Сущность геометрического нивелирования

Геометрическим нивелированием называют процесс измерения разностей высот точек местности (превышений) и определения их высот с помощью горизонтального луча визирования геодезического прибора.

Геометрическое нивелирование выполняется с помощью нивелира и рейки. Рейки бывают: цельные, складные, раздвижные и телескопические. Рейки изготовляют из сухого выдержанного леса хвойных пород, из пластмассы или специальных дюралевых сплавов. Применяют односторонние или двухсторонние шашечные цельные или складные РН3 или РН4 с 10-миллиметровыми делениями. Двусторонние рейки цельные или складные имеют длину 3 метра. Чаще всего рейки имеют сантиметровые деления, подписываются дециметры. Подписи дециметровых делений рейки могут иметь прямое или обратное изображение в зависимости от применяемых нивелиров (прямого и обратного изображения). На одной стороне двухсторонней рейки нанесены черные деления, на другой – красные. Начало счета черных делений рейки – нулевой отсчет называется «пяткой» рейки. Начальный отсчет красной стороны рейки 4687мм на цельных рейках или 4468 мм на складных рейках.

Красные стороны нивелирных реек используют для контроля правильности нивелирования. Удобными являются телескопические рейки из дюралевых сплавов. В зависимости от категории рельефа местности, на которой производят нивелирование, длину таких реек можно менять от 2 до 4 м.

Рейка устанавливается на точке «пяткой» вниз и приводится в отвесное положение или «на глаз» или с помощью круглого уровня, если на рейке он есть или обычного нитяного отвеса. Отсчет по рейке берется с точностью 1 мм, при этом десятые доли сантиметрового деления оцениваются «на глаз».

При нивелировании рейки устанавливают на вбитые вровень с землей колышки, металлические костыли или специальные башмаки. Иногда, когда нивелируемая точка не должна отображать рельеф местности, рейки могут устанавливаться на произвольные твердые точки местности (валуны, камни, корни, пни деревьев и др.).

Различают два способа геометрического нивелирования: «из середины» и «вперед». При нивелировании «из середины» нивелир устанавливается посередине между точками (не обязательно в створе). Визирная ось инструмента приводится в горизонтальное положение. На точках А и В устанавливаются отвесно рейки. Точка, высота которой известна, называется задней, а точка, высота которой определяется, называется передней. Определяют отсчеты по рейкам: задний отсчет а и передний отсчет b.

Превышение между точками h вычисляются как разность заднего и переднего отсчетов:

h = a – b

Превышение h может быть положительным (а > b) или отрицательным (а < b).

Для контроля отсчеты берутся по черной и красной сторонам рейки. Превышение подсчитывается дважды: как разность черных отсчетов и как разность красных отсчетов. По известной высоте точки А – H_А и измеренному превышению h вычисляется высота точки В – H_В:

H_В = H_А + h

Способ нивелирования из середины применяется при проложении нивелирных ходов. Этот способ позволяет снизить влияние таких источников погрешностей как: отклонение визирной линии нивелира от горизонтального положения, а также влияние кривизны Земли и рефракции (при равенстве расстояний от инструмента до передней и задней реек погрешности в отсчетах по рейкам одинаковые и при вычитании взаимно уничтожаются).

Превышение передней точки над задней равно разности отсчетов «взгляд назад» минус «взгляд вперед».

Высота передней точки равна высоте задней плюс соответствующее превышение.

Горизонт прибора равен высоте точки плюс «взгляд на эту точку».

Высота точки равна горизонту прибора минус «взгляд на эту точку».

При геометрическом нивелировании «вперед» нивелир устанавливается над одной из нивелируемых точек.

При этом окуляр зрительной трубы нивелира располагается над точкой. В определяемой точке устанавливается рейка. Визирная ось нивелира приводится в горизонтальное положение и направляется на рейку. Берется отсчет по рейке b и измеряется высота инструмента i с точностью 1 мм. Превышение h подсчитывается из выражения:

h = i – b, то есть превышение между точками равно высоте прибора минус «взгляд вперед».

Высота точки H_В определяется из выражения:

H_В = H_А + h

Если с одной станции измеряются высоты нескольких точек, целесообразно выполнять расчет этих высот по горизонту инструмента. Горизонтом инструмента на станции – H_ГИ называется отметка визирного луча нивелира.

H_ГИ = H_А + i

Высота определяемой точки H_B = H_ГИ – b