від висоти точки обумовленою поверхні. Процес зчитування проводиться за допомогою барометра. Дана система нівелювання повинна враховувати ряд поправок на реальну температуру повітря, на його вологість. Цей метод знайшов застосування в важкодоступній місцевості (наприклад, в гірських умовах) при різних географічних і геологічних експедиціях.

Механічне (технічне) вимір поверхні

Технічне нівелювання увазі використання спеціального приладу - нівелір-автомата. За допомогою нього здійснюється креслення профілю досліджуваної місцевості в автоматичному режимі за допомогою фрикційного диска, який фіксує пройдену відстань, і встановленого схилу, який задає вертикаль. Такий прилад зазвичай встановлюють на транспортний засіб і проїжджають від однієї обумовленої точки до іншої. Технічне нівелювання дозволяє визначити різницю висот між досліджуваними об`єктами, відстань між ними і профіль місцевості, який фіксується на спеціальній фотострічці.

Гідростатичне вимір поверхні

Гідростатичний нівелювання - це метод, заснований на принципі дії сполучених посудин. Зйомка цим способом проводиться за допомогою гідростатичного приладу, який працює з похибкою до двох міліметрів. Такий нівелір компонується з пари скляних трубок, з`єднаних між собою шлангом, дана система заповнена водою. Процес вимірювання здійснюється наступним чином - трубки кріпляться до рейок, на яких нанесена шкала. Після цього планки встановлюються біля досліджуваних об`єктів, по розподілам відзначають числове значення різниці двох рівнів. Дана конструкція має істотний недолік, а саме обмеженість межі вимірювання, який визначений довжиною шланга.

Описані способи нівелювання (крім механічного) дуже прості і не вимагають наявності специфічного багажу знань від оператора, тому широко застосовуються в будівництві та інших сферах народного господарства.

Класи вимірювань

Крім методики виробництва вимірів, нівелювання прийнято розділяти по класами точності. Кожному з них відповідає певний вид і метод здійснення знімання інформації. Розглянемо, які існують класи нівелювання.

1. Перший клас вважається високоточним. Йому відповідає середньоквадратична випадкова помилка, рівна 0,8 міліметра на один кілометр і систематична, складова 0,08 мм / км.
2. Другий клас також вважається високоточним. Однак похибка тут трохи вище - середньоквадратична помилка складає 2,0 мм / км, а систематична - 0,2 мм / км.
3. Третій клас. Йому відповідає середньоквадратична помилка, рівна 5,0 мм / км, а систематична не враховується.
4. Четвертий клас. Йому відповідає середньоквадратична помилка, рівна 10,0 мм / км, системна також не враховується.

Залежно від особливостей рельєфу місцевості та поставлених завдань зйомки можуть використовуватися різні способи проведення зйомки даних. Наприклад, по полігонах, по паралельних лініях або нівелювання поверхні по квадратах. Остання методика отримала найбільше поширення, вона широко використовується для знімання даних з великих відкритих майданчиків з відносно малою висотою перетинів. Розглянемо її більш докладно.

Розбивка по квадратах

Нівелювання поверхні цим методом виконується з метою отримання топографічних великомасштабних планів рівнинних територій. Плавне положення контрольних точок визначається шляхом прокладання теодолітних ходів. А висоти - методом геометричного вимірювання з використанням технічних нівелірів. Процес знімання даних може здійснюватися двома різними способами: шляхом прокладки нівелірних ходів з поступовою розбивкою поперечників і по квадратах.

Нівелювання по квадратах виконують шляхом розбивання на місцевості за допомогою мірної стрічки і теодоліта (сітки зі стороною осередку двадцять метрів) при вимірюванні в масштабах 1: 500 і 1: 1000, сорок метрів - при зйомці в масштабі 1: 2000 і сто метрів при 1: 5000.

Одночасно з цим проводиться фіксації ситуації досліджуваної території і складається абрис. Ці процедура виконується тими ж способами, що і при теодолитной зйомці. Крім вершин осередків, на місцевості фіксують характерні об`єкти рельєфу - плюсові точки: вер-шину і підстава пагорба, дно і бровки ями, точки на лініях водозливу і вододілу та інші.

Знімальну основу створюється шляхом прокладання по зовнішніх межах сітки квадратів нівелірних і теодолітних ходів, які потім прив`язуються до пунктів єдиної державної мережі. Висоти плюсових точок і вершин осередків визначають способом геометричного нівелювання. Якщо довжина сторони квадрата сорок метрів і менше, то з однієї станції намагаються зробити вимір всіх визначених точок. Відстань від приладу до планки не повинно перевищувати 100-150 метрів. Якщо довжина сторони квадрата сто метрів, в такому випадку нівелір розміщується в центрі кожного осередку. За даними польової зйомки місцевості методом квадратів становлять журнал нівелювання і абрис вимірювань.

Журнал і абрис нівелювання по квадратах

У журнал вносяться дані про розмір сторони чарунки, прив`язка координатної сітки до теодолитной ходам (геодезичне обгрунтування). Крім того, вказується прив`язка до об`єктів місцевості - озерам, пагорбах і так далі. Також слід зазначити, з яких позицій вироблялося нівелювання місцевості. У абрис заносяться результати зйомки кожного з квадратів. У вершини і плюсової точки кожного осередку вказуються відліки від чорної боку планки (в метрах), а також підраховані висоти. Цей розрахунок виконується по горизонту інструменту. Висоти вершин осередків визначається як різниця горизонту інструменту на станції і відліку по рейці.

З метою контролю процесу вимірювання поверхні для двох вершин осередків виконують нівелювання з двох різних станцій. Складання плану за отриманими матеріалами зняття даних поверхні починають з фіксації на планшеті за координатами пунктів єдиної державної геодезичної мережі, об`єктів знімального обгрунтування (нівелірну-теодолітних ходів), плюсових точок, вершин квадратів і ситуації.

Спосіб додатки

При нівелюванні території способом додатка теодолітних і нівелірних ходів з розбивкою на поперечники, ходи прокладають по природним характерних лініях даній місцевості, наприклад, по водозливу або вододілам. При таких роботах поперечники і пікети слід розбивати через кожні сорок метрів при зйомці в масштабі 1: 2000 і через двадцять метрів при зйомках в масштабах 1: 1000 і 1: 500. У точках перегинів скатів відзначають плюсові об`єкти. У процесі розбивання пікетів слід проводити фіксацію ситуації і складати абрис. Записи нівелювання проводять у журналі. У ньому зазначають порядкові номери пікетів, відліки по червоній і чорній стороні рейок, відстані плюсових об`єктів від найближчих пікетів. За результатами нівелювання складається топографічний план території, поперечні і поздовжні профілі місцевості.

Вимірювання поверхні доцільно проводити на ділянках передбачуваного місця проведення робіт з благоустрою та по вертикального планування території. Як приклад можна привести ландшафтне проектування місцевості, навколишнього якої-небудь пам`ятник архітектури, або садово-паркової зони.

Що таке нівелір?

Для проведення геометричного вимірювання місцевості, який широко застосовується в будівництві, використовуються нівеліри різноманітних конструкцій. Ці прилади, згідно з їх принципом дії, прийнято розділяти на: електронні, лазерні, гідростатичні й оптико-механічні. Всі нівеліри оснащуються зоровою трубою, що обертається у горизонтальній площині. Сучасна конструкція такого вимірювального приладу передбачає автоматичну компенсацію для виставлення в робоче положення зорової осі.

Історія нівелювання

Першими відомостями, які дійшли до сучасної людини про проведення нівелювання, відносяться до першого століття до нашої ери, а саме до зведення зрошувальних каналів в Стародавній Греції і Римі. В історичних документах згадується водяній вимірювальний прилад. Його винахід і використання пов`язують з іменами давньогрецького вченого Герона Олександрійського і римського архітектора Марка Вітрувія. Поштовхом для розвитку цих вимірювальних приладів і методів нівелювання послужило створення зорової труби, барометра, циліндричного рівня і сітки градуювання в зорових трубах. Дані винаходи ставляться до 16-17-му століттях, вони дозволили розробити систему точної зйомки поверхні землі.

У Росії за часів Петра Першого була заснована оптична майстерня, де серед іншого виробляли і нівеліри, тільки тоді вони називалися ватерпаси з трубою. Розробкою нівелірів в майстерні займався І. Є. Бєляєв. У цей же період з`явилися і перші вимірювальні прилади, в основі яких використовувалися барометри. На початку дев`ятнадцятого століття з`являються перші тригонометричні нівеліри, з їх допомогою проводилися дуже масштабні роботи з визначення різниці рівнів Азовського і Чорного морів, вимірювалася висота гори Ельбрус. Використання геометричних приладів зафіксовано в середині дев`ятнадцятого століття. Так, в 1847 році їх використовували при будівництві Суецького каналу. У нашій країні геометричне нівелювання поверхні застосовувалося при будівництві водних і сухопутних доріг. Початком створення вітчизняної державної мережі вважається 1871. Тоді почалися роботи з фіксації та встановлення пунктів, які служили основою для топографічної зйомки.

Застосування нівелювання

Результатом нівелювання є створення єдиної опорної геодезичної мережі, що служить основою для проведення топографічних вимірювань місцевості або різних геодезичних вимірювань. Зйомка широко застосовується в дослідних і наукових цілях: при вивченні земної кулі, рухи земної кори, для фіксації коливань рівня морів і океанів.

Нівелювання також застосовується при вирішенні різних прикладних задач, які пов`язані з будівництвом різноманітних об`єктів, прокладанням шляхів сполучення, інженерних комунікацій і т. Д. Наприклад, вимірювання місцевості необхідно для здійснення переносу проектних рішень по висоті, крім того, при монтажних роботах по установці будівельних конструкцій . При вирішенні подібних завдань, завжди використовуються дані, отримані службою геодезії. Також, безпосередньо для вирішення різних вузькоспеціалізованих завдань, застосовують автоматичні системи знімання інформації. До таких завдань відносяться, наприклад, ремонт і будівництво дорожнього полотна. Датчики, що входять в пристрій автоматичного нівеліра, установлюють на залізничні вагони, автомобілі, в результаті чого виходить готовий профіль досліджуваної місцевості в найкоротші терміни.

Сучасні технології

На сьогоднішній день, внаслідок надзвичайно швидкого розвитку науки і технологій, для нівелювання поверхні використовують різні технічні ноу-хау.

1. Лазерні. В основі їх роботи лежить зчитування параметрів місцевості за допомогою лазерного скануючого пристрою.
2. Ультразвукові. Основним елементом такого приладу, є випускає хвилі ультразвуковий датчик.
3. GNSS-технологія, яка пов`язана з отриманням інформації про поточні координати за допомогою супутникового зв`язку. Така апаратура забезпечує дуже високу точність нівелювання.

Для забезпечення ефективної обробки великої кількості потоків інформації, одержуваних у процесі застосування вищевказаних ноу-хау, потрібна наявність відповідного спеціального програмного забезпечення, яке буде виконувати завдання, пов`язані зі зберіганням, управлінням, візуалізацією і обробкою даних.

Сучасні системи нівелювання в дорожньому будівництві

У сучасному будівництві дорожнього покриття широко використовуються автоматизовані системи. Вони дозволяють управляти дорожньо-будівельною технікою, враховуючи її поточне положення. При цьому автоматичне нівелювання траси відрізняється високою точністю проведених робіт, істотно підвищує якість виробленого дорожнього полотна, а також скорочує терміни будівництва. Такі прилади, встановлені на асфальтоукладальники, дорожні фрези, бульдозери, дозволяють усувати пошкодження та дефекти старого покриття при укладанні нового шару. Ці нівеліри контролюють поперечний ухил дороги, виконують його по точно заданих проектом параметрам. Сучасні системи вимірювання поверхні для дорожньо-будівельної техніки ділять на кілька типів залежно від застосовуваної технології.

1. Ультразвукові прилади з різною кількістю датчиків.
2. Лазерні системи знімання.
3. Прилад на базі супутникових GPS-технологій.
4. Тривимірна система, що працює на принципі тахеометра.

При необхідності, дивлячись яка потрібна складність і особливість проведених робіт, може використовуватися та чи інша технологія автоматичного нівелювання.