Нивелирование в геодезии

Нивелирование – операция в геодезии, направленная на определение расстояния по вертикали между двумя точками или большим количеством отметок. Одну выбирают базисом, остальные – координатами по высоте. Базисом может быть уровень моря, горизонтальная плоскость или другие системы отсчета. Для проверки практикуют разные виды измерений, приборы оптического, цифрового или лазерного типа, которые обладают разной точностью. Выбор зависит от вида работы, особенностей объекта, для которого требуется провести замеры.

Виды нивелирования

В геодезии практикуют несколько видов измерений. У каждого подхода свои нюансы, уровень погрешности, алгоритм выполнения работ, свои плюсы и минусы.

Геометрический способ

Это самый простой прием проверки превышений, отметок по высоте, который часто применяют в геодезии. Для замеров используют приборы оптического и лазерного типа. Нивелир работает в паре с рейкой, на которую нанесена разметка. Аппарат закрепляют стационарно на штативе, ось окуляра совмещают с горизонтальной плоскостью.

На точку для проверки устанавливают измерительную рейку с нанесенной градуировкой. Низ элемента упирается в грунт или поверхность площадки. Данные получают по разнице между плоскостью с установленным нивелиром и разметкой на рейке, на которую указывает луч лазера или направлен окуляр.

Барометрическая проверка

Анализ этим методом практикуют несколько веков. Эталоном считают давление воздушных масс на поверхность морской глади или другую плоскость, ее рассматривают отсчетом координат. Когда отметка опускается вниз, снижается давление воздуха, при ее подъеме параметр увеличивается.

Разница в параметрах позволяет получить точный результат при расчетах по эмпирическим барометрическим формулам. Существуют современные барометрические аппараты, которые расчет выполняют мгновенно в автоматическом режиме. Инженер видит результат на экране в удобной форме.

Тригонометрическое нивелирование

Сложный расчет по правилам тригонометрии применяют, чтобы определить высотные значения контрольных засечек и отличий между ними. Для анализа потребуется узнать вертикальные углы и расстояние. Чтобы выполнить замер, необходимо:

1. Определить удаленность места установки нивелира от горизонтальной проекции базиса.
2. Окуляр аппарата поднимать до тех пор, пока он не остановится на едином уровне с отметкой.
3. Между линиями, которые образуют гипотенузу и катет, замерить угол.

По полученным данным с применением теоремы синусов или косинусов геодезисты определяют величину другого катета, превышение между двумя засечками. Прием пригодится для точек, которые находятся во взаимной видимости, но для горной местности он не подходит.

Применение гидростатики

Для измерений требуется особый водяной уровень, собранный из пары колб, соединенных шлангом. Методика базируется на принципе сообщающихся сосудов, в которых жидкость всегда расположена на одном уровне. Внутренний объем приспособления заполняют водой, шланг протягивают по высоте засечки, которую принимают за отсчетную. При перемещении колбы по вертикали, уровень воды меняется относительно нанесенной на резервуар шкалы.

Гидростатическая технология подходит, когда нужно замерить небольшое отличие или точки находятся на малом расстоянии, когда длины аппарата хватает для анализа. Прием применим для засечек, которые не расположены во взаимной видимости.

Нивелирование через спутник

Сложная методика определения координат на территории, анализа превышений отметок, что находятся на одной вертикали, называется стереофотограмметрическим нивелированием. Для работы потребуется связь со спутником для аэрокосмической съемки, техника, совмещенная с теодолитом. Устройства синхронизируют, формируют стереопару между засечками.

Этот прием позволяет изучить координаты, данные при точности, которая составляет десятые миллиметра. Нивелирование через спутник необходимо для разработки схем обширных территорий, атласов, карт, документации военной промышленности.

Механический прием

Это эффективный и быстрый способ расчета координат, который используют для значительного перепада на местности, в труднодоступных зонах. Для механического приема требуется нивелир, работающий в автоматическом режиме. Основные элементы его конструкции:

• отвес, соединенный с датчиками, который с высокой точностью определяет положение прибора;
• фрикционный диск, который гарантирует замер между засечками с минимальной погрешностью.

Агрегат функционирует в реальном времени, показывает данные в динамике. Если координаты на плоскости меняются, аппарат строит кривую поверхности земли в пределах исследуемой зоны. Информация считывается через графическую программу, она сохраняется в файле CAD формата. Это позволяет оперативно определять превышения, отметки для каждого объекта на изучаемом участке.

Действие радиолокаторов

Данная технология считается самой точной для определения разницы по высоте между соседними засечками. Техника обладает встроенным GPS модулем, постоянно поддерживает связь со спутником. Методика состоит в том, что оптика нивелира смотрит сначала на базис, а потом на отметку на высоте. Спутник в автоматическом порядке определяет координаты в трех измерениях. По их разнице по простой формуле получают значение превышения.

Способы измерений

В геодезии применяют 4 способа для замеров при строительстве капитальных сооружений. Методику выбирают с учетом удаленности отметок и других критериев.

Оценка из середины

Этот прием пригодится, когда надел имеет большой перепад рельефа. Для анализа технику закрепляют в промежутке между засечками, примерно посередине высотного расстояния между ними. Сначала уточняют расположение прибора, а затем оптику наводят на нижнюю уровень и потом на верхний. Различия между ними покажет удаленность по вертикали.

Методику широко используют в строительстве, когда один нивелир работает с двумя рейками, установленными спереди и сзади от него.

Нивелирование вперед

Для изысканий этим способом можно применять оборудование с разным принципом действия и степенью погрешности. Его ставят за объектом, для которого исчисляют координаты по вертикали. Базой для отсчета выбирают место, где установлен нивелир.

Работа по квадратам

Это методику выбирают в таких случаях:

• необходимо провести замеры для большого числа засечек;
• на участке рельеф имеет значительные перепады.

Работа по квадратам пригодится, если нужно определить массу грунта, чтобы осуществить его выемку, применять для формирования насыпи, чтобы соблюсти баланс. Для проведения расчетов на участке формируют геодезическую сетку местного уровня. Одно из мест пересечения осей выбирают базой для отсчета. У остальных будут превышения относительно эталона.

Габариты квадратов выбирают с учетом рельефа территории, заданной высоты, размера участка, требований к погрешности анализа. По проведенным изысканиям можно составить топографический план, спроектировать благоустройство территории.

Боковая методика

Этот способ нивелирования востребован, чтобы:

• разбить основные оси и вспомогательные линии сооружения;
• оценить возможные отклонения несущих опор, каркаса здания;
• определить множество засечек по высоте на местности;
• перенести геодезическую сетку.

При работе оценивают сразу несколько точек. При этом нивелир находится в стороне, но видит все из исследуемых уровней.

Техника для замеров

Для анализа высот при геодезической оценке участка инженеры используют приборы с разным принципом действия и с разной точностью, дополнительными функциями.

Оптическая техника

Это самые первые нивелиры, которые использовали в строительстве и применяют до сих пор. Современные приборы имеют простую конструкцию, стоят недорого. Их применяют для обучения студентов, для оформления загородного участка и других бытовых потребностей. Основные элементы аппарата:

• окуляр, который позволяет во много раз увеличивать изображение за счет системы стекол;
• корпус, в котором находится окуляр для его защиты;
• рихтовочные винты для регулировки, чтобы фокусировать оптику;
• прицел;
• штатив в виде треноги для удобства использования.

Прибор ставят на плоское основание, для устойчивости утапливают острые концы треноги в почве. За счет винтов геодезист корректирует положение окуляра по уровню. Для замера необходимо, чтобы отметка на рейке нивелира, которую удерживает второй специалист, попала в прицел устройства.

Когда окуляр становится на необходимую отметку, получается первое положение линии визирования. Далее геодезист поднимает устройство под наклоном за счет винта для регулировки, чтобы получить вторую линию. За счет разницы между ними определяют угол визирования и превышение через разность между отметками по высоте.

Цифровое оборудование

Для быстрой работы и точных замеров геодезисты используют цифровые нивелиры, которые определяют отметки точек и удаление одной от другой. Данные высвечиваются на LCD экране, а программное обеспечение моментально обрабатывает всю информацию. Инженер наводит окуляр на рейку. Когда электроника определяет координатные данные одной точки, он нажимает кнопку для запоминания данных и переводит окуляр на другую. Преимущества такого подхода:

1. Техника функционирует в полуавтоматическом режиме.
2. Ошибки при применении цифровых устройств практически невозможны.
3. Все изыскания выполняются быстро.
4. Данные собираются и сохраняются на внутренней памяти аппарата.

Лазерные устройства

Аппараты с лазером имеют среднюю точность, их действие напоминает оптическую конструкцию, но скорость срабатывания более быстрая. Порядок действий:

1. Инженер выставляет окуляр по горизонтальной линии.
2. Он направляет луч лазера в точку.
3. Помощник принимает луч ресивером с зеркалом.
4. После установки связи между излучателем и получателем лазера, прибор фиксирует отметку по высоте, считает ее эталоном.

Действия выполняют для всех точек, их считают относительными по отношению к эталону. Расстояние по вертикали рассчитывают по формулам.

Классы точности

Оборудование для нивелирования различается по точности полученных данных. Технику выпускают 4 классов точности. Этот параметр указывают в паспорте к инструменту. Точность – это максимально допустимая погрешность для устройства, которая выражается в мм высоты на 1 км его хода. Чем меньше значение погрешности, тем лучше, но это влияет на стоимость оборудования.

 

Класс	Категория	Погрешность измерений на 1 км хода прибора
1	Высокоточное оборудование для ответственных строительных работ, возведения гидротехнических сооружений, контроля осадки	Не больше 0,5 мм
2	Техника повышенной точности для строительства зданий, прокладывания дорог, контрольных измерений существующих объектов	Не выше 1 мм
3	Точные нивелиры для составления карт высот на строительных площадках	До 3 мм
4	Технические устройства, бытовые нивелиры для рытья каналов, котлованов, выравнивания дачных участков	До 10 мм

 

Наши специалисты выполняют геодезические работы всех видов. Для нивелирования они применяют технику 1 и 2 класса, поэтому результаты оценки отличаются высокой точностью. Мы работаем с объектами разной сложности, замеры выполняем точно в срок. Работаем с физическими и юридическими лицами. На каждый вид работ подписываем договор. Специалисты нашей компании имеют необходимые допуски.