Нивелирная съемка. 
Обработка информации геодезических съемок Шпаковского района СПК Дубовское

Проведение нивелирной съемки При изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений необходимо знать рельеф местности. Без знания рельефа местности невозможно проектирование железных и шоссейных дорог, водоотводных (осушительных и оросительных) каналов, гидротехнических сооружений, осушительных и оросительных систем, а также аэродромов, строительных площадок, населенных пунктов, плотин, полей севооборотов и других объектов.

Знание рельефа выражается, прежде всего, в знании отметок всех характерных точек местности. Определение отметок точек и есть цель нивелирования.

Нивелирование — вид геодезических работ, в результате которых определяют разности высот (превышения) точек земной поверхности, а также высоты этих точек над принятой отсчетной поверхностью.

По методам нивелирование разделяют на геометрическое, тригонометрическое, физическое, автоматическое, а также стереофотограмметрическое.

• 1) Геометрическое нивелирование проводят горизонтальным визированием при помощи инструментов называемых нивелирами.
• 2) Тригонометрическое нивелирование проводят наклонным лучом при помощи теодолитов-тахеометров. При использовании этого метода измеряют углы наклона и расстояние между нивелирными точками.
• 3) Физическое нивелирование подразделяют на гидростатическое, барометрическое и аэрорадионивелирование.

Гидростатическое нивелирование основано на свойстве свободной поверхности жидкости в сообщающихся сосудах всегда находится на одном уровне, позволяющем определить превышения между точками, на которых установлены сосуды.

Барометрическое нивелирование выполняют при помощи барометров, по показаниям которых определяют атмосферное давление в соответствующих точках, а по разности давлений — превышение между ними.

Аэрорадионивелирование осуществляют с самолета при помощи радиовысотомера и статоскопа — приборов, позволяющих определять высоту самолета над землей и измерения его высоты в полете. Совместное использование этих данных позволяет определять превышения между точками земной поверхности.

• 4) Автоматическое нивелирование проводят при помощи нивелиров-автоматов — приборов, автоматически вычерчивающих профиль местности и позволяющих определять высоты точек.
• 5) Стереограмметрическое нивелирование выполняют путем измерения модели рельефа местности, получаемой при рассматривании двух снимков одной и той же местности на специальных приборах, называемых стереометрами, стереокомпараторами, и др.

Геометрическое нивелирование заключается в непосредственном определении превышения одной точки над другой.

Его выполняют с помощью специального инструмента — нивелира, приспособленного для визирования в горизонтальном направлении, и нивелируемых реек, устанавливаемых вертикально в нивелируемых точках. Различают два способа геометрического нивелирования: из середины и вперед.

Нивелирование из середины. Для определения превышения между точками, А и В нивелированием из середины нивелир устанавливают между этими точками, а в точках, А и В-вертикально нивелируемые рейки.

Отсчет делают по задней, А и передней В рейкам. Разность отсчетов и есть превышение:

h = a — b.

Если линия местности имеет направление АВ, то точку, А называют задней, а точку В-передней. Отсчет a и b называют взглядами назад и вперед. В результате получаем, что превышение одной точки над другой равно взгляду назад без взгляда вперед. Знак превышения h может быть как положительным (+), так и отрицательным (-).

Нивелирование вперед. Для получения превышения h можно поставить нивелир окуляром над точкой, А местности и сделать при горизонтальном положении визирной оси отсчет b по рейке, стоящей в точке В (Рис. 6 (а)). Кроме того, нужно измерить высоту инструмента i (высоту визирной оси над точкой А). Тогда согласно рисунку:

h = i — b.

Такое нивелирование называют нивелирование вперед. При нивелировании вперед взгляд назад заменяют высотой инструмента i. Если нивелир поставить выше или ниже, то оба отсчета изменятся на одно и тоже значение по сравнению с ранее сделанными отсчетами, однако разности от отсчетов в первом и втором случаях будут одинаковыми (т.е. значение h — превышения точек).

Вычисления отметок точек через превышение. Разность высот точек H_B -H_A — превышение h, поэтому если известна отметка точки A (H_A), то отметки точки B (H_B), определяемая по методу превышения,.

H_B = H_A + h.

Для вычисления отметок искомой точки можно применить способ горизонта инструмента.

Вычисление отметок точек через горизонт инструмента. Отметку горизонтального луча называют горизонтом инструмента. Отметка горизонта инструмента,.

Hi =HA + a, тогда HB = Hi — a,.

т.е. отметка горизонта инструмента равна горизонту инструмента на этой точке.

Вычисление отметок точек через горизонт инструмента широко применяют в практике для определения отметок нескольких точек с одной установки нивелира (например, при нивелировании поверхности по квадратам).

Вычитая из H_i отсчет b по рейке, поставленной в искомой точке B, получают отметку H_i последней:

H_A = a + H_i, H_i — b = H_B.

Устройство нивелиров.

Нивелир (от фр. niveau — уровень, нивелир) — оптико-механический геодезический прибор для геометрического нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками. Прибор, устанавливаемый обычно на треножник (штатив), оборудован зрительной трубой, приспособленной к вращению в горизонтальной плоскости, и чувствительным уровнем.

Основные части нивелира: зрительная труба, цилиндрический уровень для приведения визирной оси трубы в горизонтальное положение и подставка.

Нивелиры бывают с уровнем (типов Н3, Н4, Н7), самоустанавливающейся линией визирования (НС3, НС4, НТС) и с компенсаторами (Н3К, 2Н10КЛ).

Согласно ГОСТ 10 528– — 90 нивелиры, как и теодолиты, разделяют на высокоточные, точные и технические.

К высокоточным относят нивелир Н — 0,5, предназначенный для нивелирования I и II классов, с погрешностью не более 0,5 мм на 1 км двойного хода.

К точным относят нивелиры Н-3, Н-3К и Н-3КЛ, предназначенные для нивелирования III и IV классов и технического нивелирования, с погрешностью не более 3 мм на 1 км двойного хода.

Технические нивелиры Н-10, Н-10К, Н-10КЛ применяют при техническом нивелировании с погрешностью не более 10 мм на 1 км двойного хода.

По способу приведения визирной оси в горизонтальное положение различают нивелиры с уровнем (Н — 0,5, Н-3, Н-10) и с компенсатором (Н-3К, Н-10К), автоматически приводящим визирную ось в горизонтальное положение. Последние в свою очередь, в основном применяют преимущественно на зыбких неустойчивых поверхностях. Некоторые нивелиры снабжены горизонтальным кругом с лимбом (Н-3КЛ, Н-10КЛ) для измерения горизонтальных углов.

При использовании цифровых нивелиров значительно повышается производительность труда и точность нивелирования, так как исключаются личные погрешности наблюдателя, а все измерения и вычисления производятся в автоматическом режиме по специальной программе. Нивелир может быть укомплектован программным пакетом.

Журнал нивелирной съемки Продольным называют такое нивелирование, которое ведут вдоль узкой полосы земли по заранее намеченному направлению, например по оси проектируемой дороги, канала и т. п.

На основании продольного нивелирования вычисляют высоты пронивелированных точек и затем составляют продольный профиль трассы.

Трасса — линия, определяющая путь движения или продольную ось дороги, канала, линии электропередачи или связи, трубопровода и подобных сооружений большой протяженности. При продольном нивелировании на линии хода разбивают пикетаж, т. е. на местности намечают и закрепляют через каждые 100 метров точки, называемые пикетными. Пикет в уровень с землей, а рядом устанавливают сторожок, который облегчает нахождение пикетной точки.

После закрепления точек на линии хода приступают к их нивелированию. Все отсчеты по рейкам, полученные во время работы, записывают в соответствующие графы полевого журнала.

Конечной целью обработки нивелирного журнала является получение отметок всех пронивелированных точек.

Вычисление превышений между всеми пикетными и исковыми точками Так как пикетные точки нивелировались по способу «из середины», то превышение между ними вычисляют по формуле: Н = а-b, где Н — превышение, а — отсчет на заданную рейку, b — отсчет на переднюю рейку.

В приведенном примере на станции 1 превышение между Rp27 и ПК 0 при первом горизонте будет равно: h = 1305−1520 = -215 мм, при втором горизонте:

h = 1305−1520 = -215 мм.

На станции 2 превышение между ПК 0 и ПК 1 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 1018−1012 = 6 мм, при втором горизонте:

h = 1018−1012 = 6 мм.

На станции 3 превышение между ПК 1 и ПК2 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 2319 — 485 = 1834 мм, при втором горизонте:

h = 2319 — 485 = 1834 мм.

На станции 4 превышение между ПК 2 и Х при первом горизонте инструмента будет равно: h = 1598 — 118 = 1480 мм, при втором горизонте:

h = 1598 — 118 = 1480 мм.

На станции 5 превышение между ПК 2 и ПК 3 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 2723−868= 1855 мм, при втором горизонте:

h = 2700−843= 1857 мм.

На станции 6 превышение между Х и ПК 3 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 2675 — 681 =1994 мм, при втором горизонте:

h = 2675 — 681 =1994 мм.

На станции 7 превышение между ПК 4 и ПК 5 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 830 — 3037 = - 2207 мм, при втором горизонте:

h = 830 — 3037 = - 2207 мм.

На станции 8 превышение между ПК 5 и Rp 28 при первом горизонте инструмента будет равно: h = 1159−1861 = - 702 мм, при втором горизонте:

h = 1159−1861 = - 702 мм.

Расхождение в полученных превышениях допускается не более 5 мм. В нашем примере получилось допустимая разница. полученные превышения записываются в графу 6 журнала. А если задний отсчет меньше переднего, то превышение отрицательно и записывается в графу 7.

В нашем примере пикет 2 и пикет 3 нельзя пронивелировать с одной станции из середины в следствие большой крутизны ската. В таких случаях нивелируют по частям, используя иксовые точки. Станция 4 взята между пикетом 2 и точкой Х. А станция 5 между точкой Х и пикетом 3. В процессе обработки журнала отметку иксовой точки вычисляют также как и пикетную.

Контроль вычисления превышений Сущность контроля заключается в следующем: разность между суммой всех задних отсчетов и суммой передних отсчетов должна быть равна алгебраической сумме средних превышений. Для контроля вычислений необходимо:

Найти сумму всех задних отсчетов У_a, то есть сложить все отсчеты в графе 3. (У_a=26 018 мм) Найти сумму всех передних отсчетов У_b, то есть сложить все отсчеты в графе 4. (У_b=21 122 мм) Вычислить разность между этими суммами.

У= У_a — У_b = 26 018 — 21 122 = 4896 мм Сложить все положительные средние превышения Уа1 (графа 8) и все отрицательные? Ь (графа 9) и найти разность между ними.

В нашем примере: Уа₁ — Уb₁ = 2448 мм Следовательно, превышения между пикетными и исковыми точками вычислено правильно.

Вычисление невязки превышений и ее распространение Полученная алгебраическая сумма всех средних превышений теоретически должна быть равна разности конечного и начального репера. Однако практически, вследствие ошибок измерений получается невязка, которую подсчитывают по формуле:

Дh = У_hср — (H_n — H₁),.

т.е. невязка равна разности между суммой средних превышений (8−9) и разностью отметок конечного (Н_n) и начального (Н₁) реперов.

Допустимость невязки проверяется по формуле:

Дh_доп =.

где L — длина нивелирного хода.

В нашем примере допустимая невязка Дh_доп =. А невязка при нивелировании трассы равна:

?h = 2448 — (129 000 — 126 560) = 8 мм.

Полученная невязка (8 мм) меньше допустимой (±22 мм) и следовательно ее можно распределять. Невязку распределяют по возможности равными долями, по всем превышениям со знаком обратным невязки, и сумма всех поправок должна быть равна по величине невязки. Далее преступают к вычислению отметок пикетных и иксовых точек (ПК, Х).

Вычисления отметок пикетных и иксовых точек Отметки всех пикетных и исковых точек вычисляются последовательно от заданной отметки начального репера по превышениям, по формуле:

Нn = Hn-1 + hCр, то есть отметка точки последующей равна отметки точки предыдущей плюс соответствующее исправленное превышение между этими точками.

Следует помнить, что отметки выражаются в метрах, а вычисленные в журнале превышения получаются в миллиметрах, поэтому при вычислении отметок превышения необходимо выражать в метрах.

ПК 0:

Н ₀= 126,560 — 0,215 = 126,345 м ПК 1:

H₁ = 126,345 + 0,003 = 126,348 м ПК 2:

Н₂= 126,348 + 1,831 = 128,179 м Х:

Н_х = 128,179 + 1,480 = 129,659 м ПК 3:

Н₃= 129,659 + 1,994 = 131,653 м ПК 4:

Н₄= 131,653 + 0,259 = 131,912 м ПК 5:

Н₅ = 131,912 — 2,208 = 129,704 м.

Rp28:

Н_Rp28 = 129,704 — 0,704 = 129,000 м Вычисление отметок и плюсовых точек поперечников Отметки этих точек определяют методом горизонта инструмента. Горизонтом инструмента называется высота луча визирования над уровенной поверхностью, или отметка луча визирования.

ГИ = Н_А — а, ГИ = Н_в — b,.

Где ГИ — горизонт инструмента, Н_А — отметка задней точки, а — отсчет по рейке на этой точке, Н_в — отметка передней точки,.

b — отсчет по рейке на эту точку.

Отметка плюсовой точки равна:

h_c = ГИ — с, где с — отсчет по рейке на данную плюсовую точку.

Так как все плюсовые точки нивелируют при горизонте инструмента, то для вычисления горизонта инструмента на станцию надо пользоваться отсчетами, полученными при втором горизонте.

Графу 10 журнала заполняют для тех станций, с которых нивелировали плюсовые точки или поперечники. Для станции 2 горизонт инструмента будет равен: ГИ₂ = 126,345 + 1,018 = 127,363 м ГИ₂ = 126,348 + 1,012 = 127,360 м Полученные значения не должны отличатся больше чем на 10 мм.

Отметка плюсовой точки ПК 0 + 28 определяется как разность между горизонтом инструмента и отсчетом на плюсовую точку.

Определение отметок точек:

Н_ПК0+28: 127,362 — 1,722 = 125,640 м Чтобы выяснить рельеф местности нивелируют поперечники. В нашем примере поперечник был разбит на пикете 1 и пронивелирован со станции 3. На точку расположенную вправо на 7,6 м от оси нивелирного хода был получен отсчет 1682. На точку расположенную вправо на 20 м от оси нивелирного хода был получен отсчет 1706. На точку расположенную влево на 9.4 м от оси нивелирного хода был получен отсчет 1954. На точку расположенную влево на 20 м от оси нивелирного хода был получен отсчет 2483.

Горизонт нивелира на этой станции равен ГИ₃ = 126,348 + 2,319 = 128,667 м ГИ₃ = 128,179 + 0,485 = 128,664 м Отметка точки Пр 7,6 равна:

Н_пр7,6 = 128,666 — 1,628 = 126,984 м Отметка точки Пр 20 равна:

Н_пр20 = 128,666 — 1,706 = 126,960 м Отметка точки Лев 9,4 равна:

Н_лев9,4 = 128,666 — 1,954 = 126,712 м Отметка точки Лев 20 равна:

Н_лев20 = 128,666 — 126,183 м Построение продольного профиля После вычисления отметок всех пронивелированных точек приступают к построению продольного профиля и поперечников.

Профиль строят на миллиметровой бумаге, на которой все размеры откладывают без измерителя. Для построения профиля надо в принятом масштабе для горизонтальных линий отложить все горизонтальные расстояния между пронивелированными точками, а в вертикальном направлении — все отметки этих точек в масштабе для вертикальных линий.

Масштабы для горизонтальных линий в зависимости вида профиля будут следующими: 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10 000. Масштабы для вертикальных линий принимают в 10 раз крупнее масштаба горизонтальных линий, благодаря чему профиль становится более наглядным (1:100, 1:200, 1:500, 1:1000).

Построение профиля начинают с вычерчивания профильной сетки, состоящей из нескольких горизонтальных линий и имеющей различные графы. Верхнюю линию профильной сетки, т. е. линию отметок земли, совмещают с одной из утолщенных линий на миллиметровой бумаге, а нижняя линия сетки должна быть на 4…5 см выше нижнего края листа.