Нівелювання, види і способи, методи і допуски
Нівелювання - це вимірювання за визначенням перевищень між точками на земній поверхні і обчислення їх висот щодо початкової висотної точки відліку із застосуванням різних геометричних, фізичних методів і приладів.
Найперші згадки про рівневий побудовах були відомі ще в Стародавньому Римі та Греції. Пов'язані вони з водяним рівнем, тобто з першим гидростатическим способом нівелювання. Усі наступні методи отримували з розвитком технічного прогресу, конкретними винаходами і їх практичним застосуванням. Винаходи зорової труби і сітки ниток (Пікар) в XVI і XVII столітті, барометра в XVII (Торрічеллі), циліндричного рівня в XVIII (Рамсден) дозволили розвивати способи барометрического, геометричного і тригонометричного нівелювання. Побудова стереокомпаратора і стереофотоаппарата створило передумови для стереофотограмметричного нівелювання. На основі фізичних принципів лазерних випромінювань і нових цифрових технологій з'являються сучасні лазерні і цифрові нівеліри.
Ставити в рівень ось що означає з французького нівелір. Саме завдяки приладу з таким найменуванням набули поширення геодезичні способи точного нівелювання. Найбільш точним, популярним і затребуваним в сучасному приладобудуванні, будівництві, геологічній розвідці та інших галузях вважається спосіб геометричного нівелювання.
геометричне нівелювання
Полягає у використанні інструментальної можливості побудови горизонтального променя (осі) конструкцією нівелірів для виконання висотних вимірювань. Характерним способом геометричного нівелювання є так званий метод «з середини» з використанням нівелірних рейок зі спеціально нанесеними на них шкалами. Типова схема його показана на рис.1.
Рис.1. Схема геометричного нівелювання.
Суть методу полягає у встановленні нівелірів орієнтовно посередині між точками, на яких необхідно виміряти висотні позначки. Саме на них встановлюються в вертикальне (вертикальне) положення рейки, по яких знімаються відліки в міліметрах (0123). Спочатку вимірювання здійснюють із задньою (З) рейки після цього нівелір розгортається в напрямку передньої точки (П). Спочатку задній точкою виступає вихідний репер з відомим значенням абсолютної позначки.
Перевищення (h) між точками, на яких встановлювалися рейки, обчислюють за формулою:
З - задній відлік по рейці;
П - передній відлік.
Точність зняття відліків по рейках коливається в межах 1-2 мм при технічному нівелюванні і 0,1 мм при нівелюванні I класу.
Визначення перевищень між точками з одноразовою установкою інструменту іменується станцією стояння. Багаторазове число станцій на значній відстані один від одного на протязі багатьох сотень метрів і навіть кілометрів називають нівелірних ходом. Методики нівеліровок регламентуються виконанням вимірювань в прямому і зворотному напрямку, при різних горизонтах інструментів і вимагають дотримання граничних значень середньоквадратичних і допустимих похибок.
Інші види нівелювання
Можуть використовуватися в умовах, в яких вони є кращими для застосування. Так тригонометричні нівелювання за рахунок можливості зміни нахилу зорової труби і відповідно візирного променя в теодолітах (тахеометрах) проводиться на місцевості з характерним гірським рельєфом, на височинах і поверхнях де використання геометричного нівелювання просто має значні фізичні та економічні витрати. Сучасні електронні прилади (тахеометри) дозволяють застосовувати тригонометричний спосіб в прикладних задачах передачі та визначення висотних відміток на значно віддалені і підносяться предмети, споруди, при топографічних зйомках.
В останні роки з появою нових методів зйомок і побудов планових мереж виникли технологічні і технічні можливості вимірювань перевищень між пунктами із супутникових спостережень і вимірів через ГЛОНАСС і GPS. Точні їх обчислення (до 1-2 см) з одночасним отриманням всіх трьох просторових координат роблять такий спосіб одним з провідних в сучасній геодезії.
Особливим інтересом саме для геодезичних робіт високої точності користуються новітні прилади цифрової технології, високоточні цифрові нівеліри і лазерні ротаційні для прикладних робіт.
Методи побудови та типи висотних нівелірних мереж
Можна розглядати в ракурсі поширення єдиної і однозначної висотної системи координат по всій території країни. Вона має назву Балтійська. Відомо, що за її початкову точку відліку прийнятий рівень Кронштадтського футштока. Всі побудови відбуваються «від загального до конкретного» та з'єднання нівелірних ходів між собою представляють висотні мережі. За точністю результатів вимірювань вони поділяються на п'ять типів нівелювання:
- I-го класу;
- II-го класу;
- III-го класу;
- IV-го класу;
- технічного нівелювання.
Мережі I і II класу створюються як основа всієї висотної системи країни. З їх допомогою вирішуються великі наукові завдання по відстеженню вертикальних переміщень фізичної поверхні Землі, досліджень земної поверхні, вимірювання рівнів всіх морів оточуючих нашу країну.
Мережі III, IV класу розвиваються від пунктів вищих класів і виступають висотною основою для топозйомок, вишукувальних і прикладних геодезичних робіт. Орієнтовна схема з розвитку нівелірних мереж показана на рис.2.
Рис.2. Схема висотних мереж.
Побудова мереж III, IV класу спирається на пункти державного висотного обгрунтування вищих класів і здійснюється всередині цих полігонів. При створенні висотної знімальної основи для топозйомок можливо прокладання мереж із застосуванням технічного нівелювання.
Кожен клас нівелювання виповнюється з найкращого точністю з дотриманням відповідних вимог щодо допустимих значень середньоквадратичних похибок нівеліровок і граничних похибок в полігонах і окремих лініях ходів. Параметри і формули допустимих значень відображені таблиці нижче, де L - довжина лінії ходу, полігону в км.
