Высотные измерения (нивелирование)

Нивелирование – вид геодезических работ по определению разности высот точек земной поверхности, а так же высоты их относительно принятой отсчетной поверхности.

Нивелирование производиться для изучения форм рельефа и определения разности высот отдельных точек при проектировании, строительстве и эксплуатации различных сооружений.

Нивелирование подразделяется на несколько видов:

- геометрическое;

- тригонометрическое;

- физическое;

- стереофотографическое;

- автоматическое.

Рассмотрим подробнее каждый из этих видов.

1) Геометрическое нивелирование производится горизонтальным лучом, который получают при помощи нивелира.Различают два способа геометрического нивелирования: «из середины» и «вперед».

При нивелировании «из середины»( рис. 14) нивелир устанавливают приблизительно на середине расстояния между точками А и В и приводят оптическую ось инструмента в горизонтальное положение.

 

 

Рисунок 14 – Нивелирование из середины

 

В точках А и В устанавливают отвесно геодезические рейки с делениями. Счет делений идет от нижнего конца рейки вверх. Непосредственно из рисунка 14 следует:

h = a – b,

где а – отсчет по задней рейки;

b – отсчет по передней рейке.

Иногда запись делают так: h = З – П,

где З – отсчет по задней рейке;

П – отсчет по передней рейке.

При нивелировании «вперед» (рис. 15), нивелир устанавливают над точкой А по отвесу.

 

Рисунок 15

Приводят визирную ось в горизонтальное положение, измеряют высоту инструмента i и производят отсчет по передней рейке. В этом случае h = i – b.

 

2) Тригонометрическое нивелирование производится наклонным лучом при помощи теодолитов и тахеометров. При использовании этого метода измеряют углы наклона и расстояния между нивелирными пунктами.

 

Рисунок 16 – тригонометрическое нивелирование

 

Из рисунка 16 видно, что превышение точки В над точкой А находиться из выражения:

h = dtgν + i – l.

3) Физическое нивелировании разделяется на барометрическое, гидростатическое и аэронивелирование.

Барометрическое нивелировании выполняется при помощи барометров, по показанию которых определяется давление в соответствующих точках, а по разности давлений – превышение между ними.

Если атмосфера находиться в равновесии, то между показателями В1 и В2 барометра в точках М и N, наблюдается в один и тот же момент времени и разностью высот H_M и H_N этих точек существует зависимость, приближенно выражаемая уравнением

H_N – H_M = 18470 (1 + 0.0037 )(Lg B1 – Lg B2),

где 18470 – постоянный коэффициент;

0.0037 – температурный коэффициент;

– температура воздуха в точках М и N.

Представленная формула называется сокращенной гипсометрической формулой. Барометрическое нивелирование применяется главным образом для приближенного определения отметок, например при рекогносцировочных и изыскательских работах

Гидростатическое нивелирование основано на свойстве свободной поверхности жидкости в сообщающихся сосудах всегда находиться на одинаковом уровне.

 

Рисунок 17 – Гидростатический нивелир

1 – стакан, 2 – шкала, 3 – кран, 4 - шланг

 

 

Рисунок 18 – Схема гидростатического нивелирования

 

Превышение точки А над точкой В будет

h = a – b = (l₂ – c₂) – (l₁ – c₁), или h = (l₂ - l₁ ) – (c₂ – c₁),

где l₂ – l₁ = k – разность высот стаканов,

c₂ – c₁ – разность расстояний от верха стакана до поверхности жидкости.

 

Аэронивелирование производиться с самолета при помощи радиовысотомера и статоскопа, позволяющих определять высоты самолета над земной поверхностью и измерения его высоты в полете. Совместное использование этих данных определяет превышение между точками поверхности земли.

 

Рисунок 19 - Аэронивелирование