Нивелирование

Нивелирование – это метод определения высот точек местности и превышений между ними.

 

Различают геометрическое, тригонометрическое, барометрическое, механическое и гидростатическое нивелирование.

 

В работе нашей Компании нивелирование осуществляется преимущественно геометрическим и тригонометрическим методом.

 

Геометрическое нивелирование - метод определения превышений между точками получаемая как разность отсчётов по рейкам при горизонтальном положении визирной оси нивелира. Этот метод является наиболее простым и точным, но позволяет с одной постановки прибора получить превышение не более длины рейки, поэтому при больших превышениях в горной местности его эффективность падает.

 

Тригонометрическое нивелирование - метод определения превышений между точками по измеренным вертикальным углам и расстояниям между точками (горизонтальным проложениям). Тригонометрическое нивелирование позволяет с одной станции определить практически любое превышение между точками, имеющими взаимную видимость, но его точность ограничена из-за недостаточно точного учёта влияния на величины вертикальных углов оптического преломления и уклонений отвесных линий, особенно в горной местности.

 

Нивелирование по технологии и точности геодезических работ разделяется на I, II, III u IV классы и техническое проектирование.

 

Нивелирование I, II, III и IV классов включает в себя государственную масштабную сеть, которая является высотной базой топографических съемок абсолютно всех масштабов и геодезических измерений, осуществляемых для удовлетворения нужд хозяйственной деятельности и обороны государства.

 

Нивелирные сети ІІІ и IV классов и технического нивелирования служат основой топографических съемоки служат решением различных инженерных задач (застройка и благоустройство населенных пунктов; планировка дорог, проектирование и строительство трасс, оросительных и осушительных устройств; водоснабжение, канализация и т.д.).

 

 

Как правило все работы по нивелированию состоят из трех этапов. Краткое описание этапов работ приведено ниже.

 

Этап №1: Рекогносцировка

 

При рекогносцировке изыскивают оптимальные варианты линий и узлов связи, намечают типы реперов и места для закладки реперов, а также собирают необходимые сведения для организации и выполнения последующих работ.

Перед выездом на полевые работы инженер-геодезист собирает следующие сведения о существующих в районе работ линиях нивелирования: названия и класс линий; наименование организации, выполнявшей нивелирование; год исполнения; схемы линий; описание местоположения и абрисы реперов, а также их типы (чертежи). Выписки из каталогов и отчетов; карты наиболее крупного масштаба с нанесенными реперами или выкопировки с них.

 

Рекогносцировка начинается с обследования состояния исходного репера и продолжается по направлению намеченной линии. Инженер-геодезист в поле проверяет сохранность пунктов нивелирования (реперов) в случае утраты целостности или отсутствия пунктов нивелирования эти данные фиксируются в журнале, а также осуществляется фото-фиксация. Реперы считаются неустойчивыми, если при их обследовании обнаружены видимые повреждения и несоответствие конструкции современным требованиям. Репер также считается неустойчивым, если в месте его закладки отмечаются карстовые явления, оползни и другие процессы, влияющие на изменение его положения.

 

Ненайденные реперы к утраченным реперам не относятся. Причинами утраты считают разрушение репера, снос сооружения, в котором он был заложен, утрату головки репера, деформации трубчатого репера и т.д. Утраченным следует считать и репер на пашне, если его местоположение не удалось установить по промерам, описаниям и опросам местных жителей.

 

Если внешнее оформление репера нарушено, то его восстанавливают в соответствии с требованиями ГКИНП (ГНТА)-03-010-03 «Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов».

 

При рекогносцировке нивелирных линий, пересекающих водные препятствия, выбирают такие участки, на которых: обеспечены хорошие подходы к берегам, ширина водного препятствия не превышает 150 м. Число переходов через водные препятствия шириной более 400 м. необходимо свести к минимуму.

 

На линиях, которые нивелируют повторно, кроме реперов обследуют прежнюю трассу с целью выявления изменений, произошедших на местности за период между нивелированием, и при необходимости намечают на отдельных участках новую трассу. Без достаточных оснований прежнюю трассу изменять не следует.

 

По результатам рекогносцировки и обследования представляются следующие материалы:

-     пояснительная записка;

-     список обследованных и восстановленных реперов;

-     длина линии (линий) нивелирования;

-     акты на утраченные и ненайденные реперы.

 

Этап №2: Нивелирование (на примере нивелирования II класса)

 

Нивелирование II класса выполняют нивелирами с плоскопараллельной пластинкой, контактным уровнем или компенсатором. Например, нивелиром TrimbleDini 0.3, TrimbleDini 0.7 или равноточными нивелирами других производителей (Рисунок №1).

 

Рисунок №1: Нивелир Trimble Dini 0.3

 

 

Ошибки метровых интервалов шкал и всей шкалы инварной рейки при нивелировании II класса допускают до 0,20 мм, при нивелировании в горных районах - до 0,10 мм.

 

В прямом и обратном направлениях нивелирование выполняют, как правило, по одной и той же трассе и по переходным точкам одного и того же типа; число станций в секции делают четным и одинаковым. На время перехода наблюдателя на следующую станцию переднюю рейку снимают с костыля. Максимальная длина луча визирования при нивелировании II класса составляет 50 м.

 

Высота луча визирования над подстилающей поверхностью должна быть не менее 0,5 м. В отдельных случаях при длине луча визирования до 30 м разрешается выполнять наблюдения при высоте луча визирования более 0,3 м.

 

В средних и южных широтах наблюдения выполняют в утренние и послеполуденные периоды, причем начинают их примерно через полчаса после восхода солнца и заканчивают приблизительно за 30 мин до захода.

 

Нивелир устанавливают в тени на штатив за 45 минут до начала наблюдений для принятия им температуры воздуха.

 

Во время наблюдений на станции нивелир тщательно защищают от солнечных лучей зонтом с белой подкладкой, а при переноске с одной станции на другую - просторным чехлом из плотной белой материи.

 

Расстояния от места установки нивелира до реек измеряют тонким стальным тросом или стальной лентой (рулеткой), возможно использовать лазерный дальномер с оптическим наведением. Использовать для этого дальномер нивелира запрещается.

 

Неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускают не более 0,5 м. Накопление этих неравенств по секции разрешается не более 1 м.

 

При нивелировании костыли забиваются в плотный грунт. При нивелировании по каменистому или очень плотному, а также мерзлому грунту, целесообразно использовать костыли длиной 15-20 см. и толщиной до 3 см. Рейки устанавливают на костыле в отвесном положении по уровню.

 

При перерывах в работе наблюдения, как правило, заканчивают на постоянном репере. Разрешается также заканчивать наблюдения на трех костылях (две станции), забитых в дно ям глубиной до 0,3 м. Нивелирование на обеих станциях выполняют по обычной программе, а затем костыли покрывают травой и засыпают землей. После перерыва повторяют нивелирование на последней станции, а в случае необходимости - и на предпоследней. Из сравнения результатов нивелирования до и после перерыва устанавливают, какой костыль сохранил свое первоначальное положение, и от него продолжают нивелирование дальше. Костыли считают сохранившими свое первоначальное положение, если полученные до и после перерыва значения превышения на станции различаются не более чем на 1 мм. В подсчет превышений по секции включают наблюдения, выполненные в лучших условиях (по усмотрению исполнителя). При большем различии нивелирование по секции выполняют заново, начиная от постоянного репера.

 

Не разрешается выполнять наблюдения:

 

-     при колебаниях изображений;

-     затрудняющих точное наведение на рейку;

-     и "плавающих" изображениях;

-     при сильном и порывистом ветре; сильных и скачкообразных колебаниях температуры воздуха и аномально быстрых односторонних ее изменениях.

 

Нивелирование II класса производят в прямом и обратном направлениях по костылям или кольям. Наблюдения на станции выполняют методом из середины (описан ниже, Рисунок №2).

 

Рисунок №2: Схема нивелирования из середины.

 

 

Последовательность наблюдений на станции методом из середины.

 

Нивелирование II класса методом из середины на современных высокоточных нивелирах выполняют по технике BFFB (зад–перед / перед–зад) то есть первый отсчет берется по задней рейке затем по передней и потом повторяется, данную технику целесообразно использовать при наличии двух реек. В случае если рейка одна возможно выполнение работ по технике BBFF (зад–зад / перед–перед). Выбор этих техник (режимов работы) как правило осуществляется в меню нивелира.

 

На каждой станции нивелирования подсчитывают значения превышения по наблюдениям передних и задних реек. Расхождения между превышениями и разность высот нулей реек, вычисленная и полученная из исследований, не должна быть более 0,7 мм. Если расхождение получилось более допустимого, то все наблюдения на станции переделывают, предварительно изменив положение нивелира по высоте не менее чем на 3 см.

 

Результаты наблюдений на станции записывают в журнал установленной формы (при использовании цифрового нивелира не актуально). Современные цифровые нивелиры записывают все отсчеты в свою память, они поддерживают работу сразу с несколькими проектами и способны сохранить тысячи точек.

 

Результатам полевых работ по нивелированию считаются следующие материалы:

-     журнал нивелирования (при использовании оптического нивелира);

-     проект с данными из цифрового нивелира.

 

Этап №3: Камеральная обработка результатов нивелирования

 

Как правило для обработки высокоточного нивелирования применяются прикладные программы. Самая распространенная программа для обработки нивелировки считается Credo:Нивелир. Данная программа обладает возможностью импорта данных в форматах цифровых нивелиров посредством специальных модулей, также в ней есть возможность ручного ввода данных из полевых журналов.

Credo:Нивелир на основе обработанных данных полевых измерений способна вывести все необходимые отчеты и ведомости, оценить точность выполненных работ. Также в результате камеральной обработке в программном комплексе Credo:Нивелир можно определить качество работы (средняя квадратическая ошибка, невязка по линии) на предмет требований, приведенных в таблице 1 ГКИНП (ГНТА)-03-010-03 «Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов».

 

Таблица №1 ГКИНП (ГНТА)-03-010-03 максимальные значения ошибок по классам нивелирования

 

Результатам камеральных работ по нивелированию являются следующие материалы:

-     ведомость высот реперов;

-     ведомость превышений и высот реперов нивелирования;

-     технические характеристики нивелирной сети;

-     характеристики нивелирных линий.

 

Как правило, на основе полученных результатов, Заказчику работ сдается технический отчет о нивелировании или наблюдении за деформациями и осадками зданий, сооружений и движениями земной поверхности.