Виды нивелирования

Последовательное определение высот точек местности или превышений между ними называется нивелированием, а совокупность совершаемых при этом действий - проложением нивелирного хода. В практике инженерно-геодезического обеспечения применяются следующие способы нивелирования.

- нивелирование горизонтальным лучом (геометрическое нивелирование);

- нивелирование наклонным лучом, или тригонометрическое нивелирование.

Принцип геометрическогонивелирования заключается в следующем. Пусть на местности имеются две точки А и В (рис. 10), превышение между которыми надо измерить. Через точку В мысленно проведем уровенную поверхность (параллельно поверхности геоида) до пересечения с отвесной линией, проведенной через точку А. Расстояние от этой поверхности до точки А по отвесной линии и есть искомое превышение h. Действительно, абсолютные отметки (высоты) точек А и В соответственно равны Н_А и Н_В, а их разность равна превышению между А и В:

h = H_A - H_B

Рис. 10. Геометрическое нивелирование

Расстояние от уровенной поверхности до искомой точки измеряют с помощью рейки – деревянного или металлического бруска, на котором имеется шкала с делениями (например, сантиметровыми). Положение уровенной поверхности фиксируется с помощью специального прибора - нивелира. Нивелир имеет две взаимосвязанные главные части: уровень, с помощью которого определяется положение уровенной поверхности, и зрительную трубу, позволяющую брать отсчет (т. е. фиксировать место пересечения визирной оси со шкалой рейки) по рейке на расстоянии. Уровень и труба конструктивно связаны таким образом, что визирная ось трубы параллельна оси уровня (цилиндрического). Приводя уровень в нуль-пункт, тем самым устанавливают визирную ось трубы в горизонтальное положение, т. е. параллельно уровенной поверхности.

Тригонометрическое нивелирование осуществляется наклонным лучом. При тригонометрическом нивелировании непосредственно измеряются угол наклона визирного луча и расстояние от инструмента до искомой точки.

Принцип тригонометрического нивелирования заключается в следующем. В точке А (рис. 11) установлен прибор, позволяющий измерять углы наклона визирной оси и расстояния, например теодолит с вертикальным кругом и дальномером. В точке В устанавливают рейку или вешку, высота которой l известна. Приведя инструмент в рабочее положение, визируют на какую - либо точку рейки или вешки. Измеряют угол наклона визирной оси, т. е. берут отсчет α по вертикальному кругу.

Рис. 11. Тригонометрическое нивелирование

Измеряют наклонное расстояние D от инструмента до рейки (вешки). С помощью рулетки измеряют высоту инструмента i. Непосредственно измеренные величины ℓ, α, i, D связаны следующим соотношением:

h = D sin α + i – ℓ + f

f – поправка за кривизну Земли и атмосферную рефракцию, равная f = D² /R (R – радиус Земли равный 6371 м).

Когда позволяет местность, высоту визирования делают равной высоте инструмента i = ℓ, что приводит к упрощению формулы для вычисления

h = D sin α.

На практике часто применяют упрощенную формулу, т. е. без учета влияния кривизны Земли и рефракции. Это оправдано тем, что длина визирных лучей, как правило, не превосходит 150 - 200 м и нивелирование обычно ведется из середины или в прямом и обратном направлениях. Точность определения превышений в ходах, когда расстояние измеряют с помощью нитяного дальномера, невелика - порядка 40 см на 100м.

В практике тригонометрического нивелирования широко применяются оптические и электронные дальномеры, теодолиты с компенсаторами при вертикальном круге. Их использование позволяет приблизить точность тригонометрического нивелирования к геометрическому.