Виды нивелирования. 
Нивелирование поверхности по квадратам

По методу выполнения нивелирование различают:

• · геометрическое, выполняемое горизонтальной визирной осью;
• · тригонометрическое, выполняемое наклонной визирной осью;
• · барометрическое, выполняемое при помощи барометров, действие которых основано на известной зависимости между атмосферным давлением и высотой над уровнем моря;
• · стереофотограмметрическое, выполняемое посредством измерений на стереоскопических парах фотоснимков;
• · механическое, выполняемое при помощи приборов, автоматически вычёркивающих профиль проходимого пути;
• · гидростатическое, основанное на свойстве свободной поверхности жидкости в сообщающихся сосудах всегда находиться на одной и той же уровенной поверхности;
• · аэродионивелирование, выполняемое с помощью радиовысотомеров, устанавливаемых на летательных аппаратах

При изучении фигуры Земли высоты точек земной поверхности определяют не над уровнем моря, а относительно поверхности референц — эллипсоида и применяют методы астрономического или астрономо — гравиметрического нивелирования.

Геометрическое нивелирование

Геометрическое нивелирование — наиболее распространенный способ. Его выполняют с помощью нивелира, задающего горизонтальную линию визирования. Сущность геометрического нивелирования (рис. 5, а) заключается в следующем. Нивелир устанавливают 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.

Если известна отметка Н_А точки, А и превышение h, отметку Н_B точки В определяют как их сумму: H_B=H_A+h.

Во избежание ошибок в знаке превышения точку, отметка которой известна, считают задней, а точку, отметку которой определяют, — передней, т. е. превышение — это всегда разность отсчетов назад и вперед. Иногда отсчет по рейке называют «взглядом», поэтому превышение равно «взгляду назад» минус «взгляд вперед».

Место установки нивелира называется станцией. С одной станции можно брать отсчеты по рейкам, установленным во многих точках. При этом превышение между точками не зависит от высоты нивелира над землей. Если поставить нивелир выше (на рис. 5, а показано пунктиром), оба отсчета, а и b будут больше на одну и ту же величину, но разности между ними будут одинаковы.

Для вычисления отметки искомой точки можно применять способ вычисления через горизонт прибора (ГП). Этот способ удобен, когда с одной станции производят нивелирование нескольких точек. Очевидно, что если к отметке точки, А прибавить отсчет по рейке на точке A, то получится отметка визирной оси нивелира. Эта отметка и называется горизонтом прибора. Если теперь из горизонта прибора вычесть отсчеты на всех точках, взятые на этой станции, получатся отметки этих точек.

Если для определения превышения между точками, А и В достаточно один раз установить нивелир, то такой случай называется простым нивелированием (рис. 5, а).

Если же превышение между точками можно определить только после нескольких установок нивелира, то такое нивелирование условно называют сложным (рис. 5, б). В этом случае точки D и С называют связующими. Превышения между ними определяют по схеме простого нивелирования.

При сложном нивелировании превышение между точками, А и В.

Если известна отметка точки А, можно определить отметку точки В:

.

Такую схему нивелирования называют нивелирным ходом. Несколько ходов с общими начальными или конечными точками образуют нивелирную сеть.

В зависимости от требуемой точности определения отметок нивелирование делят на 1 …4-й классы и техническое.

Ходы нивелирования 1-го класса прокладывают вдоль железных и шоссейных дорог в различных направлениях. По данным нивелирования, повторяющегося по тем же точкам через несколько лет, изучают движение земной коры и решают другие научные задачи.

Ходы нивелирования 2-го класса, прокладываемые вдоль дорог и больших рек, образуют полигоны периметром 500…600 км, которые опираются на пункты нивелирования 1-го класса. Нивелированием 1-го и 2-го классов на территории страны распространяют отметки относительно исходной уровенной поверхности.

Ходы нивелирования 3-го класса прокладывают между пунктами нивелирования 1-го и 2-го классов.

Нивелирование 4-го класса и техническое применяют для сгущения нивелирной сети более высоких классов. Эти сети являются высотным обоснованием для топографических съемок при составлении карт и планов, строительно-монтажных, мелиоративных и других работах.

Ходы нивелирования более низких классов всегда опираются на пункты ходов более высоких классов. Отметки пунктов ходов более высоких классов принимают за исходные. Результаты нивелирования используют в различных отраслях народного хозяйства: строительстве, мелиорации, горном деле и т. д. (рис. 6).

Для решения на участке местности различных задач производят нивелирование по квадратам (рис.7).

Для этого участок делят на квадраты со сторонами 10, 20, 50 или 100 м. Если рельеф участка слабо выражен (плоский), то нивелируемые точки располагают на участке равномерно, а длины сторон квадратов увеличивают. При ясно выраженном рельефе (изрезанном, с водоразделами, тальвегами и т. д.) в местах изменения профиля их частоту увеличивают.

Схема нивелирования вершин квадрата зависит от размеров участка, сложности форм рельефа, необходимости дополнительно к отметкам вершин квадратов получить еще точки с отметками.

Нивелирный ход по квадратам прокладывают по программе технического нивелирования или 4-го класса. Все связующие точки хода закрепляют устойчивыми кольями или специальными башмаками. Рейку ставят на торец кола или башмак. Отсчеты по рейкам записывают в журнал нивелирования либо на схему квадратов, причем числовые значения отсчетов подписывают возле вершин тех квадратов, на которых они получены. Границы работы на станции отделяют пунктирной линией. При обработке результатов измерений сначала вычисляют превышения и отметки связующих точек хода. Отметки вершин квадратов вычисляют через горизонт прибора.

Существуют два способа геометрического нивелирования: вперед и из середины (рис.8).

При нивелировании способом вперед с точки, А на точку B (рис. 8, а) на обеих точках устанавливают рейки, нивелир устанавливают возле точки, А (в радиусе 2…3 м от нее, чтобы, вращая кремальеру зрительной трубы, видеть резкое изображение делений рейки), отсчитывают по рейке высоту нивелира i (высотой нивелира называют отрезок отвесной линии от точки, на которой стоит рейка, до горизонтальной визирной оси), затем визируют на рейку, стоящую в точке В, и делают отсчет по передней рейке. Из рисунка 8, а видно, что.

h=i-,.

т. е. превышение (h) равно высоте нивелира минус отсчет по передней рейке (нивелирным отсчетом по рейке называют отрезок отвесной линии от точки, на которой стоит рейка, до горизонтальной визирной оси. Отсчеты и превышения выражают в миллиметрах и записывают их с округлением до миллиметра).

Нивелирные рейки — это деревянные бруски, чаще всего с сантиметровыми делениями, оцифрованными от нуля (пятки рейки), снизу вверх, через каждый дециметр.

При нивелировании способом из середины (рис. 8, б) нивелир устанавливают между точками, А и В, не обязательно в их створе, но с условием примерного равенства расстояний от нивелира до реек, называемым равенством плеч и определяемым шагами или по нитяному дальномеру зрительной трубы. Сделав отсчеты на заднюю n и переднюю рейки, вычисляют превышение.

h=n;

т. е. превышение равно разности отсчетов по задней и передней рейкам.

Превышения, могут быть положительными и отрицательными, и при записи их обязательно сопровождают знаком плюс или минус.

При геометрическом нивелировании для определения высот нескольких точек с одной станции пользуются горизонтом нивелира (ГН), которым называют высоту визирной оси, т. е. отрезок отвесной линии от исходной (принятой) уровенной поверхности до визирной оси (рис. 8, а). Поэтому, если высота точки, А (Н_А) или точки В (Н_В) известна, то согласно рисунку 8, а ГН=Н_А+i=H_B+,.

т.е. горизонт нивелира равен высоте точки, на которой стоит рейка, плюс отсчёт по рейке.

Пользуясь ГН, вычисляют высоту точки, на которой стоит рейка. Например, согласно рисунку 8, а.

НВ=ГН-,

т.е. высота точки, на которой стоит рейка, равна горизонту нивелира минус отсчёт по рейке.

Чем меньше расстояние между нивелиром и рейкой, тем точнее отсчёт. Нормальным считается расстояние 50 м, недопустимым — более 150 м.

Однако часто возникает необходимость определять превышение между точками при расстояниях в несколько сотен километров с большим числом станций, образующих нивелирные ходы (рис. 9) и полигоны.

Определив превышения, вычисляют высоту, например точки В (Н_В), зная высоту исходной точки, А (Н_А), по формуле.

.

где n — число станций (превышений).

Тригонометрическое нивелирование

Тригонометрическое нивелирование — метод определения разностей высот точек на земной поверхности по измеренному углу наклона и длине наклонной линии визирования или её проекции на горизонтальную плоскость (рис.10).

Для определения превышения между точками, А и В на точке, А устанавливают теодолит, а на точку В — рейку. Теодолитом измеряют угол наклона.

i — высота теодолита над точкой.

l — высота визирования если i = l, то h = dtg.

если i? l, то h = dtg + i — l

При положительном угле наклона (+) превышения будут иметь знак «плюс», при отрицательном (-) — «минус».

Если расстояние АВ измерено нитяным дальнометром, то горизонтальное проложение вычисляют по формуле.

d = knCos,

где k — коэффициент нитяного дальномера.

n — отсчёт по рейке Обычно k = 100, то.

.