Геометрическое нивелирование является одним из наиболее распространенных и точных методов определения превышений между точками земной поверхности в инженерной геодезии. Оно используется для создания высотной опорной геодезической сети, при топографической съёмке, проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений.
Принцип работы
В основе геометрического нивелирования лежит нивелир, который создает горизонтальную линию визирования. На точках, между которыми необходимо определить превышение, устанавливаются вертикальные рейки с градуированной шкалой. Перепад высот между двумя точками определяется как разность отсчетов, снятых по рейкам при горизонтальном положении визирной оси нивелира.
Основные этапы геометрического нивелирования
Установка инструмента
Место установки называется станцией. В зависимости от того, необходимо ли определить превышение между двумя точками с одной установки прибор или требуется несколько станций стояния, различают простое и сложное нивелирование. При нивелировании "из середины" оборудования ставят ориентировочно посередине между двумя точками наблюдения (на расстоянии от 5 до 15 метров). При нивелировании "вперед" измерительное устройство устанавливается над одной из точек.
Взятие отсчета по рейкам
После установки и горизонтирования нивелира визирная ось наводится на рейки, установленные на определяемых точках. Геодезист снимает отсчеты по шкале рейки в месте пересечения с горизонтальной визирной линией. При нивелировании "из середины" берутся отсчеты по задней (на начальной точке) и передней (на конечной точке) рейкам. При нивелировании "вперед" измеряется высота прибора над точкой установки и берется отсчет по рейке на другой точке.
Расчёты
- При нивелировании "из середины" превышение (h) между двумя точками вычисляется как разность отсчетов по задней (a) и передней (b) рейкам: h = a - b.
- При нивелировании "вперед" превышение (h) вычисляется как разность высоты прибора (i) над точкой А и отсчета по рейке на точке В (b): h = i - b.
- Для определения высоты точки, если известна высота другой точки и превышение между ними, используется формула: Hb = Ha + h. Также может использоваться метод горизонта инструмента.
В зависимости от требуемой точности нивелирование подразделяется на классы (с 1-го по 4-й) и техническое нивелирование. Для каждого класса существуют свои методики работ и требования к оборудованию.
Преимущества метода перед другими способами нивелирования
Геометрическое нивелирование считается самым распространенным методом в инженерной геодезии благодаря своей простоте и низкой погрешности. Принцип метода легко понять и реализовать на практике. Поэтому методика используется для решения разнообразных задач в строительстве (перенос высотных отметок, контроль земляных работ, монтаж конструкций), инженерных изысканиях (создание продольных и поперечных профилей трасс), картографии, гидрографии и других областях.
По точности оно превосходит тригонометрическое нивелирование, данные которого зависит от влияния земной рефракции. В отличие от барометрического нивелирования, точность которого может варьироваться из-за погодных условий (атмосферного давления), геометрическое при соблюдении методики обеспечивает более стабильные результаты. Погрешность может составлять от 5 до 0,1 мм в зависимости от класса нивелира.
Несмотря на то, что метод с одной установкой прибора позволяет получить превышение, не превышающее высоту рейки, что может снижать эффективность и точность при больших перепадах высот, использование сложных схем (последовательное нивелирование с нескольких станций) позволяет преодолевать значительные расстояния и перепады высот.
Оборудование для геометрического нивелирования
Оптические нивелиры
Оптический нивелир оснащен зрительной трубой с перекрестием нитей, круглым уровнем для грубой установки и цилиндрическим уровнем или компенсатором для точного горизонтирования визирной оси. Для проведения отсчета геодезист, глядя в зрительную трубу, визуально совмещает горизонтальную нить перекрестия с делениями на нивелирной рейке и снимает отсчет.
Преимущества:
- Простота конструкции и использования.
- Надежность при относительно невысокой стоимости.
- Приборы не требуют источников питания и могут использоваться в различных полевых условиях.
- Обеспечение высокой точности измерений. Существуют различные классы точности оптических нивелиров: высокоточные (погрешность менее 2 мм на 1 км двойного хода), точные (менее 5 мм) и технические.
- Широкая область применения: от технического нивелирования (3-го и 4-го классов) до высокоточных измерений (1-го и 2-го классов). Приборы используются в строительстве, инженерных изысканиях, для создания высотных съемочных сетей, а также в учебных целях.
Лазерные и ротационные нивелиры
Лазерные нивелиры проецируют на рейку или поверхность видимую линию или точку, что значительно упрощает и ускоряет процесс нивелирования. Ротационные приборы создают вращающуюся лазерную плоскость, охватывающую большую площадь.
В каких случаях используются: Лазеры особенно эффективны при внутренних отделочных работах, выравнивании поверхностей, разметке, а также при работах на открытых площадках небольших размеров. Они незаменимы при выполнении разбивочных работ и при вертикальном проектировании. Ротационные нивелиры удобны для контроля всей рабочей зоны на 360 градусов при земляных работах, строительстве фундаментов и других задачах, где требуется охват большой территории (до 800-1000 м в диаметре).
Достоинства перед оптическими моделями:
- Высокая скорость работы благодаря отсутствию необходимости ручного визирования.
- Удобство работы одним человеком.
- Функция самовыравнивания значительно упрощает и ускоряет процесс установки.
- Подходят как для стройплощадки, так и для помещений.
Штативы и рейки
Штатив обеспечивает устойчивое положение нивелира во время измерений, что критически важно для получения точных результатов. Выбор штатива зависит от типа нивелира и условий работы. Он должен быть достаточно жестким и иметь регулируемую высоту.
Нивелирные рейки представляют собой вертикальные шкалы с делениями, по которым производятся отсчеты. Рейки могут быть деревянными, алюминиевыми или композитными, складными или цельными. Для различных классов точности нивелирования используются рейки с различной точностью нанесения шкалы и конструкции. Для оптических нивелиров используются рейки с миллиметровыми и/или E-образными делениями. Для цифровых применяются рейки со специальным штрих-кодом (RAB-код или BAR-код).
Правильный выбор рейки с четкой и точной шкалой является важным условием для получения достоверных результатов. Для ротационных нивелиров лучше взять специальные рейки, адаптированные под этот тип оборудования.
Заключение
Геометрическое нивелирование – фундаментальный метод геодезических измерений, обеспечивающий высокую точность определения превышений. Выбор оборудования для него зависит от специфики выполняемых задач, требуемой точности и условий работы:
- Для высокоточных измерений (I и II классы) рекомендуется использовать высокоточные оптические или цифровые нивелиры с соответствующими поверками и юстировками.
- Для технического нивелирования и работ средней точности (III и IV классы) подойдут технические оптические нивелиры.
- Лазерные и ротационные нивелиры оптимальны для задач, требующих быстрого и наглядного контроля горизонтальности или вертикальности, таких как строительно-монтажные и отделочные работы.
- Цифровые нивелиры сочетают в себе точность оптических приборов с автоматизацией процесса измерений и обработки данных, что повышает производительность.
Независимо от типа выбранного нивелира, качественные штатив и нивелирные рейки являются неотъемлемыми элементами для обеспечения точности и надежности измерений.
Выберите профессиональное оборудование в интернет-магазине Русгеоком и получите консультацию по подбору!
Присоединяйтесь к нам в соцсетях!
- Телеграм: https://t.me/rusgeocom
