Сущность геометрического нивелирования
ИЗМЕРЕНИЕ ПРЕВЫШЕНИЙ
5.1. Сущность геометрического нивелирования
5.2. Нивелиры и их устройство
5.3. Поверки и юстировки нивелиров
5.4. Нивелирные рейки
5.5. Нивелирование вперед и из середины
5.6. Последовательное нивелирование
5.7. Подготовка трассы для нивелирования, трассирование, разбивка пикетажа, пикетажный журнал
5.8. Связующие, промежуточные и иксовые точки
5.9. Порядок работы и контроль измерений на станции при техническом нивелировании
5.10. Поправка за кривизну Земли и рефракцию
5.11. Источники ошибок при геометрическом нивелировании
Сущность геометрического нивелирования
Превышением h, или относительной высотой, называют разность высот двух точек, то есть превышение (точки B над точкой A) равно
,
где 
и 
- высоты точек A и B соответственно. Если каким-либо образом измерить превышение между двумя точками, то, зная высоту одной точки, можно определить высоту второй точки. Измерение разности высот называют нивелированием. В зависимости от используемых для определения разности высот физических принципов (законов) выделяют различные методы нивелирования. Наиболее применяемыми видами нивелирования являются геометрическое, тригонометрическое, барометрическое и гидронивелирование.
Тригонометрическое нивелирование есть нивелирование при помощи прибора с наклонной визирной осью и измерением наклонного расстояния и вертикального угла. Барометрическим нивелированием называют нивелирование, основанное на зависимости между высотой и атмосферным давлением. Гидравлическое нивелирование основано на принципе сообщающихся сосудов. Наиболее простым по своей сути и наиболее точным является геометрическое нивелирование. Геометрическим нивелированием называют измерение превышения между двумя точками с помощью горизонтального визирного луча (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Принцип геометрического
нивелирования
Пусть высота HA точки A известна и требуется определить высоту точки B. Для этого между точками A и B необходимо установить прибор, называемый нивелиром, привести его визирную ось в горизонтальное положение, а в точках A и B установить строго вертикально рейки с делениями. Пусть визирный луч прибора пересекает рейку, установленную в точке A, на делении a. При этом говорят, что отсчет по рейке равен a. Таким образом, отсчет по рейке есть расстояние от ее нулевого деления до данного деления. И пусть отсчет по рейке, установленной в точке B, равен b. Если нулевые отсчеты на обеих рейках находятся внизу и возрастают снизу вверх, то, как следует из рис. 5.1, превышение h между точками A и B будет равно разности отсчетов по рейкам
.
Приведенная формула выражает суть геометрического нивелирования, или нивелирования горизонтальным лучом.
5.2. Нивелиры и их устройство
Нивелиром называют геодезический прибор, предназначенный для измерения превышений методом геометрического нивелирования. По своей точности нивелиры подразделяются на высокоточные, точные и технические. Высокоточные нивелирыпредназначены для выполнения наиболее точных работ - нивелирования I и II классов, точные - для нивелирования III и IV классов, технические – для инженерно-технических работ, в том числе для технического нивелирования. Примером технического нивелира является нивелир Н-3 (рис. 5.2).
Нивелир Н-3 имеет подставку, расположенную на трех подъемных винтах. Для визирования используется зрительная труба с внутренней фокусировкой, имеющая сетку нитей. Для установки трубы по глазу - получения четкого изображения сетки нитей - используется диоптрийное кольцо окуляра. Для установки трубы по предмету – получения четкого изображения наблюдаемого предмета (как правило, рейки) - предназначена кремальера, при вращении которой внутри трубы перемещается фокусирующая линза.
| 1 – окуляр, 2 - зрительная труба, 3 – механический визир, 4 – объектив, 5 – кремальера, 6 – наводящий винт, 7 - установочный (круглый) уровень, 9 – исправительные винты круглого уровня, 10 – элевационный винт | 1 – закрепительный винт, 2 – коробка цилиндрического уровня, 3 – подставка, 4 – подъемный винт, 5 – пружинящая пластина с втулкой, 6 – становой винт |
Рис. 5.2. Устройство нивелира Н-3
Для быстрого приведения прибора в рабочее положение служит круглый уровень. Для точного приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение предназначен цилиндрический уровень. Цилиндрический уровень нивелира имеет такую же конструкцию, как и цилиндрический уровень теодолита. Отличие заключается только в более высокой точности, цена деления цилиндрического уровня нивелира составляет 15². Цилиндрический уровень нивелира жестко скреплен со зрительной трубой, поэтому при наклонах цилиндрического уровня наклоняется и визирная ось зрительной трубы. И, наоборот: при наклонах зрительной трубы наклоняется цилиндрический уровень, вследствие чего происходит перемещение его пузырька. Для приведения пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт служит элевационный винт. Одновременно с перемещением пузырька цилиндрического уровня в нуль-пункт визирная ось зрительной трубы занимает горизонтальное положение.
Цилиндрический уровень является контактным. Это означает, что нивелир имеет специальную оптическую систему для передачи изображения концов цилиндрического уровня в поле зрения зрительной трубы (рис. 5.3). Если пузырек цилиндрического уровня находится в нуль-пункте, то изображения концов его пузырька в поле зрения трубы совпадают, что представлено на рис. 5.3 справа. Если пузырек цилиндрического уровня не находится в нуль-пункте, то в поле зрения трубы изображения концов цилиндрического уровня расходятся так, как в увеличенном масштабе показано на рис. 5.3 слева. Отсюда следует, что для приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение необходимо с помощью элевационного винта совместить изображения концов пузырька цилиндрического уровня в поле зрения зрительной трубы.
Для плавного перемещения зрительной трубы по горизонту служит наводящий винт зрительной трубы, который работает только при закрепленном положении закрепительного винта зрительной трубы.
Увеличение зрительной трубы нивелира составляет 
, поле зрения 1°20², цена деления круглого уровня 5¢.
Рис. 5.3. Поле зрения нивелира
Существуют нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования. Для этой цели служат компенсаторы – специальные призмы, подвешенные на тонких металлических нитях. С помощью круглого уровня прибор приводится в рабочее положение. Если при этом отклонение оси вращения прибора от отвесной линии не превышает 5¢, то с помощью компенсатора визирная ось нивелира автоматически приводится в горизонтальное положение.