Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси трубы.

26. Приборы и инструменты геометрического нивелирования

Геометрическое нивелирование основано на использовании горизонтальной линии визирования прибора, называемого нивелиром.

Для съемки местности с помощью геометрического нивелирования используют рейку и нивелир. Принцип нивелировки заключается в установке специальной рейки с делениями и штрихами в необходимой точке поверхности, после чего с помощью горизонтального визирного луча отсчитывается разность высот.

Геометрическая нивелировка производится методом «из середины» или «вперед». В первом случае рейки устанавливаются в двух точках поверхности, а нивелир располагается между ними таким образом, чтобы расстояния до реек были примерно равными. Результатом измерений становится информация о превышении уровня одной из реек над другой.

Геометрическое нивелирование – наиболее распространенный метод, который широко применяется в строительстве.

27. Нивелиры, нивелирные рейки, костыли и башмаки

Нивелир (от фр. niveau – уровень) – геодезический прибор для измерений превышений.

В настоящее время нивелиры разделяются по принципу действия. Различают оптико-механические (отсчет берется на глаз), электронные (отсчеты берутся самим прибором и регистрируются), лазерные (в которых используется принцип вращения лазерного луча) и гидростатические нивелиры (в которых используется свойство сообщающихся сосудов).

Нивелирные рейки для нивелирования III – IV класса и технического изготавливают из деревянных брусьев двутаврового сечения шириной 8 – 10 и толщиной 2 – 3 см.

Рейка РН-3 (рис. 66) имеет длину 3 м. Деления нанесены через 1 см. Нижняя часть рейки заключена в металлическую оковку и называется пяткой.

Основная шкала имеет деления черного и белого цвета, ноль совмещен с пяткой рейки. Дополнительная шкала на другой стороне рейки имеет чередующиеся красные и белые деления. С пяткой рейки совмещен отсчет больше 4000 мм. Часто встречаются комплекты реек, у которых с пятками красных сторон совпадают отсчеты 4687 и 4787 мм. Поэтому превышения, измеренные по красным сторонам реек, будут больше или меньше на 100 мм измеренных по черным сторонам реек.

Нивелирные костыли и башмаки – служат для установки на них реек при нивелировании точек, поскольку рейки должны быть установлены на устойчивые предметы – вбитые деревянные колышки, либо переносные костыли или башмаки.

28. Геометрическое нивелирование.

Геометрическое нивелирование – определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки с помощью горизонтального луча.

Выполняют геометрическое нивелирование путём визирования горизонтальным лучом трубой нивелира и отсчитывания высоты визирного луча над земной поверхностью в некоторой её точке по отвесно поставленной в этой точке рейке с нанесёнными на ней делениями или штрихами.

Различают методы геометрического нивелирования из середины и прямо.

Метод нивелирования из середины, устанавливая рейки на башмаках или колышках в двух точках, а нивелир – на штативе между ними (рис. 1). Расстояния от нивелира до реек зависят от требуемой точности нивелирования и условий местности, но должны быть примерно равны и не более 100–150 м. Превышение h одной точки над другой определяется разностью отсчётов а и b по рейкам, так что h = a - b. Так как точки, в которых установлены рейки, близки друг к другу, то измеренное превышение одной из них относительно другой можно принять за расстояние между проходящими через них уровенными поверхностями. Если геометрическим нивелированием определены последовательно превышения между точками А и В, В и С, С и D и т.д. до любой удалённой точки К, то путём суммирования можно получить измеренное превышение точки К относительно точки А или исходной точки О, принятой за начало счёта высот. Уровенные поверхности Земли, проведённые на различных высотах или в различных точках земной поверхности, не параллельны между собой. Поэтому для определения нивелирной высоты точки К необходимо измеренное превышение относительно исходной точки О исправить поправкой, учитывающей непараллельность уровенных поверхностей Земли.

29. Тригонометрическое нивелирование.

Тригонометрическое нивелирование – определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки с помощью угла наклона визирного луча, проходящего через две точки местности,

Выполняют тригонометрическое нивелирование с помощью теодолита в точке А угол наклона n визирного луча, проходящего через визирную цель в точке В, и зная горизонтальное расстояние s между этими точками, высоту инструмента l и высоту цели а (рис. 2), разность высот h этих точек вычисляют по формуле:

h = s tgn + l - a.

Эта формула точна только для малых расстояний, когда можно не считаться с влиянием кривизны Земли и искривлением светового луча в атмосфере (см. Рефракция). Более полная формула имеет вид:

h = s tgn + l - a + (1 - k) s ²/2 R,

где R – радиус Земли как шара и k – коэффициент рефракции.

Тригонометрическим нивелирование определяют высоты пунктов триангуляции и полигонометрии. Оно широко применяется в топографической съёмке. Тригонометрическое нивелирование позволяет определять разности высот двух значительно удалённых друг от друга пунктов, между которыми имеется оптическая видимость, но менее точно, чем геометрическое нивелирование Точность его результатов в основном зависит от трудно учитываемого влияния земной рефракции.

30. Гидростатическое нивелирование

Гидростатическое нивелирование – определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки с помощью сообщающихся сосудов с жидкостью.

Гидростатическое нивелирование основано на том, что свободная поверхность жидкости в сообщающихся сосудах находится на одном уровне. Гидростатический нивелир состоит из двух стеклянных трубок, вставленных в рейки с делениями, соединённых резиновым или металлическим шлангом и заполненных жидкостью (вода, спирт, диметилфталат и т.п.). Разность высот определяют по разности уровней жидкости в стеклянных трубках, причём учитывают различие температуры и давления в различных частях жидкости гидростатического нивелира. Погрешности определения разности высот этим методом составляют 1–2 мм. Гидростатическое нивелирование применяют для непрерывного изучения деформаций инженерных сооружений, высокоточного определения разности высот точек, разделённых широкими водными преградами, и др.

31. Барометрическое нивелирование.

Барометрическое нивелирование – определение высот точек или превышении по измерениям давления воздуха. Давление воздуха измеряют с помощью приборов, называемых барометрами, а по разности давлений определяют превышение. Точность барометрического нивелирования невелика (колеблется от 0, 5 до 2 м) и зависит от изменения метеоусловий. Применяют этот способ нивелирования в начальный период инженерных изысканий для всякого рода рекогносцировочных обследований.

32.Государственная нивелирная сеть.

Государственная нивелирная сеть (ГНС) – единая система высот на территории всей страны, она является высотной основой всех топографических съемок и инженерно-геодезических работ, выполняемых для удовлетворения потребностей экономики, науки и обороны страны.

На всей территории России вычисление высот производится в нормальной системе высот от нуля Кронштадтского футштока. Эта система называется Балтийской. За нуль Кронштадтского футштока принята горизонтальная черта на медной пластине футштока.

Государственная нивелирная сеть России разделяется по классу точности на нивелирные сети I, II, III и IV классов. I и II классы относят к высокоточному нивелированию, III и IV классы – к точному.

Государственные нивелирные сети I и II классов – главная высотная основа России. Эти сети создаются по специально разработанным программам и схемам, предусматривающим выполнение нивелирных работ I и II классов, сроки и очередность которых устанавливает Федеральная служба геодезии и картографии России. Исходя из конкретных задач, по утвержденным техническим проектам, проводится нивелирование дополнительных линий. Нивелирные сети I и II класса используются для решения следующих научных задач: изучения фигуры Земли и ее внешнего гравитационного поля; определения разностей высот и наклонов среднеуровенной поверхности морей и океанов, омывающих территорию России. Результаты повторного нивелирования I и II классов применяют: для поддержания высотной сети на современном уровне; изучения современных вертикальных движений земной поверхности; прогнозирования влияния производства на окружающую среду, особенно при добыче нефти, газа и других полезных ископаемых; сейсмического районирования территории России, выявления предвестников землетрясений. В горных районах результаты повторного нивелирования используют для изучения строения земной коры, получения данных о скоростях и направленности движений отдельных блоков, выявления действующих разломов и разрывов в земной коре.

33. Современные геодезические приборы.

Для решения задач по вопросам позиционирования объектов (точек) наблюдения широко применяется различная геодезическая и навигационная аппаратура. Рассмотрим основные виды современных геодезических и

навигационных приборов.

Теодолит - это прибор для измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов.

У первых теодолитов в центре угломерного круга на острие иголки помещалась линейка, которая могла свободно вращаться на этом острие (как стрелка у компаса); в линейке были сделаны вырезы, и в них были натянуты нити, играющие роль отсчетных индексов. Центр угломерного круга помещали в вершину измеряемого угла и надежно его закрепляли. Поворачивая линейку, совмещали ее с первой стороной угла и брали отсчет N1 по шкале угломерного круга. Затем совмещали линейку со второй стороной угла и брали отсчет N2. Разность отсчетов N2 и N1 равна значению угла. Подвижная линейка называлась алидадой, а сам угломерный круг назывался лимбом. Для совмещения линейки-алидады со сторонами угла применялись примитивные визиры.

Лазерные сканеры по своим функциям похожи на электронные безотражательные тахеометры (измеряют углы и расстояния до любых объектов), но они выполняют измерения не по одной точке, указываемой оператором, а сразу пакетами. Сканеры перемещают лазерный луч по горизонтали и вертикали, снимая подряд все объекты, попадающиеся на пути. В результате образуется плотная сеть точек съёмки.

34. Геодезические сети

Геодезическая сеть - это система закрепленных на поверхности земли точек (геодезических пунктов) и взаимно определенных на карте / относительно существующих объектов в плане и по высоте.

Все геодезические сети по назначению и точности построения подразделяются на три большие группы: Государственные геодезические сети (ГГС) Геодезические сети сгущения (ГСС) Геодезические съемочные сети (опорные сети или съемочное обоснование)

Государственная геодезическая сеть (ГГС) является главной геодезической основой топографических съемок всех масштабов и используется при решении инженерно-технических и научных задач, связанных с изучением нашей планеты.

Государственная геодезическая сеть подразделяется на четыре класса (I, II, III и IV), различающихся между собой точностью измерения углов и расстояний, длиной сторон и порядком последовательного развития.

Геодезические сети сгущения (ГСС) развиваются в отдельных районах при недостаточной плотности пунктов ГГС для обоснования топографических съемок масштаба 1: 5000 и крупнее, а также при городском, промышленном и транспортном строительстве.

Съемочные сети служат непосредственно для съемки контуров рельефа местности, а также для геодезических измерений при строительстве. Специальные геодезические сети используются при строительстве уникальных сооружений, предъявляющих к геодезическим работам особые требования.

35. Топографические съемки

Топографической съемкой называется комплекс геодезических работ, результатом которых является топографическая карта или план местности. Топографические съемки выполняют аэрофототопографическим и наземным методами. Наземные методы делятся на тахеометрическую, теодолитную, фототеодолитную и мензульную съемки.
Выбор метода съемки определяется технической возможностью и экономической целесообразностью при этом учитываются следущие основные факторы: - размер территории, сложность рельефа, степень застроености и т.д. При съемке больших территорий наиболее эффективно приментя аэрофототопографическую съемку, на небольших участка местности, как правило используют тахеометрическую и теодолитную съемку. Мензульная съемка в настоящее время используется достаточно редко, как технологически устаревший вид съемки.
Наиболее распространенный вид наземной топографической съемки - тахеометрическая съемка. Преимущественно выполняется с помощью электронного тахеометра, также возможно выполнять съемку с помощью теодолита. При тахеометрической съемке в поле выполняются все необходимые измерения, которые заносятся в память прибора либо в журнал, а план составляется в камеральных условиях.
Теодолитная съемка выполняется в два этапа: построение съемочной сети и съемка контуров. Съемочная сеть строится с помощью теодолитных ходов. Съемочные работы выполняют с пунктов съемочной сети способами: прямоугольных координат, линейных засечек, угловых засечек, полярных координат. Результаты теодолитной съемки отражают в абрисе. Все зарисовки в абрисах необходимо вести четко и аккуратно, располагая объекты с таким расчетом, чтобы оставалось свободное место для записей результатов измерений.
При мензульной съемке, план местности вычерчивается непосредственно на месте проведения съемки на заранее подготовленном планшете, в полевых условиях.

36. Дистанционные методы изучения земной поверхности.

Считается, что дистанционные методы применялись в географии еще в дофотографический период. Это связывалось, например, с изучением местности по рисованным перспективным изо­бражениям, издавна известным в картографии. Еще Леонардо да Винчи (1500 г.) поставил вопрос о возможностях определения размеров и положения предметов по их двум рисован­ным изображениям. Позднее ряд ученых, и в их числе М. В. Ломоносов (1764 г.) и Ботан-Бопре (1791 г.), занимались практической реализацией этой идеи. Однако только появле­ние фотографии открыло ранее невиданные перспективы в дистанционном зондировании Земли и ее изучении на основе фотографических изображений.

Опыты использования снимков, полученных с воздушных шаров, дали небольшие резуль­таты, но уже первые самолетные съемки совершили революцию. Регулярно аэросъемки в нашей стране выполняются с 30-х гг., и к настоящему времени накоплен полувековой фонд снимков, полностью покрывающих страну, для многих районов с многократным перекрытием, что особенно важно для изучения динамики географических объектов. Основной заказчик и по­требитель этой информации – Главное управление геодезии и картографии, его аэрогеодези­ческие предприятия, использующие аэрофотосъемку для топографического картографиро­вания страны. Кроме него, следует назвать ведомства, ответственные за исследования ре­сурсов страны, в системе которых созданы специальные подразделения «Аэрогеология», «Леспроект», «Сельхозаэросъемка». Через эти подразделения аэросъемочная информация становится доступной географу-исследователю.

При использовании аэроснимков довольно быстро возникла необходимость в получе­нии все более мелкомасштабных изображений, что, естественно, ограничивалось техниче­скими возможностями. Попытки в конце 50-х — начале 60-х гг. монтировать крупномас­штабные снимки и генерализовать их до мелкомасштабных не принесли желаемых резуль­татов. Поэтому для получения соответствующих снимков было важно увеличение потолка подъема самолетов, и уже к концу 50-х гг. американские самолеты «U-2» стали получать снимки с высоты до 20 км. Это тот же порядок высот, что и при использовании воздушных шаров.

37. Мерные ленты и рулетки, их устройство и поверки.

Рулетка измерительная – измерительный инструмент, предназначенный: для измерения протяженных линейных объектов (до 100 м), и для разметки помещений. При выполнении геодезических работ всегда используется при измерении высоты прибора, промеров зданий и т.п. Основным элементом рулетки является гибкая стальная лента (полотно), отградуированная в метрической или иной системе измерения.

Так же выпускают рулетки с электронной шкалой. Различают карманные (от 1 до 10 м) и длинные (15, 20, 30, 50 и даже 100 м) рулетки.

Мерная лента, предназначенная для производства полевых геодезических работ, должна иметь клеймо, удостоверяющее дату ее последней поверки Государственным институтом (палатой) мер и весов.

В случае поломки и ремонта одной из лент ее необходимо сверить с другой (исправной) лентой нормальной длины или стальной 20-м рулеткой.

38. Измерение линии мерной лентой и рулеткой. Учет поправок при линейных измерениях.

До применения мерных приборов их компарируют. Компарированием называется сравнение длины мерного прибора с другим прибором, длина которого точно известна.

Рулетка измерительная – измерительный инструмент, предназначенный: для измерения протяженных линейных объектов (до 100 м), и для разметки помещений. При выполнении геодезических работ всегда используется при измерении высоты прибора, промеров зданий и т.п. Основным элементом рулетки является гибкая стальная лента (полотно), отградуированная в метрической или иной системе измерения.