сетки нитей и изображения концов цилиндрического уровня, которое проецируется оптической системой в левую часть поля зрения (у нивелиров с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе).
Рис. 5.19. Установка нивелира в рабочее положение
Горизонтирование выполняется приведением пузырька установочного уровня в центр ампулы. Если установочный уровень цилиндрический, то последовательность горизонтирования такая же, как и при горизонтировании теодолита (см. § 44). Если установочный уровень круглый, то для установки нивелира в рабочее положение вращают два
подъемных винта в противоположные стороны (рис. 5.19), выводят пузырек уровня по направлению на третий винт подставки. После этого третьим подъемным винтом приводят пузырек на середину ампулы. Затем установку следует повторить на другом подъемном винте.
Горизонтирование нивелиров, имеющих компенсатор наклона, выполняют аналогично. Высокоточные нивелиры с компенсаторами и нивелиры повышенной точности имеют обычно цилиндрический установочный уровень.
Превышение на станции геометрического нивелирования определяется как разность отсчетов, полученных по рейкам, установленным в определяемых точках (рис. 5.20).
(О нивелировании, геометрическом нивелировании – см. гл. 9). Рассмотрим последовательность определения превышения на станции
(пример записи и обработки результатов нивелирования приведен в табл. 5.5).
1.Установить нивелир в рабочее положение (§ 50).
2.Выполнить наведение зрительной трубы на заднюю точку – рейку А. Для этого получить ее четкое изображение и наводящим винтом переместить это изображение в положение, указанное на рис. 5.20, справа или слева от вертикальной нити сетки нитей, либо непосредственно по центру.
3.Элевационным винтом привести пузырек цилиндрического уровня на середину. При этом изображения концов пузырька должны совместиться.
4.Взять отсчеты по черной (2063) и красной (6748) сторонам рейки А. Отсчет по рейке формируется от младшего к старшему, независимо от
того, видим мы перевернутое или прямое изображение. На рейках с сантиметровыми делениями подписаны дециметровые штрихи: 06, 13, 57 и т.п., значение которых занимают первые две позиции отсчета. Между деци-
129
метровыми штрихами выполнена шашечная разбивка через каждый сантиметр, в связи с чем третьей позиции отсчета соответствует полное число сантиметров между дециметровой оцифровкой и горизонтальной нитью сетки. Четвертая позиция в отсчете – это число миллиметров от последнего полного сантиметрового штриха до горизонтальной нити. Число миллиметров определяют «на глаз». На рис. 5.20 отсчет равен 2063.
5.Ослабить зажимной винт наводящего устройства и выполнить визирование на рейку В (передняя точка).
6.Элевационным винтом привести пузырек цилиндрического уровня на середину и взять черный (0941) и красный (5628) отсчеты.
Рис. 5.20. Измерение превышений нивелиром
На каждой станции контролируют разности красного и черного отсчетов, взятых по соответствующей рейке (контролируют ноль красной пятки). Эти разности не должны отличаться для одной и той же рейки на установленную величину. Для технического нивелирования, например, допускаются колебания красной пятки рейки до 5 мм.
6748 – 2063 = 4685; 5628 – 0941 = 4687.
Если указанные разности в пределах допуска, то вычисляют отдельно по черной и красной сторонам реек превышение передней точки В над задней А по формуле
|
h = Задний отсчет – Передний отсчет |
(5.10) |
В примере
hЧЕРН = 2063 – 0941 = + 1122 (мм), hКРАСН = 6748 – 5628 = + 1120 (мм).
Разность полученных превышений не должна превышать установленной величины. Для технического нивелирования допускается разность черного и красного превышений на станции не более 5 мм.
Если разность полученных превышений в пределах допуска, то вычисляют среднее превышение
130
|
hСР = 0,5 (hЧЕРН + hКРАСН ) |
(5.11) |
Впримере hСР = 0,5 [ (+ 1122 ) + ( + 1120 ) ] = + 1121 (мм).
Вполевом журнале геометрического нивелирования записи отсчетов и превышений должны иметь четыре позиции. Например, превышение (– 76 мм) должно быть записано как (– 0076). Кроме того, у превышений обязательно указывают знак «плюс» или «минус».
Таблица 5.5
|
№ |
№№ |
Отсчеты |
Превышения |
||
|
станции |
точек |
задний |
передний |
черное |
среднее |
|
красное |
|||||
|
1 |
А |
2063 |
0941 |
+ 1122 |
+ 1121 |
|
В |
6748 |
5628 |
+ 1120 |
||
|
4685 |
4687 |
||||
|
2 |
В |
1330 |
1939 |
— 0609 |
— 0610 |
|
С |
6016 |
6627 |
— 0611 |
||
|
4686 |
4688 |
Впримере (табл. 5.5) рассмотрена обработка результатов нивелирования
ина следующей по ходу станции: превышение т. С относительно т. В.
§52. Поверки нивелиров
Внивелирах поверяется выполнение следующих основных условий. Условие 1. Ось установочного круглого уровня должна быть параллельна
вертикальной оси вращения нивелира. Либо, ось установочного цилиндрического уровня должна быть параллельна плоскости горизонта.
Условие 2. Горизонтальная нить сетки нитей должна быть параллельна плоскости горизонта.
Условие 3. Главное условие нивелира. Визирная ось зрительной трубы должна быть горизонтальной.
Условие 1 проверяется перед каждой работой в одной смене, либо перед циклом измерений.
Условие 2 проверяется в тех случаях, когда требуется работа по крайним частям горизонтальной нити (например, при разбивке горизонтальной плоскости). Кроме того, это условие дополнительно проверяется после выполнения поверки по условию 3. В любом случае периодичность поверки этого условия должна быть не реже одного раза в неделю.
Условие 3 проверяется в следующих случаях:
—перед каждым циклом измерений в начале рабочего дня;
—при необходимости измерений при неравных расстояниях от нивелира до реек;
—при обнаружении постоянных значительных расхождениий в превышениях на станциях нивелирования из середины;
—после транспортировки прибора;
131
— после механических ударов по прибору, его падении и др., что было замечено в процессе выполнения работ.
При выполнении поверок нивелир должен быть установлен в рабочее положение (§ 50).
Поверки необходимо выполнять в последовательности указанных выше условий: 1, 2, 3.
Поверка 1. (Выполнение условия 1).
1.Расположить круглый уровень по направлению на один из подъемных винтов подставки и тщательно вывести его пузырек на середину ампулы.
2.Повернуть корпус нивелира на 180о. Если пузырек уровня не вышел при этом за пределы двойного кольца сетки уровня, то условие считают выполненным.
Если отклонение пузырька от середины ампулы больше допустимого, то половину этого отклонения устраняют подъемными винтами подставки (в соответствии с направлением отклонения), а другую половину – юстировочными винтами уровня.
Поверку повторяют на другом винте подставки до тех пор, пока при любом положении корпуса нивелира пузырек уровня будет оставаться в допустимых пределах сетки ампулы.
Поверка установочного цилиндрического уровня выполняется так же, как и установочного уровня теодолита (§ 46 ).
Поверка 2. (Выполнение условия 2).
1.Навести последовательно крайний левый и крайний правый края центральной горизонтальной нити сетки нитей на рейку с миллиметровыми делениями, установленную на расстоянии 4 – 5 м от нивелира, и взять по ней отсчеты. Если отсчеты отличаются, то необходимо ослабить закрепительные винты сетки и провернуть ее до необходимого положения, контролируя по отсчетам на рейке.
Здесь в качестве визирной цели можно использовать и рейку с сантиметровыми делениями, которую следует установить в 20 – 25 м от нивелира.
Поскольку предприятие-изготовитель гарантирует перпендикулярность горизонтальной и вертикальной нитей сетки, то поверку 2 можно выполнить
сиспользованием отвеса, на который следует навести вертикальную нить. Условие 2 выполнено при совпадении вертикальной нити сетки нитей зрительной трубы с ниткой отвеса. В противном случае сетку необходимо довернуть на необходимый угол. Для этого следует снять с сетки нитей защитный колпачок, ослабить соответствующие винты сетки и вручную провернуть сетку до соблюдения необходимого условия. После этого винты сетки последовательно в несколько приемов закрутить.
После юстировки сетки поверку следует повторить (целесообразно другим способом).
Поверка 3. (Поверка выполнения главного условия нивелира).
Визирная ось зрительной трубы нивелира должна быть параллельна оси цилиндрического уровня.
132
Эта поверка является весьма ответственной. Она должна выполняться с большой частотой, поскольку нарушение главного условия происходит даже при сравнительно незначительных механических воздействиях, а также и при воздействии внешней температуры. Особенно это важно при выполнении высокоточных, точных и специальных работ повышенной точности, которые требуют выполнения данной поверки в начале каждого рабочего дня, а при необходимости и в течение рабочего дня.
Нивелир с уровнем при зрительной трубе
1.Выбрать на местности на расстоянии 70 – 80 м друг от друга две точки
Аи В и закрепить их деревянными колышками с гвоздями в их верхней части, либо металлическими штырями со сферической головкой, либо установить в этих точках специальные нивелирные башмаки.
2.Установить нивелир посредине (рис. 5.21, станция 1) между точками так, чтобы расстояния до них были одинаковыми (с разностью плеч не более 1 м). При поверке высокоточных и точных нивелиров целесообразно разность плеч выдерживать не более 0,2 м. Это можно выполнить промером рулеткой или использовать для этого нитяный дальномер зрительной трубы нивелира. Число сантиметров между дальномерными нитями сетки нитей по рейке, установленной в точке А или В и видимой в зрительную трубу, соответствует числу метров от нивелира до рейки.
Рис. 5.21. Поверка выполнения главного условия нивелира
3. Определить превышение hВо т. В над точкой А по двум сторонам реек при двух горизонтах прибора.
133
Для изменения горизонта прибора (высоты визирного луча над поверхностью земли) необходимо нивелир переставить на том же месте с изменением его высоты примерно на 10 см и снова установить его в рабочее положение.
Полученное превышение равно среднему превышению, определенному из двух горизонтов прибора.
4.Переместиться с нивелиром к точке А и установить его за ней (в 3 – 4
мот нее) примерно в створе на т. В (станция 2). Определить превышение hВ т. В над т. А при двух горизонтах прибора.
5.Сравнить полученные превышения. Превышение hВо, полученное при нивелировании из середины (см. гл. 9), считается точным, не содержащим погрешностей. Если же ось цилиндрического уровня будет не параллельна
визирной оси зрительной трубы нивелира, то в превышение hB будет входить погрешность из-за невыполнения главного условия (Δh = hB – hBo).
Угол i между осью цилиндрического уровня и визирной осью зрительной трубы определится по формуле
|
i = |
h |
ρ |
, |
(5.12) |
|
|
l |
|||||
где l – расстояние от нивелира до рейки В; ρ= 206265″.
Если значение угла i допустимо, то главное условие нивелира считают выполненным. Для технических нивелиров i < 45″, для точных – i < 15″, для высокоточных – i < 10″.
Зная величину l, можно определить допустимое отклонение h в превышениях, полученных на станциях 1 и 2:
|
h = ilρ . |
15′′ ×75000 мм |
(5.13) |
|
Например, для точного нивелира, при l = 75 м , |
= 6 мм. |
|
|
20626 5′′ |
h = 4 мм, для |
|
|
При тех же условиях поверки для высокоточного нивелира |
технического h = 17 мм.
Если полученное значение i (или h) превышает допустимое, то выполняют юстировку.
6. Вычисляют правильный отсчет на т. В по черной стороне рейки, соответствующий горизонтальному положению визирной оси зрительной трубы на последнем горизонте прибора,
|
bПР = аА(ЧЕРН. Ст. 2) — hBo |
(5.14) |
7.Элевационным винтом устанавливают по рейке В правильный отсчет
bПР. В это время пузырек цилиндрического уровня уйдет из среднего положения.
8.Юстировочными винтами цилиндрического уровня зрительной трубы привести его пузырек на середину (по изображению его концов в поле зрения трубы). Для этого немного ослабить боковые винты хвостовика уровня и вращением в противоположные стороны вертикальных юстировочных винтов перемещать хвостовик. Необходимо следить за тем, чтобы хвостовик уровня был после каждого шага его подвижки зажат вертикальными
134
Геометрическое нивелирование
Рельеф местности — это совокупность неровностей поверхности земли, он является одной из важнейших характеристик местности. Знать рельеф — значит знать высоты всех точек местности. Высоту точки на местности определяют по превышению этой точки относительно другой точки, высота которой известна. Процесс измерения превышения одной точки относительно другой называется нивелированием.
Начальной точкой счета высот в нашей стране является нуль Кронштадтского футштока. От этого нуля идут ходы нивелирования, пункты которых имеют Балтийской системе высот. Затем от этих пунктов с известными высотами прокладывают новые нивелирные ходы и так далее, пока не получится довольно густая сеть, каждая точка которой имеет известную высоту. Эта сеть называется государственной сетью нивелирования; она покрывает всю территорию страны. Иногда высоты точек определяют в условной системе высот, если поблизости нет пунктов государственной нивелирной сети.
Вследствие того, что измерение превышений выполняют различными приборами и разными способами, различают следующие нивелирования:
- геометрическое;
- тригонометрическое;
- барометрическое;
- гидростатическое.
Геометрическое нивелирование – это метод определения превышения с помощью горизонтального визирного луча и нивелирных реек (рис. 1). Для получения горизонтального луча используют прибор, который называется нивелиром. Геометрическое нивелирование широко применяется в геодезии и строительстве.
Рис. 1. Способы геометрического нивелирования: а – способ «из середины»; б – способ «вперед»
Сущность геометрического нивелирования заключается в следующем. Нивелир устанавливается горизонтально и по рейкам с делениями, стоящими на точках А и В, определяют превышение h как разность между отрезками а и b: h = а – b. Длины отрезков а и b в геодезии называют отсчетами, а иногда – «взглядом».
Горизонтальный визирный луч создает специальный геодезический прибор – нивелир, устанавливаемый между точками А и В. На точках А и В местности отвесно устанавливают нивелирные рейки с нанесенными на них делениями.
Для геометрического нивелирования могут быть использованы кроме нивелира и другие геодезические приборы (теодолиты, тахеометры и т. д.), если придать их визирным осям строго горизонтальное положение. Различают способы геометрического нивелирования «из середины» и «вперед» (рис. 1, а, 6).
Геометрическое нивелирование «из середины» осуществляют следующим образом. Для определения превышения h между точками А и В (рис. 1, а) в этих точках отвесно устанавливают рейки и берут отсчеты а («взгляд назад») на точку А и b («взгляд вперед») на точку В. Как следует из рис. 1, а, превышение между точками А и В равно:
h = a – b
Если превышение h оказалось положительным, то это означает, что передняя точка В расположена выше задней точки А и, наоборот, при отрицательном значении превышения h передняя точка расположена ниже задней.
Таким образом, превышение передней точки над задней равно разности отсчетов «взгляд назад» минус «взгляд вперед».
Если известна высота На задней точки А, то вычислив превышение, легко определить высоту Нb передней точки В по формуле:
Hb = Ha + h
То есть высота передней точки равна высоте задней плюс соответствующее превышение. Высота последующей точки может быть также определена через горизонт инструмента прибора Hi (рис. 1, а):
Hi = Ha + a
Горизонт прибора равен высоте точки плюс «взгляд на эту точку». Тогда высоту передней точки В легко определить по формуле:
Hb = Hi – b
Высота точки равна горизонту инструмента минус «взгляд на эту точку».
Способ нивелирования «из середины» является основным при производстве инженерных работ, поскольку практически не сказывается на результатах нивелирования точность юстировки прибора, а также влияние кривизны Земли и рефракции земной атмосферы. При геометрическом нивелировании способом «вперед» прибор устанавливают таким образом, чтобы окуляр его трубы находился над точкой А (рис. 1, 6). Вертикальное расстояние от центра окуляра до точки А называют высотой прибора i. Высоту прибора обычно измеряют с помощью вертикально установленной рейки.
Если в точке В установить рейку и взять на нее отсчет «взгляд вперед» b, то превышение между точками А и В определится:
h = i – b
На результаты нивелирования способом «вперед» существенное влияние оказывает точность юстировки прибора, а также влияние кривизны Земли и рефракции земной атмосферы. Поэтому геометрическое нивелирование способом «вперед» используют, как правило, при поверках и юстировках нивелиров перед началом полевых работ.
Нивелирование с одной стоянки прибора (станции) называют простым. Если требуется определить превышения или высоты для многих точек на значительном протяжении, то нивелирование осуществляют с нескольких станций, т. е. прокладывают нивелирный ход. Такое нивелирование называют сложным.
В процессе сложного нивелирования точки, общие для двух смежных станций, называют связующими, а остальные – промежуточными (рис. 2).
Рис. 2. Схема нивелирного хода: точки связующие (Рп, ПК1, +28, ПК3, +31,+72, ПК5); точки промежуточные (+41, ПК2, ПК4); а – продольный план.
При сложном нивелировании особое внимание уделяют связующим точкам, так как ошибка, допущенная в определении высоты одной из связующих точек, передается на все последующие.
При изысканиях автомобильных дорог, мостовых переходов, каналов и других линейных инженерных сооружений нивелирование ведут вдоль трассы сооружений, с определением высот переломных и характерных точек местности, с последующим составлением продольного профиля по оси будущего сооружения. Такое нивелирование называют продольным.
В характерных местах производят определение высот точек местности по перпендикулярам к трассе. Такое нивелирование называют поперечным. Необходимо иметь в виду, что поперечное геометрическое нивелирование производят обычно при небольшом перепаде высот между крайними точками поперечников, когда каждый поперечник может быть снят с 1-2 станций.
Классификация и устройство нивелиров
В соответствии с ГОСТ Р 53340-2009 нивелиры классифицируют по нескольким признакам.
По принципу приведения визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение существует нивелиры с уровнем при зрительной трубы нивелиры с компенсаторами.
В приборах с уровнем перед каждым отсчетом по рейке пузырек цилиндрического уровня выводится на середину элевационным винтом. Таким нивелиром является, например, нивелир Н-3. Его устройство показано на рис. 3.
Рис. 3. Устройство нивелира с уровнем при трубе:
1 — зрительная труба; 2 — фокусирующий винт зрительной трубы;
3, 4 — закрепительный и наводящий винты; 5 — круглый уровень;
6 — исправительные винты круглого уровня; 7 — подъемные винты; 8 — подставка;
9 — элевационный винт; 10 — окуляр с диоптрийным кольцом для фокусировки трубы по глазу;
11 — исправительные винты цилиндрического уровня;12 — цилиндрический уровень
Вращая элевационный винт 9 (рис. 3), изменяющий наклон трубы 1 и цилиндрического уровня 12, приводят ось уровня в горизонтальное положение. Ось уровня горизонтальна, если его пузырек находится в нуль-пункте, на что указывает совмещение концов изображений половинок уровня в поле зрения трубы (рис. 4).
Рис. 4. Поле зрения зрительной трубы нивелира: отсчет по рейке равен 1449 мм
У нивелиров с компенсаторами визирная ось зрительной трубы автоматически приводится в горизонтальное положение с помощью специального устройства, называемого компенсатором. Компенсатор действует в пределах определенного диапазона, обычно 12-15´, поэтому предварительно прибор должен быть приведен в рабочее положение по круглому установочному уровню. Компенсаторы делят на две группы: оптико- механические и жидкостные.
Оптико-механические (маятниковые) компенсаторы используют свойство маятника занимать отвесное положение при наклоне прибора. На маятнике крепится оптическая деталь зрительной трубы (призма, зеркало), которая при наклоне прибора приводит визирную ось в горизонтальное положение. Для гашения колебаний маятника нивелир снабжают демпфером. По конструкции демпферы бывают воздушные или магнитные. Более надежны ми в эксплуатации считаются магнитные демпферы, они обеспечивает более высокую стабильность результатов измерений.
В жидкостных компенсаторах компенсирующим элементом является слой жидкости, поверхность которой при наклоне прибора всегда принимает горизонтальное положение, образуя со стеклянным дном ампулы оптический клин с углом, при вершине равным углу наклона прибора.
Нивелиром с компенсатором является, например, нивелир SETL AT24D. Его устройство показано на рис. 5.
Рис. 5. Устройство нивелира с компенсатором:
1 — зрительная труба; 2 — круглый уровень;
3 — исправительные винты круглого уровня; 4 — наводящий винт;
5 — подъемные винты; 6 — подставка; 7 — кремальера;
8 — визир; 9 — крышка окуляра; 10 — окуляр;
11 — горизонтальный лимб
По точности, в зависимости от величины средней квадратической погрешности (СКП) измерения превышения на 1 км двойного хода, нивелиры делят на высокоточные, точные и технические.
По способу отсчитывания по рейке нивелиры делятся на визуальные и цифровые. Нивелиры с цифровым отсчетом в своей конструкции содержат электронно-цифровой датчик, позволяющей автоматически считывать положение визирной линии по специальной штрих-кодовой рейке, а также регистрировать, хранить и обрабатывать информацию.
Цифровые (электронные) нивелиры являются многофункциональными геодезическими приборами, совмещающими функции оптического нивелира, электронного запоминающего устройства и встроенного программного обеспечения для обработки полученных результатов. К таким нивелирам относится, например, точный нивелир SDL50 (рис. 6).
Рис. 6. Цифровой нивелир SDL50
Основные требования к нивелирным рейкам
Нивелирные рейки используют для определения превышений точек местности относительно плоскости нивелирования. В зависимости от класса и точности нивелирования применяются различные типы реек.
Условное обозначение отечественных нивелирных реек, применяемых для оптических нивелиров, состоит из буквенного обозначения, цифрового обозначения группы нивелиров, для которой она предназначена (для высокоточных нивелиров 05, точных — 3, технических — 10), номинальной длины рейки и обозначения стандарта. В обозначении складных реек или реек с прямым изображением оцифровки шкал после указания номинальной длины добавляют соответственно буквы С и (или) П.
Рейки для цифровых нивелиров имеют RAB- или BAR-код, по которому с помощью цифрового нивелира снимают отсчет и определяют расстояние до рейки. Рейки для цифровых нивелиров могут быть односторонними или двухсторонними (с дополнительной сантиметровой или E-градуировкой, позволяющей снимать отсчеты с помощью оптического нивелира). Нивелирные рейки могут также использоваться для установки детектора лазерного луча на заданной высоте при работе с лазерными нивелирами (построителями плоскостей).
По конструкции нивелирные рейки могут быть цельными, складными или телескопическими.
Цельными и складными являются, как правило, деревянные рейки. Для их изготовления используют деревянные бруски двутаврового сечения из выдержанной древесины хвойных пород. На нижнюю часть рейки крепится металлическая пластина, называемая пяткой рейки. На одной из сторон реек деления нанесены черным цветом, на другой — красной. На рис. 7 представлены разные виды реек.
Рис. 7. Рейки нивелирные
Рейки телескопической конструкции имеют компактные размеры (в сложенном состоянии), малый вес и очень удобны в использовании с различными оптическими нивелирами. Телескопические рейки обычно изготавливаются из алюминиевого сплава или фибергласса.
Оформление полевых журналов
После получения задания инженеры оформляют обложки журналов и необходимые чертежи, обертывают журнал плотной бумагой и на лицевой стороне пишут номер журнала, свою фамилию. Затем нумеруют листы и оформляют титульный лист, данные о нивелирах и рейках.
Записи в журналах делают вычислительным шрифтом, простым карандашом или шариковой ручкой черного или синего цвета.
Запрещается пользоваться химическими и цветными карандашами.
Ну что понравилась вам статья? Теперь вы знаете, что такое геометрическое нивелирование. Если у вас есть вопросы или нужна консультация пишите сюда.
Подписывайтесь на наш youtube канал, где мы постоянно выкладываем образовательные видео о чертежах, технологиях, 3D.
Виды нивелирования в геодезии
Выполним работы по геодезическому нивелированию на Вашем земельном участке в сжатые сроки, по ценам ниже, чем у конкурентов.
Нивелирование — это один из видов геодезических работ, при выполнении которых определяется вертикальное расстояние между двумя или более точками. Одна из данных точек или поперечных плоскостей, уровень моря, либо другие условные системы отсчёта, является базисом, остальные отметки — относительными высотными координатами.
Какие виды нивелирования бывают в геодезии?
На практике в геодезии применяются несколько видов нивелирования, каждый из которых имеет свои отличительные особенности, пределы точности измерений, технику выполнения работ, а также преимущества и недостатки. Ниже описываются данные виды нивелирования в геодезии.
Геометрическое нивелирование
Геометрическое нивелирование – самые простой способ определения превышений и высотных отметок в геодезии. Методика заключается в том, что оптический, либо лазерный нивелир устанавливается в стационарное положение, а ось его окуляра приводится в горизонтальное состояние. На точку отметки устанавливается высотная рейка с градуированной шкалой, низ которой упирается в землю или другую поверхность.
Определение высотного превышения определяется, как разница отметок между плоскостью установки прибора и отметки на рейке, куда показывает оптический окуляр, либо лазерный луч.
Барометрическое нивелирование
Барометрическое нивелирование – способ, который применяется уже несколько столетий. За эталонные показатели принимается величина давления воздуха у поверхности моря, либо в другой точке отчёта, которая служит началом высотных координат.
При понижении отметки, давление воздуха падает, при подъёме, повышается. Разница показателей даёт возможность подставить идентифицированные эмпирическим способом параметры в барометрическую формулу, что показывает точный результат. Современные барометрические нивелиры производят сложные вычисления в автоматическом режиме, и пользователь считывает показатели с экрана устройства.
Тригонометрическое нивелирование
Тригонометрическое нивелирование – также простой способ определения высотных отметок на вертикальном створе и разницы между ними. При использовании данной методики, определяется расстояние между горизонтальной проекцией точки отсчёта и местом установки оборудования. Вторым этапом, окуляр прибора поднимается таким образом, чтобы быть на одной оси с высотной отметкой, и между двумя прямыми линиями – прилегающим катетом и гипотенузой замеряется угол визирования.
На финальном этапе, геодезист, принимая во внимании теорему синусов или косинусов, находит противоположный катет, или превышение между двумя высотными отметками.
Гидростатическое нивелирование
При определении высотных отметок методом гидростатического нивелирования, применяется специальный водяной уровень, состоящий из двух колб и шланга между ними. Пространство прибора заполняется водой, после чего шланг протягивается на одной высотной отметке – плоскости, принятой за точку отсчёта. По мере перемещения одной из колб вдоль вертикальной оси, уровень жидкости остаётся на том же месте, но он меняется относительно шкалы на резервуаре.
Методика отлично подходит для определения небольшой разницы в высотных отметках, случае, если замеряемые точки располагаются на близких расстояниях (не более длины прибора).
Стереофотограмметрическое нивелирование
Стереофотограмметрическое нивелирование – это сложный способ определения координат высотных отметок на местности, а также превышений между точками, расположенными на единой вертикальной оси. Для использования данной методики потребуется связь со спутниками, которые делают аэрокосмические снимки, а также аппарат, встроенный в теодолит. После синхронизации прибора, создаётся стереопара между разными отметками, что даёт возможность с точностью до десятых долей миллиметра вычислить данные и координаты.
Методика часто применяется для создания планов протяжённых местностей, а также карт и атласов, в том числе для военных и других стратегических нужд.
Механическое нивелирование
Один из наиболее действенных способов определения высотных координат на труднодоступной местности, а также в зонах с большими перепадами рельефа. Для механического нивелирования используется специальный нивелир-автомат – прибор, в основе конструкции которого лежит электронный высокоточный отвес с датчиками, замеряющий высотную отметку положения оборудования, а также фрикционный диск, обеспечивающий точное определение расстояния между соседними точками.
Данный прибор работает в динамике, и, по мере изменения координат на плоскости, нивелир автоматически выстраивает профиль земной поверхности в рамках участка. Считывание показателей производится через электронный графический файл в CAD формате, что позволяет быстро найти превышения и высотные отметки каждой из точек в любом месте территории.
Радиолокационное нивелирование
Радиолокационное нивелирование считается самым точным и методом определения высотных отметок между двумя соседними точками. Прибор оснащается GPS модулем и связью со спутником. Суть методики заключается в том, что окуляр нивелира последовательно направляется на точку отсчёта и высотную отметку. Со спутника автоматически определяются абсолютные трёхмерные координаты каждой из точек, после чего превышение находится через их разницу, согласно простой формуле.
В нашей компании геодезисты располагают радиолокационным оборудованием, что даёт возможность определить высотные отметки с предельной точностью, исключая ошибки.
Основные способы нивелирования поверхности
В зависимости от условий местности, расстояния между высотными отметками и другими факторами, существует 4 способа нивелирования поверхности или определения высотных отметок на возводимом объекте капитального строительства:
- Нивелирование из середины. Способ применятся для земельных участков со значительным перепадом рельефа. Геодезическое оборудование устанавливается в створе между двумя точками, приблизительно на середине промежуточной высотной отметки между ними. Сначала определяется положение нивелира, после чего окуляры последовательно направляется на нижнюю и на верхнюю точки, а разница между отметками – расстояние между ними вдоль вертикальной оси.
- Нивелирование вперед. В данном случае, нивелир, вне зависимости от его конструкции и уровня точности устанавливается за точкой, для которой определяются высотные координаты. Отчётной системой координат принимается место установки нивелира.
- Нивелирование по квадратам. Удобный способ работы с высотными отметками в большом количестве, на местности с незначительным перепадом рельефа. Методика часто применяется для точного расчёта объёма земляных масс, при определении количества грунта из выемок с использованием его в качестве насыпи с целью соблюдения баланса. На исследуемом участке разбивается местная геодезическая сетка, одна из точек на месте пресечения ортогональных осей принимается за эталон, а остальные – с относительным превышением, по сравнению с ней.
- Боковое нивелирование. Удобная методика для разбивки главных и вспомогательных осей здания, контроля отклонений вертикальных несущих конструкций каркаса сооружения, определения большого количества высотных отметок на местности и переносе геодезической сети. В данном случае, определяется положение сразу нескольких высотных отметок, когда геодезический прибор расположен в стороне, но в поле видимости каждой из них.
Геодезисты нашей компании владеют всеми перечисленными методиками нивелирования местности и применяют любую из них, зависимости от обстоятельств, при выезде на объект к заказчику.
Устройства для нивелирования
Нивелирование в геодезических изысканиях осуществляется с применением приборов разного конструктивного исполнения, принципа работы и степени точности. Ниже приводится подобное описание каждого из данных видов геодезического оборудования с указанием их особенностей.
Оптические нивелиры
Самые простые и дешёвые нивелиры, которые используются студентами, а также владельцами дачных участков, как бытовое оборудование. Оптический прибор состоит из окуляра с многократным увеличением, станины, прицела, рихтовочных винтов и треноги-штатива. Нивелир устанавливается на горизонтальную плоскость, фиксируется остриями треноги в грунте, после чего геодезист выставляет точное положение окуляра рихтованными винтами по уровню.
При визировании точки в окуляре, необходимо обеспечить попадание в прицел прибора отметки на нивелирной рейке, удерживаемой вторым производителем геодезических работ. Когда горизонтальный окуляр попадает в нужную отметку, прибор поднимается под наклоном с помощью специального регулировочного винта. Второе положение линии визирования на рейке позволяет определить дирекционный угол визирования и превышение, путём разности между высотными отметками.
Цифровые нивелиры
Современные цифровые нивелиры позволяют быстро определить отметки каждой из точек, а также расстояние между ними. Внутри прибора имеется программное обеспечение, а также LCD дисплей, на котором выводится запрашиваемая геодезистом информация. При нахождении координатных отметок данной точки, геодезист нажимает на клавишу запоминания данных параметров, после чего переносит окуляр на следующую отметку. Прибор работает в полуавтоматическом режиме, практически исключает ошибки.
Лазерные нивелиры
Данные нивелиры относятся к среднему классу точности, а их принцип работы мало чем отличается от оптических приборов. При выставлении окуляра нивелира на горизонтальной оси, лазерный луч направляется в точку, а помощник геодезиста принимает его при помощи специального зеркального ресивера. Когда связь между передатчиком лазерного луча и принимающим устройством обнаружена, на приборе фиксируется высотная отметка, принимаемая за эталон.
Операция повторяется для всех высотных отметок и точек, которые являются относительными, по сравнению с эталонными координатами. Расстояние вдоль вертикальной плоскости вычисляется по формуле разницы отметок точек.
Как нивелиры классифицируются по точности?
Современные нивелиры классифицируются по степени точности. Каждый из данных приборов имеет один из классов точности, согласно паспорту качества:
- Первый класс. Высокоточные приборы – погрешность измерения высотных отметок и превышений составляет не более 0,5 мм на каждый 1 километр расстояния.
- Второй класс. Нивелиры повышенной точности – до 1 мм на 1 км нивелирного хода.
- Третий класс. Называются точными – до 3 мм на 1 км хода.
- Четвёртый класс. Технические, или бытовые нивелиры, с погрешностью до 10 мм на каждый 1 км хода.
При оказании услуг по нивелированию местности в нашей компании, геодезисты используют только приборы первого и второго классов точности, что исключает ошибку, вне зависимости от сложности и категории объекта.
Таблица: Классы нивелирования
|
Угол нивелирования |
Класс точности нивелира |
||||
|
I |
II |
III |
IV |
||
|
Типы нивелиров |
H-05, PH-05 |
H-3, PH-3 |
|||
|
Количество станций хода, ед. |
2 |
3 |
5 |
8 |
|
|
Визирный луч |
Длина, м (не более) |
25 |
40 |
50 |
100 |
|
Превышение, м (не более) |
1,0 |
0,8 |
0,5 |
0,3 |
|
|
Неравенство плеч, м (не более) |
0,2 |
0,4 |
1,0 |
3,0 |
|
|
Накопление неравенств, м (при замкнутом ходе) |
1,0 |
2,0 |
5,0 |
10,0 |
|
|
Допустимая невязка в замкнутом ходе при числе станций n, м |
+/-0,15√n |
+/-0,5√n |
+/-1,5√n |
+/-5,0√n |
Обновлено: 28.05.2023
Нивелирование- метод определение превышения, т.е. разности высот между двумя или более точками поверхности.
Способы нивелирования
Геометрическое нивелирование
Такое нивелирование производится с помощью нивелира и вертикальной рейки, т.е. горизонтальным лучом визирования. Это самый популярный метод нивелирования, так как является самым простым и универсальным. С помощью него создана государственная нивелирная сеть и высотные сети различного значения. Ограничен высотой рейки, поэтому неудобен для использования в горной местности. Существует 2 метода нивелирования «из середины» и «вперед». Более удобным и точным считается первый способ, так как нет необходимости определять высоту прибора.
Точность однократного измерения такого метода нивелирования составляет:
При техническом нивелировании от 1-2 мм, до 0,1 мм при нивелировании I класса.
Тригонометрическое нивелирование
В основе способа лежит линейно-угловая засечка. Для измерений используются угломерные приборы, такие как теодолит и тахеометр. Превышение определяют с помощью измерения угла наклона и расстояния. Такой метод нашел широкое применение в строительстве, используется для создания картограммы земляных работ, при топографических съемках и др. Точность измерений до 3 мм, но может быть ограничена в горной местности из-за преломления отвесных линий.
Барометрическое нивелирование
Прибором для измерения служит барометр. Измерения происходят за счет определения разности атмосферного давления на различных высотах. Для определения превышения в точке с известной высотой измеряют температуру и атмосферное давление, тоже самое делают в искомой точке. По разности показателей определяют высоту. Метод используют геологи и геофизики в труднодоступных местах. Невысокая точность измерений (не более 0,5м) не позволяет использовать метод в строительстве.
Гидростатическое нивелирование
Для измерений используют свойства жидкости в сообщающихся сосудах. Жидкость всегда находится на одном уровне в них, вне зависимости от высоты. Высокая точность измерений (0,1 мм) позволяет использовать гидростатические нивелиры в строительных работах, при наблюдении за деформациями сооружений и т.д. Возможно использование на расстоянии, ограниченном длиной трубок, соединяющих сосуды.
Радиолокационное нивелирование
Производится с помощью установленных на воздушных и водных суднах эхолотов и высотомеров. С их помощью автоматически определяется профиль пройденного пути.
Спутниковое нивелирование
Для проведения используются GNSS-приемники. Превышения определяются с помощью измерений аппаратурой, использующей спутниковые системы ГЛОНАСС, GPS, BeiDou, Galileo, QZSS, SBAS и т.д. Точность определения превышений статическим методом может достигать первых миллиметров. Может применяться для создания сетей сгущения, топографических съемок и других видов работ.
Классы нивелирования
Нивелирная сеть — сеть точек земной поверхности, высота которых определена над уровнем моря. Также называется высотная опорная геодезическая сеть. Точки, определенные геометрическим нивелированием, закрепляют на местности марками или реперами. Нивелирная сеть служит основой для топографических съемок.
В России для определения высот используется государственная нивелирная сеть I, II, III и IV классов. Она предназначена для обозначения единой высоты на территории всей страны, используется для инженерно-геодезических и топографических работ. Нивелирная сеть I и II классов является главной высотной основой Российской Федерации. Для создания этих сетей используются специальные программы и самое современное геодезическое оборудование. Помимо определения единой системы высот так же выполняет задачи по изучению поверхности Земли и гравитационного поля, движения земной коры и т.д. Сеть I класса является наиболее точной и служит исходной для сетей следующего класса.
Класс нивелирования зависит от размера максимально допустимой погрешности. Чем выше точность измерений, тем строже допуск. Таким образом, I и II класс относят к высокоточному нивелированию, а III и IV класса — к точному.
Помимо государственной нивелирной сети нивелирование с точностью II, III и IV класса применяется при геодезическом сопровождении строительства и эксплуатации сооружений, железнодорожных работах.
В работах где не так важна высокая точность допустимо применение технического нивелирования, точность такого нивелирования 50мм√L.Например, на изыскательных работах при строительстве дорог или для определения высот при строительстве. Для осуществления технического нивелирования допустимо использование точных или технических нивелиров, а также нивелирных реек шашечного типа.
Инструменты для проведения нивелирования
В зависимости от выбранного метода нивелирования и поставленных задач необходимо выбрать оборудование. Это могут быть оптические, цифровые и лазерные нивелиры, тахеометры, теодолиты. Для достижения максимальной точности оборудование должно быть высокого качества и от проверенных производителей. Инженеры компании «Геодезия и Строительство» помогут выбрать среди разнообразия инструментов, а также проведут обучение при необходимости.
Уклономназывается превышение, которое приходится на единицу горизонтального расстояния.
Вычисляется по формуле i= ∆h/L. Уклон может выражаться в метрах, в процентах %, в промилях ‰ или в градусах.
Для нахождения уклона в %, надо тангенс уклона в метрах умножить на 100.
Для нахождения уклона в ‰, надо тангенс уклона в метрах умножить на 1000.
Чтобы выразить уклон в градусах, надо тангенс в метрах найти по таблице Брадиса в градусах и минутах.
На топографической карте уклон в градусах можно измерить по графику заложений внизу карты.
Превышение –разница высот между двумя точками.
Превышение можно найти несколькими методами.
1). Геометрическим нивелированием с помощью горизонтального луча нивелира и нивелирной рейки.
2). Тригонометрическим нивелированием по измеренному теодолитом вертикальному углу наклона между точками и расстоянию между ними по формуле ∆h = L* tg γ * (b-J). Где: b – высота теодолита, J – высота рейки или вешки на точке, L – расстояние между точками в метрах, tg γ – вертикальный угол.
3). Физическим нивелированием при помощи барометра (измеряя атмосферное давление), при помощи радиолокатора. Физические методы менее точны.
Вопрос № 15.
Ориентирование направлений. Начальные направления.
Ориентированием линии называется определение направления на местности относительно принятого начального направления.
За начальноенаправление в геодезии принимается северное направление меридиана. Начальным меридианом может быть астрономический, магнитный или осевой меридиан. Для ориентирования линий на местности служат азимуты, дирекционные углы и румбы.
Азимут, это угол, который отсчитывается от северного направления меридиана.
Если угол отсчитывается от астрономического меридиана, то он называется истинным азимутом.
Если угол отсчитывается от магнитного меридиана, то он называется магнитным азимутом.
Если угол отсчитывается от осевого меридиана, то он называется дирекционным углом. Азимуты и дирекционные углы могут изменяться от 0º до 360º.
Румбслужит для большего удобства при ориентировании. Он может изменяться от 0º до 90º. За начальное направление для него принимается либо северное направление меридиана, либо южное (в зависимости от четверти). В 1 и 4 четвертях румб отсчитывается от северного направления меридиана, а во 2 и в 3 четвертях румб отсчитывается от южного направления меридиана.
Уклономназывается превышение, которое приходится на единицу горизонтального расстояния.
Вычисляется по формуле i= ∆h/L. Уклон может выражаться в метрах, в процентах %, в промилях ‰ или в градусах.
Для нахождения уклона в %, надо тангенс уклона в метрах умножить на 100.
Для нахождения уклона в ‰, надо тангенс уклона в метрах умножить на 1000.
Чтобы выразить уклон в градусах, надо тангенс в метрах найти по таблице Брадиса в градусах и минутах.
На топографической карте уклон в градусах можно измерить по графику заложений внизу карты.
Превышение –разница высот между двумя точками.
Превышение можно найти несколькими методами.
1). Геометрическим нивелированием с помощью горизонтального луча нивелира и нивелирной рейки.
2). Тригонометрическим нивелированием по измеренному теодолитом вертикальному углу наклона между точками и расстоянию между ними по формуле ∆h = L* tg γ * (b-J). Где: b – высота теодолита, J – высота рейки или вешки на точке, L – расстояние между точками в метрах, tg γ – вертикальный угол.
3). Физическим нивелированием при помощи барометра (измеряя атмосферное давление), при помощи радиолокатора. Физические методы менее точны.
Вопрос № 15.
Ориентирование направлений. Начальные направления.
Ориентированием линии называется определение направления на местности относительно принятого начального направления.
За начальноенаправление в геодезии принимается северное направление меридиана. Начальным меридианом может быть астрономический, магнитный или осевой меридиан. Для ориентирования линий на местности служат азимуты, дирекционные углы и румбы.
Азимут, это угол, который отсчитывается от северного направления меридиана.
Если угол отсчитывается от астрономического меридиана, то он называется истинным азимутом.
Если угол отсчитывается от магнитного меридиана, то он называется магнитным азимутом.
Если угол отсчитывается от осевого меридиана, то он называется дирекционным углом. Азимуты и дирекционные углы могут изменяться от 0º до 360º.
Румбслужит для большего удобства при ориентировании. Он может изменяться от 0º до 90º. За начальное направление для него принимается либо северное направление меридиана, либо южное (в зависимости от четверти). В 1 и 4 четвертях румб отсчитывается от северного направления меридиана, а во 2 и в 3 четвертях румб отсчитывается от южного направления меридиана.
Профиль — Вертикальное сечение, разрез какого-либо участка земной поверхности, земной коры, гидросферы или атмосферы по заданной линии.
Пикет — Точка на местности (обозначенная знаком), служащая ориентиром для установки рейки при нивелировании и для закрепления трассы на местности. Закрепляет заданный интервал.
План — 1) Чертеж, изображающий в условных знаках на плоскости (в масштабе 1:10 000 и крупнее) часть земной поверхности (топографический план) и построенный без учета кривизны Земли. 2) Горизонтальный разрез или вид сверху какого-либо сооружения или предмета. 3) То же, что горизонтальная проекция.
Пятка рейки — Основание рейки, предназначенное для установки ее на репер, башмак или костыль.
Палетка — Прозрачная пластинка с нанесенной на нее сеткой линий (реже — точек), предназначенная для вычисления площадей на планах и картах, отсчета координат и т. д.
Планшет — 1) Часть мензулы, квадратная деревянная доска (размер стороны от 40 до 70 см), на которую наклеивается чертежная бумага. 2) Дощечка или папка, на которой укрепляются компас и бумага при глазомерной съемке.
Параллель — Линия сечения поверхности земного шара плоскостью, параллельной плоскости экватора. Все точки этой линии имеют одинаковую широту.
Проектный уклон — Тангенс угла наклона проектной линии или плоскости.
Привязка геодезическая — Интеграция (объединение) новых геодезических данных с ранее созданными.
Проектная линия — Линия, определяющая положение сооружений в плане и по высоте.
Пространственные данные — Цифровые данные о пространственных объектах, включающие сведения об их местоположении, форме и свойствах, представленные в координатно–временной системе.
Параллакс — Видимое изменение положение предмета (тела) вследствие перемещения глаза наблюдателя.
Пеленг — Угол между направлением на наблюдаемый объект и одной из основных плоскостей, принятых за начало отсчета угловых координат. В морской и воздушной навигации обычно то же, что азимут.
Полигонометрический пункт — Геодезический пункт, координаты которого определены методом полигонометрии, а положение на местности обозначено металлическими столбами или бетонными монолитами.
Первый вертикал — Плоскость перпендикулярная к меридиану.
Полигонометрия — Метод построения геодезической сети в форме ломаной линии, в которой измеряют все стороны и углы.
Постобработка (спутниковых наблюдений) — Окончательная обработка данных в камеральных условиях с целью получения координат пунктов.
Планиметр — Механическое или электронное устройство для измерения площадей объектов по планам и картам.
Прямая геодезическая задача — Вычисление геодезических координат — широты и долготы некоторой точки, лежащей на земном эллипсоиде, по координатам другой точки и по известным длине и дирекционному углу данного направления, соединяющей эти точки.
Полевое трассирование — Перенос запроектированной трассы на местность с уточнением ее изменения и закрепление в натуре.
Пантометр — Угломерный геодезический инструмент, применявшийся при съемке лесов и торфяных болот.
Плоскогорье — Обширный участок земной поверхности, представляющий собой горную равнину, характеризующуюся значительным эрозионным расчленением.
Произвольные проекции — Картографические проекции, искажающие углы и площади. Выделяются равнопромежуточные, сохраняющие масштаб длин по одному из направлений (например, по меридианам или параллелям), и ортодромические, в которых большие круги шара (ортодромы) изображаются прямыми. Применяются для карт мира.
Прямоугольные координаты — Система плоских координат образованная двумя взаимноперпендикулярными прямыми линиями, называемыми осями координат x и y. Точка их пересечения называется началом или нулем системы координат. Ось абсцисс – OX, ось ординат – OY.
Полярные координаты — Система плоских координат образованная направленным прямым лучом OX, называющимся полярной осью. Чаще всего за полярную ось принимают ось северного направления какого-либо меридиана. Начало координат — точка O — называется полюсом системы.
Перекрытие снимка — В фотограмметрии, доля площади снимка (аэроснимка), перекрываемая смежным снимком.
Плановая аэрофотосъемка — Фотографирование местности при положении оптической оси аэрофотоаппарата, близком к вертикальному.
Пункт геодезический — Закрепленная на местности точка геодезической сети.
Пеленгация — Определение направления на какой-либо объект — его угловых координат. Осуществляется оптическими, радиотехническими, акустическими и другими методами.
Плановая разбивочная основа — Геодезическое построение на строительной площадке, обеспечивающее взаимную увязку всех проектных элементов комплекса и служащее для получения исходных данных для выноса в натуру.
Перспективная аэрофотосъемка — Фотографирование местности аэрофотоаппаратом, оптическая ось которого отклонена от вертикали на некоторый постоянный угол.
Погрешности измерений — Отклонение результата геодезических измерений от истинного (действительного) значения измеряемой геодезической величины.
Поликонические проекции — Картографические проекции, параллели которых — дуги эксцентрических окружностей, а меридианы — кривые, симметричные относительно среднего прямолинейного меридиана. Применяются для карт мира.
Полюсы магнитные Земли — Точки на земной поверхности, где магнитная стрелка располагается по вертикали, т. е. где магнитный компас неприменим для ориентировки по странам света.
Палеогеографические карты — Отображают физико-географические условия геологического прошлого (распределение суши, моря и речной сети, характер рельефа материков, климатические особенности и т. п.).
Вершина А является родительской горой для Б, превышение которой 570 м. Для вершины В родительской горой является Б, с превышением 280 м, что недостаточно для 500-метрового критерия независимости, поэтому В не независимая вершина, а часть (один из пиков) горы Б
Превышение (топографическое превышение) — понятие в классификации относительных высот гор, являющееся одним из главных критериев позволяющих считать вершины независимыми горами. Превышение вершины — это высота этой вершины относительно самой низкой точки на кривой, проведенной по наиболее высокому водоразделу от этой вершины к первой более высокой вершине на этом водоразделе, называемой родительской горой.
Для гор высотой более 6750 метров общепринят 500-метровый критерий независимости [1] . Некоторые вершины, которые принято считать независимыми, не проходят по 500-метровому превышению: Гашербрум III, Нупцзе, Моламенкинг и др [1] .
Топографическое превышение вершины можно получить, если вычесть из её высоты над уровнем моря величину, на которую необходимо спуститься, чтобы подняться на более высокую вершину. Если представить, что уровень моря поднимется так, что рассматриваемая вершина станет наивысшей точкой острова, то тогда её высота над уровнем моря и есть превышение.
Более высокий пик через основу седловины часто непосредственно прилегает к более низкому пику, однако это не всегда верно в случае достаточно глубоких седловин. Подобные случаи могут быть выявлены лишь с помощью тщательного анализа географической информации. Например:
- Основа седловины горы Мак-Кинли на Аляске (6194 м) имеет высоту 26 м (Панамский канал), превышение составляет 6178 м, её родительская гора — Чимборасо (6310 м).
- Основа седловины горы Уитни (4421 м) имеет высоту 1347 м на континентальном разделе в штате Нью-Мексико в США (отстоящую на расстояние 1022 км). На другом конце седла находится пик Орисаба (5636 м), наивысшая точка Мексики. У самой Орисабы основное седло на континентальном разделе в канадской провинции Британская Колумбия, её родительской горой является гора Логан (5951 м).
- Основа седловины горы Митчелл, наивысшей горы Аппалачей, находится в Чикаго — самой низкой точке между бассейнамиреки Святого Лаврентия и Миссисипи.
Если основа седловины горы расположена достаточно близко к пику этой же горы, вычисление превышения не представляет особых сложностей и может быть выполнено вручную с использованием топографической карты.
В более сложных случаях, таких, например, как описаны выше, обычно используют компьютер. Американская геологическая служба USGS использует специальную программу WinProm, написанную Эдвардом Эрлом (Edward Earl).
Понятие высоты, несмотря на кажущуюся очевидность, является одним из наиболее сложных и тонких понятий геодезии. Это связано с двойственным смыслом высоты: с одной стороны, это расстояние между точками в пространстве, т.е. чисто геометрическое понятие; с другой стороны, в физическом понимании, это величина, определяющая энергетический уровень той или иной точки в поле силы тяжести.
Если две точки лежат на одной отвесной линии, геометрическую высоту можно измерить непосредственно как расстояние между ними; так измеряют высоты различных предметов (высота геодезического сигнала, инструмента над центром, высота человека, дерева, дома и т.д.). Очевидно, что геодезическую высоту, т.е. высоту в геометрическом смысле, так измерить нельзя: в точке поверхности Земли неизвестны ни направление нормали к эллипсоиду, вдоль которой нужно измерять высоту, ни положение отсчетной точки на эллипсоиде, которая к тому же физически недоступна, поскольку эллипсоид проходит, как правило, внутри Земли.
Физическое понятие высоты связано с работой в поле силы тяжести. Так, если точки лежат на одной уровенной поверхности, например, на поверхности какого-либо водоема, где отсутствуют течения, естественно, считать, что высоты этих точек одинаковы. Если же вода течет от одной точки к другой, говорят, что высота первой точки больше. В этом случае мерой высоты выступает работа, которую совершает сила тяжести при перемещении водной часы, т.е. разность потенциалов между указанными точками. Поскольку потенциал на уровенной поверхности постоянен, разность потенциалов любых точек, лежащих на двух различных уровенных поверхностях, всегда постоянна. Поэтому разность потенциалов является мерой высоты или высотой в физическом понимании. Как известно, разность потенциалов можно получить в результате геометрического нивелирования и измерений силы тяжести.
Можно связать две системы высот — в геометрическом и физическом понимании — т.е. перейти от разности потенциалов к высоте как расстоянию в линейной мере, если известна напряженность поля силы тяжести. В однородном поле, когда сила тяжести постоянна, геометрическое и физическое понятия высоты совпадают. В реальном поле Земли для связи двух систем высот нужно знать силу тяжести всюду вне отсчетной поверхности (эллипсоида или геоида). Поскольку сила тяжести внутри Земли по измерениям на ее поверхности однозначно не определяется, используют различные модели поля силы тяжести. Можно рассматривать разность потенциалов в нормальном гравитационном поле, что позволяет достаточно просто перейти от измеренной разности потенциалов к высоте в геометрическом понимании. Известны и иные способы задания поля силы тяжести, приводящие к другим системам высот; основные из них будут рассмотрены ниже.
Еще одной причиной, по которой высоту рассматривают и изучают отдельно от плановых координат, является различие в методах получения этих величин: до недавнего времени плановые координаты находили из обработки линейных и угловых измерений, выполненных на поверхности Земли, а высоты преимущественно из геометрического нивелирования, сопровождаемого измерениями силы тяжести. Определение высоты по измерениям расстояний и вертикальных углов затруднено из-за влияния вертикальной рефракции, из-за чего вертикальные углы измеряют со значительно меньшей точностью, чем горизонтальные.
Спутниковые методы позволяют определить прямоугольна координаты точек поверхности Земли, по которым, используя зависимости математических формул, можно найти геодезические координаты. Однако так можно найти только высоту в геометрическом понимании, поскольку прямоугольные координаты не содержат информации о поле силы тяжести. Кроме того, из-за тропосферных влияний и методических особенностей высота и в этом случае определяется с несколько меньшей точностью, чем плановые координаты.
Что такое высота и где ее начало
Для определения положения точки, находящейся на физической поверхности Земли относительно исходной уровенной поверхности, помимо плоских координат, необходима третья координата — высота Н.
Высота – это измерение объекта или его местоположения, отмеряемое в вертикальном направлении. Высота в любой точки земной поверхности отсчитывается от разных поверхностей, таких как геоид, квазигеоид или референц-эллипсоид.
Геоид, квазигеоид и эллипсоид вращения
Квазигеоид — это поверхность близкая к поверхности геоида, определяемая только по результатам измерений на земной поверхности без привлечения данных по распределению масс. Поверхность квазигеоида определена значениями потенциала силы тяжести на земной поверхности, и для изучения квазигеоида результаты измерений не нужно редуцировать внутрь притягивающей массы. Квазигеоид отступает от геоида в высоких горах на 2–4 м, на низменных равнинах — на 0,02-0,12 м, на морях и океанах поверхности геоида и квазигеоида совпадают.
Фигуру квазигеоида определяют методом астрономо-гравиметрического нивелирования или через предварительное определение возмущающего потенциала по материалам наземных гравиметрических съёмок и наблюдений за движением искусственных спутников Земли. Последние данные необходимы в связи с недостаточной гравиметрической изученностью некоторых областей Земли Поверхность геоида, из-за ее сложности, математически никак не выражается, поэтому на ней нельзя решать геодезические задачи. Для решения таких задач взамен поверхности геоида принимают поверхность эллипсоида вращения.
Эллипсоида вращения — это близкая по форме к геоиду поверхность, но математически правильная, на которую можно перенести результаты измерений, выполненных на физической поверхности Земли. Эллипсоид вращения, размеры которого подбираются при условии наилучшего соответствия фигуре квазигеоида для Земли в целом (общеземной эллипсоид) или отдельных её частей (референц-эллипсоид). Для России принят референц-эллипсоид Крассовского форма и размеры которого были вычислены советским геодезистом А. А. Изотовым, и который в 1940 году назван именем Ф. Н. Красовского.
Высота точки местности в географии, топографии и геодезии может измеряться от разных уровней отсчёта:
1. Абсолютная высота отсчитывается от уровня моря или геоида (линия НА и линия НВ);
2. Относительная высота (превышение) отсчитывается от какого-либо условного уровня (линия НС);
3. Геодезическая (эллипсоидальная) высота — высота относительно эллипсоида вращения.
Абсолютная и относительная высоты
В нашей стране с 1946 г. счет абсолютных высот ведется от нуля Кронштадтского футштока соответствующего среднему уровню Балтийского моря в спокойном его состоянии (Балтийская система высот). Вся нивелирная сеть на территорию России опирается на один исходный пункт, не имеет внешнего контроля и уравнивается как свободная система. В середине 1980-х в связи с предстоящим строительством гидротехнического комплекса защиты Ленинграда (ныне Санкт-Петербурга) от наводнений были созданы дублеры в Кронштадте и г. Ломоносове (на основе репера № 6521 и маяка Шепелевский)
Высоты, отсчитанные от иной уровенной поверхности, называются относительными на рисунке изображены линией НС. При съемке небольших участков, при обмерных работах, а также на стройплощадке часто применяют относительную или условную систему отсчета высот.
Что такое превышение
Численное значение высоты точки называется отметкой точки. Разность высот двух точек, называется превышением. Превышение h точки В над точкой А, равное разности высот точек А и В, определяется как h = НВ – НА. Зная высоту точки А, для определения высоты точки В на местности измеряют превышение hAB. Высоту точки В вычисляют по формуле HВ = HA + hAB. Измерение превышений и последующее вычисление высот точек называется нивелированием.
Геодезическая высота
Геодезической (эллипсоида́льной) высотой некоторой точки физической поверхности земли называется отрезок нормали к эллипсоиду от его поверхности до данной точки. Вместе с геодезическими широтой и долготой (B и L соответственно) она определяет положение точки относительно заданного эллипсоида. Физически эллипсоида не существует, следовательно геодезическая высота не может быть непосредственно измерена наземными методами. Определить её возможно с помощью спутниковых измерений, а также посредством обработки рядов триангуляции, астрономо-геодезического нивелирования.
Как видно из определения геодезическая высота зависит от расположения и параметров выбранного эллипсоида, поэтому геодезическую высоту разделяют на две части. Одна из них характеризует физическую поверхность Земли относительно уровенной поверхности (информацию о ней получают в большей степени нивелированием), вторая, более гладкая, характеризует отличие отсчётного эллипсоида от геоида. Первую часть называют гипсометрической, а вторую — гладкой или геоидальной частью. Уровенная поверхность имеет несравненно более плавную форму в сравнении с физической, следовательно геоидальная часть меняется гораздо медленнее гипсометрической.
Системы геодезических высот
Ортометрическая высота точки — это расстояние (H) вдоль отвесной линии от точки до поверхности геоида. Ортометрическая высота для практических целей является «высотой над уровнем моря». Чтобы вычислить значение ортометрической высоты, нужно знать плотность пород вдоль силовой линии или измерять силу тяжести внутри Земли. Поэтому ортометрическую высоту нельзя найти по измерениям только на поверхности Земли. Альтернативой ортометрической высоте являются нормальная высота. Ортометрические высоты по Гельмерту используют многие европейские страны, Турция и страны Американского континента. Поскольку гравитация не является постоянной на больших площадях, ортометрическая высота также не является постоянной. Так на территории США гравитация на 0,1% сильнее на севере Соединенных Штатов, чем на юге, поэтому ровная поверхность, имеющая ортометрическую высоту в 1000 метров в Монтане, будет иметь высоту в 1001 метр в Техасе.
Нормальные высоты — это высоты от поверхности квазигеоида, один из нескольких типов высоты. Нормальная высота точки вычисляется из геопотенциальных чисел путем деления геопотенциального числа точки, т. е. ее разности геопотенциалов с уровнем моря, на среднюю нормальную гравитацию, вычисленную вдоль отвеса точки. (Точнее, вдоль эллипсоидной нормали, усредняя по диапазону высот от 0-эллипсоид-H*; процедура, таким образом, рекурсивна. Нормальные высоты, таким образом, зависят от выбранного опорного эллипсоида. Система нормальных высот принята в России, странах СНГ и некоторых европейских странах (Швеция, Германия, Франция и др.). Нормальные значения гравитации можно вычислить через плотность земной коры вокруг отвеса. Нормальные высоты занимают видное место в теории гравитационного поля Земли, разработанной школой М. С. Молоденского. Эталонная поверхность, с которой измеряются нормальные высоты, называется квазигеоидом, представляющим собой «средний уровень моря», аналогичный геоиду и близкий к нему, но лишенный физической интерпретации эквипотенциальной поверхности. В геодезии (топографии) нормальную высоту называют абсолютной, а разность нормальных высот — относительной высотой. Численное значение абсолютной высоты принято называть отметкой.
Геопотенциальное число ― это та работа, которую нужно совершить, чтобы подняться от уровня моря до точки Р поверхности Земли.
Динамическая высота — это геопотенциальное число, переведенное в линейную меру, получить его можно разделив геопотенциальное число на любое постоянное значение С силы тяжести. Выбирая в качестве С разные значения постоянной, можно построить разные системы динамических высот. Динамические вы соты были введены К.Ф.Гауссом, который предложил рассматривать высоты как геопотенциальные числа, т.е. принять С = 1. Динамическая высота постоянна, если следовать одному и тому же гравитационному потенциалу, когда они перемещаются с места на место. Из-за изменения силы тяжести поверхности, имеющие постоянную разницу в динамической высоте, могут быть ближе или дальше друг от друга в различных местах. Динамические высоты обычно выбираются так, чтобы они имели сопряжения с геоидом. Когда оптическое выравнивание выполнено, путь близко соответствует следующему значению динамической высоты по горизонтали, но не ортометрической высоте для вертикальных изменений, измеренных на выравнивающем стержне. Таким образом, небольшие поправки должны быть применены к полевым измерениям, чтобы получить либо динамическую высоту, либо ортометрическую высоту, обычно используемую в технике. Паспорта данных Национальной Геодезической службы США дают как динамические, так и ортометрические значения. Динамическая высота может быть вычислена с использованием нормальной силы тяжести на 45-градусной широте и геопотенциального числа местоположений.
Читайте также:
- Спиральная модель жизненного цикла ис кратко
- Эрик шмидт биография кратко
- Ванга биография кратко самое важное
- Университетский устав 1863 года кратко
- Смутное время на руси 1598 1613 начало династии романовых кратко