Создание учебного полигона методом "Нивелирования IV класса"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М. Ф. Решетнева»

(ФГБОУ ВО «СибГАУ»)

Научно-образовательный центр

«Институт космических исследований и высоких технологий»

Кафедра космических средств и технологий

Создание учебного полигона методом

«Нивелирования iv класса»

Направление: 21.03.03 «Геодезия и дистанционное зондирование»

Профиль: «Дистанционное зондирование природных ресурсов»

БАКАЛАВРСКАЯ ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Рожкова Ирина Александровна

Красноярск 2015



РЕФЕРАТ

Создание учебного полигона методом нивелирования IV класса

Работа состоит из содержания, введения, 2 глав, заключения, списка используемых источников.

Цель работы: Создать планово-высотную нивелирную сеть IV класса, получения съёмочное обоснование для прохождения учебной практики младших курсов.

Во введении отражена актуальность задачи и описаны основные требования к работе.

В первой главе проведен обзор методов нивелирования и их классификация.

Во второй главе приводится выбор места для выполнения работы, обзор приборов, которые используются при высотной сьемке, а так же анализ результатов, полученных разными нивелирами.

Заключение включает основные выводы по работе.

Результатами работы смогут воспользоваться многие студенты для прохождения практики.

Геодезическая сеть, невязка, опорный пункт, опорная точка, оптический нивелир, превышение, съемочное обоснование, цифровой нивелир.



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Цели и задачи

Глава 1. Нивелирование

1.1 Государственные геодезические сети

1.2 Классы геодезических сетей

1.3 Нивелирные работы

1.4 Нивелирование IV класса

1.5 Способы и методы нивелирования

1.6 Способы геометрического нивелирования

Выводы

Глава 2. Создание учебного полигона

2.1 Нивелир. Устройство. Поверки

2.2 Цифровые и лазерные нивелиры. Штрихкодовые рейки

2.3 Определение превышений оптическим нивелиром

2.4 Определение превышений цифровым нивелиром

Выводы

Заключение

Список использованных источников



ВВЕДЕНИЕ

Для проведения топографической съемки той или другой территории необходимо построить на ней сеть геодезических пунктов с известными координатами и высотами. Такие пункты называются опорными. Совокупность опорных пунктов, равномерно размещённых по территории страны с определенными координатами и высотами, составляет государственную геодезическую сеть.

Однако, сетей I, II и III класса недостаточно для решения локальных инженерных, и других задач. Поэтому сегодня, в условиях все более развивающихся земельных отношений, проектирование планово-высотных сетей 4 класса, с целью сгущения геодезических сетей до точности, которая обеспечивает развитие съёмочного обоснования крупномасштабных съемок, приобретает особую актуальность.

Данная работа предусматривает проектирование планово-высотной геодезической сети. Выполняя работу, необходимо создать нивелирную сеть IV класса. Исходными данными в работе служат 6 опорных точек. Необходимо определить суммарное превышение точек всего учебного полигона. На основании требований к точности нивелирной сети IV класса, нужно осуществить выбор приборов для выполнения полевых работ.



ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

Цель работы: Создать планово-высотную нивелирную сеть IV класса, получения съёмочное обоснование для прохождения учебной практики младших курсов.

Задачи:

- выбор территории для расположения опорных точек;

-определение места расположения опорных пунктов;

-выбор метода нивелирования;

-выбор приборов для определения высот точек;

-сравнение результатов, полученных при измерении высот разными приборами.



ГЛАВА 1. НИВЕЛИРОВАНИЕ

геодезический нивелирный полигон рейка

В данной главе рассмотрены методы, способы, классы нивелирования. Плюсы минусы различных методов, после написания данной главы можно определиться с методом, который наиболее подходит для выполнения практической части данной работы.

1.1 Государственные геодезические сети

Геодезическая сеть - это система закрепленных на местности точек, положение которых с той или иной степенью точности определено в единой системе координат и высот.

По территориальному признаку геодезические сети подразделяются на глобальные (общеземные), национальные (государственные), сети сгущения и местные сети.

Глобальная государственная сеть создается методами космической геодезии по наблюдениям за искусственными спутниками Земли (ИСЗ). Эту сеть используют для решения научных и научно-технических задач высшей геодезии, астрономии, геодинамики (изучение фигуры и внешнего гравитационного поля Земли; уточнение фундаментальных геодезических постоянных; определение движения (прецессии и нутации) полюсов Земли; изучение горизонтальных и вертикальных перемещений литосферных плит земной коры; определение положения референц-эллипсоидов, применяющихся в других странах и др.).

К национальным геодезическим сетям относятся: Государственная геодезическая сеть (плановая), Государственная нивелирная сеть (высотная),

Государственная гравиметрическая сеть.

Государственная геодезическая сеть (ГГС) предусматривает определение взаимного положения геодезических пунктов в плановом отношении на применяемой в стране поверхности относимости (поверхности референцэллипсоида). Высоты плановой сети определяют со сравнительно небольшой точностью.

Государственная нивелирная сеть служит для определения высот пунктов относительно поверхности квазигеоида. Плановое положение пунктов нивелирной сети на поверхности относимости определяется с невысокой точностью.[1]

В некоторых случаях используют совмещенные пункты. Тогда их плановые и высотные координаты определяют с соответствующей точностью.

Государственная гравиметрическая сеть используется для определения ускорений силы тяжести в исходных или заданных пунктах. При этом пункты гравиметрической сети на местности не закрепляются, а необходимые наблюдения выполняют непосредственно на пунктах плановой и высотной сетей.

С помощью Государственных геодезических сетей решают следующие основные задачи:

- детальное изучение фигуры и гравитационного поля Земли в динамикев пределах территории государства (страны);

- создание единой системы координат и высот для всей территории государства;

- картографирование территории государства в единой системе координат и высот с использованием единых принципов проектирования поверхности относимости на плоскость;

- научные и научно-технические проблемы для хозяйства страны и ее обороны.

По методам и специфике построения Государственные геодезические сети указанных выше трех видов строятся раздельно, но они между собой тесно взаимосвязаны, дополняют друг друга, и часто их пункты обобщаются (совмещаются).

Сети сгущения создаются на территориях, которые предназначены для хозяйственного освоения: проектируемые, строящиеся и эксплуатируемые предприятия, в том числе и предприятия горной промышленности (шахты, разведуемые месторождения, карьеры, рудники и т.п.). Местные геодезические сети предназначены для решения сложных научных и научно-технических задач на локальных участках местности, либо особых объектах, например, в сейсмоактивных районах для наблюдений за сдвижениями земной поверхности и сооружений на ней, при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений, ускорителей частиц, атомных электростанций, мощных радиотелескопов, телевизионных башен и др.

Дальнейшим развитием сетей сгущения являются сети съемочного обоснования, предназначенные для обеспечения топографических съемок заданного масштаба. Съемочные сети создают в виде теодолитных и тахеометрических ходов и их сочетаний, построением треугольников, геодезических четырехугольников, вставок в угол и центральных систем.

1.2 Классы геодезических сетей

Государственная геодезическая плановая и высотная сети делятся соответственно на сети 1, 2, 3 и 4 класса и I, II, III и IV класса. Самым высоким по точности является 1 (I) класс.

В плановой сети классы различаются по точности измерения горизонтальных углов и расстояний, в высотной сети - точностью передачи высоты с пункта на пункт.

Сети сгущения подразделяются на аналитические сети 1-го и 2-го разрядов и полигонометрические сети 1-го и 2-го разрядов. Аналитические сети (рис.1) представляют собой цепочки треугольников, либо сплошные сети триангуляции и трилатерации, а также отдельные точки, получаемые засечками с пунктов государственной сети. Для сети 2-го разряда могут быть использованы и пункты 1-го разряда.

Полигонометрические сети представляют собой одиночные ходы, либо системы ходов, проложенных между пунктами высших разрядов или классов. При этом могут быть построены одиночные полигонометрические ходы, системы полигонометрических ходов с одной или несколькими узловыми точками, системы ходов в виде полигонов и др.

Рисунок 1. Методы построения геодезических сетей: а) - метод триангуляции; б) - метод трилатерации; в) метод полигонометрии

1.3 Нивелирные работы

Нивелированием называют комплекс геодезических работ, связанных с измерением превышений и высот точек местности. Данные работы проводятся при решении различных инженерно-геодезических задач в стротельстве, при высотной съемке местности, а также научно-технических задач при изучении динамических процессов движения земной коры, исследовании разностей уровня воды в морях и океанах, при изучении деформаций инженерных сооружений и др.

Нивелирные сети при выполнении крупномасштабных топографических съемок создаются, как правило, сгущением (развитием) государственной нивелирной сети СССР.

В зависимости от назначения топографических съемок нивелирные сети могут строиться с соблюдением требований, отвечающих различным классам точности.

Нивелирование III и IV классов является основным методом сгущения (развития) государственной нивелирной сети для производства крупномасштабных топографических съемок.

Сгущение (развитие) государственной нивелирной сети при создании высотной основы крупномасштабных топографических съемок предусматривает соблюдение принципа построения геодезических сетей: "от высшего класса точности к низшему".

Нивелирные сети при крупномасштабных топографических съемках создаются в виде отдельных ходов, полигонов или самостоятельных сетей и, как правило, привязываются не менее чем к двум исходным нивелирным знакам (маркам, реперам) высшего класса.

Для определения высот пунктов съемочного обоснования, а также для определения высот пунктов геодезических сетей сгущения развивается сеть технического нивелирования.

Нивелирные сети, создаваемые в городах, поселках для обеспечения потребностей городского хозяйства и строительства, имеют свои особенности.

В городах площадью более 500 км должны быть созданы нивелирные сети I класса.

В городах с площадью 50-500 км должны быть созданы системы линий II класса, а затем - линии III и IV класса.

Нивелирные линии II класса должны покрывать всю территорию города, как застроенную, так и незастроенную части. Расстояния между узловыми точками и линиями в сети II класса не должны превышать 15 км на застроенной и 20 км на незастроенной территории. Нивелирные знаки на линиях II класса закладывают не реже чем через 2 км на застроенных и 3 км на незастроенных территориях.

В небольших городах площадью от 25 до 50 км создается нивелирная сеть III класса, а в городах площадью меньше 25 км разрешается создавать нивелирную сеть только IV класса.

Длины линий нивелирования III класса не должны превышать 10 км между узловыми точками на застроенных и 15 км на незастроенных территориях.

Нивелирные знаки на линиях III и IV классов закладываются на улицах и проездах центральной части населенного пункта не реже чем через 200-300 м, на окраинах и в частях города с редкой застройкой расстояние между знаками разрешается увеличивать до 800 м; на незастроенной территории знаки закладываются через 0,5-2,0 км.

В качестве нивелирных знаков в основном применяются стенные реперы.

1.4 Нивелирование iv класса

1. Нивелирные ходы IV класса прокладываются в одном направлении. Длина линий нивелирования IV класса не должна превышать 50 км.

2. Нивелирование IV класса выполняется нивелирами, имеющими увеличение трубы не менее 25 , цену деления уровня не более 25" на 2 мм , и нивелирами с самоустанавливающейся линией визирования (НС4, Ni025) и им равноточными.

3. Перед началом полевых работ должны выполняться полевые поверки и исследования нивелиров.

4. Рейки для нивелирования IV класса применяются двусторонние шашечные, отсчеты по черным и красным сторонам реек производят по средней нити. Для определения расстояний от нивелира до реек производятся отсчеты по дальномерным нитям по черным сторонам реек.

5. Порядок наблюдений на станции следующий:

-отсчет по черной стороне задней рейки;

-отсчет по черной стороне передней рейки;

-отсчет по красной стороне передней рейки;

-отсчет по красной стороне задней рейки.

6. Расхождение значений превышения на станции, определенного по черным и красным сторонам реек, допускается до 5 мм.

Неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускается до 5 м, а накопление их по секции - до 10 м.

7. Нормальная длина луча визирования 100 м. Если нивелирование выполняется нивелиром, у которого труба имеет увеличение не менее 30 , то при отсутствии колебаний изображений разрешается увеличивать длину луча визирования до 150 м.[2]

1.5 Способы и методы нивелирования

Существует несколько основных способов и методов нивелирования:

геометрическое, тригонометрическое, гидростатическое, барометрическое,

механическое, стереофотограмметрическое.

Геометрическое нивелирование выполняют с помощью горизонтального визирного луча, образованного прибором, например, нивелиром .

Превышение между точками получают как разность отсчетов по рейкам, установленных в этих точках.

При использовании высокоточных нивелиров и соблюдении специальных методик измерений может быть обеспечена точность определения превышений (передачи абсолютных высот) до 0,5 - 0,7 мм на 1 км хода, до 0,05 - 0,10мм и менее - на коротких базах, т.е. при сравнительно небольших (до 20 м) расстояниях между точками. При техническом нивелировании точность передачи высот составляет 20 - 50 мм на 1 км хода.

Тригонометрическое нивелирование выполняют наклонным визирным лучом (рис.2), образованным, например, оптической системой теодолита. Часто такой вид нивелирования используют при создании высотного обоснования теодолитных ходов, при передаче высот через недоступные расстояния, при больших уклонах местности, в горных выработках, когда наблюдаемые точки находятся в кровле выработки, а также в выработках, имеющих значительный уклон.[1]

При соответствующей организации работ погрешность в определении превышения данным способом может достигать 0,1 - 0,3 м на 1 км хода. На небольших базах при использовании точных и высокоточных приборов превышения можно определять с точностью до 1 - 2 мм.

Рисунок 2. Определение превышений методом тригонометрического нивелирования

Очевидно, что при использовании нивелирных реек и установке угла наклона визирной оси зрительной трубы н = 0о (при установке на шкале вертикального круга значения места нуля) теодолитом можно реализовать способ геометрического нивелирования.

Следующие виды нивелирования (барометрическое, гидростатическое, радиолокационное) относятся к физическим методам нивелирования.

Барометрическое нивелирование основано на изменении атмосферного давления с изменением высоты точки местности. Точность этого метода небольшая, от 1 до 5 м, однако часто барометрическое нивелирование применяют геологи при поисковых работах в горной и значительно пересеченной местности, при больших перепадах высот.

Для нивелирования используют барометры-анероиды, в показания которых вводят поправки за влияние внешних условий. Поскольку атмосферное давление в каждой точке изменяется по метеорологическим условиям, то для повышения точности ходы барометрического нивелирования прокладывают замкнутыми (с возвращением к исходной точке), либо разомкнутыми (между точками с известными высотами).

При гидростатическом нивелировании используется свойство жидкостей устанавливаться в сообщающихся сосудах на одном уровне. На измерительных колбах 1 и 2 (рис. 3), заполненных жидкостью, имеются одинаковые шкалы, по которым производят отсчеты а и b уровня жидкости в точках А и В. Разность отсчетов характеризует превышение:

h = a - b (1)

где h - превышение; a и b - уровень жидкости .

Погрешности в определении превышений при использовании различных конструкций гидронивелиров могут находиться в пределах от 0,1 до 2 мм. При измерениях с точностью до 1 - 2 мм отсчеты по шкалам берутся визуально. При более точных измерениях уровень жидкости в каждом из сосудов регистрируют электрическим способом с помощью электрического контакта с микрометренным винтом, закрепленного на сосуде (в этом случае используется токопроводящая жидкость).

Гидростатические нивелиры являются чаще всего стационарными системами и содержат несколько измерительных сосудов, соединенных между собой гибкими шлангами. Такие системы устанавливают на плотинах гидроэлектростанций, в горных выработках при исследовании геомеханических процессов, на прецезионных технологических комплексах. Гидростатическое нивелирование используют при передаче высот через большие водные препятствия. Имеются конструкции гидронивелиров, позволяющие определять взаимное смещение точек на базе 50 м с погрешностью до 5 - 10 мкм.

Рисунок 3. Гидростатическое нивелирование

Радиолокационное нивелирование используют при нивелировании земной поверхности с самолета или другого летательного аппарата (аэрорадионивелирование). Погрешность в определении высот в зависимости от условий съемки достигает 2 - 5 м (до 10 м).

Этот вид нивелирования применяют для построения профиля местности и определения высот фотографирования при аэрофотосъемке. Он основан на непрерывном измерении расстояния с самолета до поверхности земли с помощью излучаемого передатчиком электромагнитного сигнала и приема его после отражения от подстилающей поверхности. Регистрируется время ф нахождения сигнала на двойном пути s, т.е используется радиодальномер.

Механическое нивелирование используют, в основном, для профилирования железнодорожных путей, подкрановых наземных и высотных путей и балок. Специальные приборы позволяют автоматически регистрировать при перемещении по направляющим (рельсам) пройденное расстояние, высоту и профиль пути, а также уклоны. Погрешность в определении превышений составляет от 0,15 до 0,30 м на 1 км пройденного расстояния.

Стереофотограмметрическое нивелирование реализуется при обработке стереопар фотоснимков одной и той же местности, полученных как при наземной фототеодолитной съемке, так и при воздушной съемке с летательных аппаратов. При наземной съемке используют фототеодолиты, представляющие собой теодолит, совмещенный с фотоаппаратом. При воздушной съемке применяются специальные аэрофотоаппараты, устанавливаемые на самолете на гиростабилизированной платформе, позволяющей удерживать оптическую ось фотокамеры в отвесном положении, либо близком к отвесному положению.

Данный вид нивелирования широко применяют при составлении топо графических планов и карт по фотоснимками, при наблюдениях за деформациями, происходящими на инженерных сооружениях, в том числе и в горных выработках, при исследовании поверхностных перемещений земной поверхности в локальных областях (чаще - склоновых процессов сдвижения земной поверхности).

1.6 Способы геометрического нивелирования

Нивелирование из середины. Для определения превышения между точками А и В нивелир устанавливают посредине между ними (рис. 4 а), т.е. обеспечивают равенство плеч LA = LB на станции. Разность отсчетов на заднюю точку А (З) и переднюю точку В (П) определяет искомое превышение передней точки над задней, если оцифровка шкал используемых реек возрастает от их основания:

h = З - П (2)



где h - превышение; З - задняя точка; П - передняя точка.

Рисунок 4. Способы геометрического нивелирования: нивелирование из середины (а); нивелирование вперед (б); последовательно нивелирование (в)

Если известна высота точки А (НА), то

НВ = НА + h (3)

где НВ - высота точки В; НА- высота точки А; h - превышение.

При нивелировании вперед (рис. б) нивелир размещают в точке А, измеряют его высоту i = З и определяют превышение по формуле

h = i - П = З - П (4)

где h - превышение; i - высота нивелира.

т.е. по той же формуле (2), а высоту точки В - по формуле (3).

При нивелировании вперед нивелир может размещаться непосредственно в точке А (проекция окуляра зрительной трубы совпадает с положением точки А), либо вблизи этой точки на расстоянии, позволяющем получить четкое изображение шкалы рейки.

Кроме рассмотренных выше способов геометрического нивелирования существует способ последовательного или сложного нивелирования, в котором могут быть реализованы как способ нивелироваия из середины, так и способ нивелирования вперед (рис. 4 в).

Этот способ используется при передаче высот на сравнительно большиерасстояния (при трассировании), при нивелировании рек, геофизических профилей, создании высотного обоснования и в других случаях.

Для привязки нивелирного хода геометрического нивелирования значительной длины целесообразно иметь в начале и конце хода нивелирные реперы: РА (начальный репер) и РВ (конечный репер). В этом случае нивелирование можно выполнять в ходе одного направления.

Точки хода, отсчеты на которые по рейке берут на соседних двух станциях, называют связующими (точки 1, 2, … , n - 1). Расстояние между связующими точками, имеющими нумерацию, часто определено, например100 м, 50 м. Связующие точки закрепляют на местности кольями, либо выбирают устойчивые точки местности, на которые при нескольких постановках можно однозначно устанавливать рейку.

Рассмотрим передачу высот по нивелирному ходу от начального репера на конечный репер при числе станций n:

(5)

где H - высота репера; h - превышение.

Если сложить уравнения (5) и исключить из них в суммарном уравнении одинаковые слагаемые в правой и левой частях, то получим

(6)

Разность высот исходных реперов хода называется теоретическим превышением. Значение суммы превышений хода представляет практическое превышение , содержащее погрешность (невязку в превышениях)

(7)

где - теоретическое превышение.

(8)

где - погрешность.

В зависимости от назначения нивелирного хода соответствующими инструкциями установлены допуски на величину невязки, зависящие от длины L хода.

Допустимая невязка геометрического нивелирования

fдоп = D (мм) (мм) (9)

где L - длина хода;D - число, определяющее точность (класс) нивелирования.

1-й класс - 0.5 мм, 2-й класс - 5 мм, 3-й класс - 10 мм, 4-й класс - 20 мм.



ВЫВОДЫ

По итогам написания первой главы мной был выбран метод геометрического нивелирования так как он является наиболее точным, простым и для этого способа есть все необходимые инструменты, вычислительные действия могут выполняться непосредственно в поле. Так же геометрический способ имеет большой диапазон точности измерений (от 0,05 до 50 мм), что позволяет применять данный способ практически при решении любых инженерно-геодезических задач по определению превышений и высот точек.



ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ УЧЕБНОГО ПОЛИГОНА

В данной главе рассматривается нивелирование трассы двумя различными приборами, такими как «оптический нивелир CTS/berger 28x» и цифровой нивелир «Trimble». По полученным данным производится расчет суммарного превышения, на всей протяжённости полигона и сравнение результатов работы оптического и цифрового нивелиров.

Перед началом работы нужно выбрать подходящую территорию для расположения опорных точек. Мною была выбрана территория парка, в связи с тем, что на данной территории нет высоких зданий и сооружений, которые могли создать преграду при нивелировании, так же ограниченное количество машин, и небольшое скопление прохожих (в будние дни). Расположение самих опорных пунктов выбирается из условия видимости двух ближайших точек. Так как на данной территории достаточно большое изменение высот, мною были поставлены дополнительные точки для удобства и точности нивелирования (рис 5).

Рисунок 5. Территория для расположения опорных точек и расположение самих опорных пунктов



2.1 Нивелир. Устройство. Поверки

Нивелир (от фр. niveau - уровень, нивелир) - геодезический инструмент для определения разности высот между несколькими точками земной поверхности относительно условного уровня, т.е. определение превышения. На рисунке 6 представлен оптический нивелир в сборке на штативе, а также различные виды реек.

По точности нивелиры делятся на высокоточные, точные и технические, дающие на 1 км. хода ошибки, не превышающие, соответственно, 0,5 - 1,0 мм, 4-8 мм и 15 мм. Цифры в шифре нивелира указывают среднюю квадратическую погрешность измерения превышения в миллиметрах на 1 км двойного нивелирного хода. Например, для нивелира Н-3 средняя квадратическая погрешность составляет 3 мм на 1 км хода. В зависимости от способа получения горизонтального луча визирования каждый из трех типов нивелиров изготавливается в двух вариантах: - с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе; - с компенсатором, позволяющим автоматически приводить ось визирования зрительной трубы нивелира в горизонтальное положение. В настоящее время выпускаются нивелиры улучшенной конструкции 2-го и 3-го поколений, например 2Н-10КЛ, 3Н-3ЛП. Первая цифра обозначает поколение. При наличии компенсатора в шифр прибора добавляется буква К. Если нивелир изготовлен с лимбом, для измерения горизонтальных углов, то еще добавляется буква Л. Если нивелир имеет зрительную трубу прямого изображения, то в шифр добавляется буква П. Условное обозначение нивелирной рейки состоит из буквенного обозначения РН, цифрового обозначения группы нивелиров, для которой она предназначена (для высокоточных нивелиров - цифра 05, точных - 3, технических - 10) и номинальной длины рейки. В обозначении складных реек и (или) реек с прямым изображением оцифровки шкал после указания номинальной длины добавляют соответственно букву С и (или) П. Пример условного обозначения нивелирной рейки к техническим нивелирам, номинальной длиной 4000 мм, складной, с прямым изображением оцифровки шкалы: РН-10 - 4000 СП.

Устройство и поверки нивелира (с цилиндрическим уровнем). Нивелир Н-3 относится к приборам с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе (рис. 7).

Рисунок 7. Нивелир Н-3: 1 - подъемный винт; 2 - подставка; 3 - круглый уровень; 4 - элевационный винт; 5 - кремальера; 6 - зрительная труба; 7 - цилиндрический уровень; 8 - визир; 9 - закрепительный винт; 10 - пластина; 11 - наводящий винт.

Для установки нивелира в рабочее положение его закрепляют на штативе и, действуя тремя подъемными винтами, приводят пузырек круглого уровня в центр ампулы. При этом ось вращения нивелира занимает отвесное положение. Наведение зрительной трубы на рейку осуществляют вначале вручную с помощью визира, а затем зажимают закрепительный винт зрительной трубы и наводящим винтом выполняют точное визирование на рейку. Резкость изображения сетки нитей достигается вращением окулярного кольца, а резкость изображения рейки - вращением винта кремальеры. Сетка нитей имеет вертикальный штрих и три горизонтальных, верхний и нижний являютсяонитянымидальномером

Четвертая цифра, обозначающая миллиметры, по рейке оценивается на глаз (на рисунке 8, б это приблизительно 2 мм). Тогда полный отсчет по рейкеисоставитт0652. Поверкиинивелира. Прежде чем начать работу с нивелиром, необходимо выполнить его поверки. Под поверками нивелира понимают действия, контролирующие соблюдение условий, которым должен удовлетворять прибор для геометрического нивелирования. При невыполнении условий поверок производят необходимые исправления (юстировки). Нивелир Н-3 должен удовлетворять следующимтгеометрическимтусловиям: Поверка 1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира. После установки штатива и закрепления на нем нивелира тремя подъемными винтами приводят пузырек круглого уровня в центр ампулы и поворачивают верхнюю часть нивелира на 180є. Если пузырек уровня останется в центре ампулы, то условие выполнено, если нет, то нужно исправительными винтами круглого уровня переместить пузырек к центру на половину дуги отклонения. Поверку повторяют до полного выполненияоусловия. Поверка 2. Средний горизонтальный штрих сетки нитей должен быть перпендикулярен оси вращения нивелира. Ось вращения нивелира устанавливают в отвесное положение. Наводят зрительную трубу на неподвижную рейку, установленную в 20-30 м от нивелира. Условие будет выполнено, если при плавном вращении трубы горизонтальный штрих не будет сходить с точки наведения (то есть отсчет по рейке будет оставаться неизменным). Если условие не выполняется, то отвинчивают и снимают окулярную часть зрительной трубы и поворачивают диафрагму с сеткой нитей, предварительно ослабив крепящие ее винты. Поверка 3. Ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы. Это главное условие нивелира поверяется двойным нивелированием концевых точек линии длиной 50-70 м (рис. 9).

Рисунок 9. Поверка главного условия нивелира Н-3

На концевых точках забивают колышки. Нивелир устанавливают на начальной точке линии, а рейку - на конечной. С помощью элевационного винта нивелира приводят пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт и снимают отсчет по рейке П₁. Измеряют высоту нивелира i₁ с точностью до 1 мм. Например: П₁ =1426мм, i₁ =1371мм. Затем меняют нивелир и рейку местами и, приведя элевационным винтом пузырек цилиндрического уровня в нуль-пункт, снимают отсчет по рейке П₂, измеряюттвысотутнивелира i₂. Например: П₂ =1260мм, i₂ =1337мм. Если ось цилиндрического уровня не параллельна визирной оси трубы, то отсчеты по рейке будут ошибочны на величину х= [(П₁ +П₂)-(i₁ +i₂)] /2. Величина х должна быть не более ± 4 мм. Если х превышает указанную величину, тогда, не снимая нивелира со второй станции, элевационным винтом устанавливают средний горизонтальный штрих сетки нитей на отсчет по рейке равный П₂ - х. При этом произойдет смещение изображений половинок пузырька уровня в поле зрения трубы. Сняв крышку коробки цилиндрического уровня, вертикальными исправительными винтами выполняют точное совмещение концов половинок пузырька уровня в поле зрения трубы. Затем поверку повторяют до соблюдения условия. Длятвышеуказанныхтотсчетов х =[(1426+1260)-(1371+1337)]/2=-11мм>4мм. Поэтому необходимо выполнить юстировку уровня. Для этого устанавливают элевационным винтом по рейке отсчет П₂ -х =1260-(-11)=1271мм. и исправительными винтами совмещают концы пузырька уровня.

2.2 Цифровые и лазерные нивелиры. Штрихкодовые рейки

В связи с возрастающими требованиями к качеству и точности геодезических работ в настоящее время широкое применение находят цифровыемиплазерныеинивелиры. Цифровойпнивелир. Цифровой нивелир - это высокоточный оптический нивелир, но с автоматическим сбором, хранением и обработкой полученной информации (рис. 10). Это значит, что все основные условия, необходимые для выполнения высокоточных измерений оптическими нивелирами, должны соблюдаться и для цифровых нивелиров.[3]

Работы по выполнению геодезических измерений выполняются в комплекте с рейкой, имеющей шкалу со штрихкодовым рисунком. На лицевой стороне штрихкодовой рейки нанесена растровая шкала чередуемых черных полос и белых промежутков. Их ширина по высоте кодирована. Световые волны от штрихкодового рисунка воздействуют на декодирующие датчики нивелира. Визирный луч нивелира устанавливается горизонтально с помощью компенсатора. Декодирующее устройство расшифровывает высотность нивелира относительно рейки по соотношению поступивших в объектив световых воздействий от темных и светлых реечных полос. Процессор нивелира осуществляет счет измеренных превышений и их суммы с точностью 0,1 мм, а также определяет расстояние до реек и неравенство плеч нивелирования. Время снятия отсчетов по рейке составляет 2-4 с. Электроникой прибора автоматически вводятся поправки за кривизну Земли, рефракцию и погрешность отклонения визирного луча от горизонта. Результаты измерений с уже введенными поправками отслеживаются на дисплее и по желанию оператора могут направляться в память нивелира. Программа реализует последовательное вычисление и вывод на дисплей высотиточекиустановкиирейки. Лазерные нивелиры предназначены для измерения превышений и передачи высотных отметок. Нивелир излучает видимый пучок света, относительно которого производят измерения превышений. В лазерных геодезических приборах в качестве излучателя светового потока используются оптические квантовые генераторы (лазеры).

Рисунок 12. Отсчет по рейке

В настоящее время лазерные нивелиры выпускаются в основном с автоматически горизонтируемым пучком излучения, вращающимся лазерным лучом, что дает возможность формировать в пространстве световые линии и плоскости. Положение этой плоскости фиксируется на специальной рейке или стенах зданий. Прибор устанавливается на штативе и с помощью трех подъемных винтов приводится в отвесное положение. Световая плоскость фиксируется визуально или с помощью фотоприемного устройства. Нивелир может быть установлен так, чтобы формировалась вертикальная плоскость. Он снабжен вычислительным устройством, позволяющим выполнять автоматическое вычисление превышений, высот и расстояний.



2.3 Определение превышений оптическим нивелиром

Для работы с оптическим нивелиром нам понадобятся: штатив для установки нивелира и двусторонняя рейка.

Оптический нивелир является самым конструктивно-простым из нивелиров. Оптический нивелир в комплекте со штативом и нивелирными рейками способен дать превышение между двумя точками, а также выполнить геометрическое нивелирование различных классов. Оптические нивелиры в первую очередь различаются увеличением зрительной трубы, что напрямую влияет на его точность. Чем больше увеличение зрительной трубы оптического нивелира, тем проще и точнее будет снять отсчет по рейке. Оптические нивелиры бывают технические, точные и высокоточные, что соответствует одноименным классам нивелирования. Также оптические нивелиры могут быть с компенсатором или без него. Компенсатор ускоряет работу оператора. Компенсатор оптического нивелира может быть с магнитным или воздушным демпфером. На некоторых моделях оптических нивелиров есть горизонтальный лимб для измерения горизонтальных углов. Сейчас ни одна стройка не обходится без комплекта оптического нивелира, так как он является необходимым и доступным по цене геодезическим прибором. Оптический нивелир -- это прибор, который давно используется геодезистами и будет еще долго востребован в сфере геодезии и строительства. Уже существуют замены оптическому нивелиру, но такие нивелиры будут стоить дороже, хотя и проще в обслуживании. [5]

Точность на 1 км двойного хода 1.5 мм. Диаметр объектива 40 мм. Лимб с делениями 1°. Особенности: замок компенсатора для транспортировки.

Характеристики

- СКП на 1 км двойного хода: 1.5 мм

- Измеряемое расстояние: 1.5 м - 100 м

- Увеличение зрительной трубы: 28 x

- Масса инструмента: 1.9 кг

- Температура работы: -20 °С до +50 °С

Наблюдения на станции выполняют в такой последовательности:

-Устанавливают нивелир в рабочее положение с помощью установочного или цилиндрического уровня.

-Наводят трубу на черную сторону задней стенки рейки, приводят пузырек уровня подъемным или элевационным винтом точно на середину и делают отсчет по среднему штриху сетки зрительной трубы.

-Наводят трубу на черную сторону передней рейки и выполняют действия, указанные при наблюдении задней стенки.

-Наводят трубу на красную сторону передней рейки и делают отсчет по среднему штриху сетки.

-Наводят трубу на красную сторону задней рейки и делают отсчет по среднему штриху сетки.

В связи с тем, что начальная и конечная точки хода совпадают, то теоретическая сумма превышений по выбранному направлению хода должна быть равна нулю . Из-за погрешностей в измерениях высот, превышения могут содержать погрешности, а их сумма в этом случае будет отличаться от теоретической, т.е. образуется невязка в превышениях. При допустимой величине невязки производят вычисление поправок в превышениях, исправляют превышения и контролируют результаты.[4]

Таблица 1. Журнал нивелирования.

№ станции	№ точки	Отсчет по рейке	Превышения	Высота точки(м)
		Задняя, (мм)	Передняя,(мм)	Вычисленные	Средние(мм)
1	1 1а	1435 6137	1602 6299	-167 -162	-164.5	50,000 (+1) 49,837
2	1а 2	0420 5123	2761 7461	-2341 -2338	-2339.5	49,837 (+1) 47,498
3	2 3	0322 5020	2059 6749	-1727 -1732	-1729.5	47,498 (+1) 45,770
4	3 4	2245 6947	1300 6001	945 946	945.5	45,770 (+1) 46,716
5	4 5	1455 6155	2018 6715	-566 -560	-563	46,716 (+1) 46,154
6	5 5а	2752 7456	0196 4895	2556 2561	2558.5	46,154 (+1) 48,713
7	5а 5б	2943 7642	0049 4749	2894 2894	2894	48,713 (+1) 51,608
8	5б 5в	2117 6815	0358 5058	1759 1757	1758	51,608 (+1) 53,367
9	5в 6	1836 6537	1795 6495	41 42	41.5	53,367 (+1) 53,410
10	6 6а	0210 4901	2183 6879	-1973 -1978	-1975.5	53,410 (+1) 51,435
11	6а 1	1153 5851	2589 7284	-1436 -1433	-1434.5	(+1) 50,000
					?=-11

Допустимая невязка геометрического нивелирования

fдоп =20 (мм) (мм)

где L - длина хода.

Длинна хода составляет 764,98м.

17.5?11

Неравенство выполняется, соответственно мной получена допустимая невязка, следовательно измерения выполнены верно.



2.4 Определение превышений цифровым нивелиром

Цифровой нивелир или же цифровой уровень, как его называют за рубежом относится к категории самых «ответственных» инструментов. Называют его так потому, что цифровые нивелиры относится к профессиональным высокотехнологичным приборам. Именно нивелир позволяет значительно упростить и автоматизировать различного рода измерения. К тому же цифровой нивелир позволяет повысить качество и надежность таких изменений. Несмотря на сложность выполняемых задач Вы гарантированно получите стабильный и качественный результат. Данный инструмент можно использовать даже в условиях плохой видимости, тусклого освещения и тумана. 00000Цифровой нивелир оснащен процессором, а также большой встроенной памятью для сохранения измерений. Таким образом, использование цифрового нивелира исключает человеческий фактор, а, значит, и снижает риск ошибок. Все полученные результаты можно увидеть на экране нивелира. К тому же все результаты, поученные цифровым нивелиром можно перенести на любое другое внешнее устройство.

Современные модели цифровых нивелиров выпускают с ударопрочным и влагозащищенным корпусом, что делает возможным использование данного прибора в самых неблагоприятных погодных условиях. Стоимость цифрового нивелира зависит от его точности, а, соответственно, кратности увеличения зрительной трубы. Инновационная оптика позволяет увеличивать объект до 32 раз. А в памяти нивелир может сохранять изображение объёмом до 10 тысячи точек.

Цифровые нивелиры компании Trimble снискали славу самых прочных, надёжных и функциональных по всему миру. Цифровой нивелирTrimble оснащён интуитивным интерфейсом, мощным программным обеспечением и автоматическим компенсатором, обеспечивающим особую корректировку оси инструмента. Благодаря новейшим технологиям производства приборы компании Trimble переложили на электронику все рутинные измерения и вычисления. Это существенно сокращает количество ошибок, производимых в процессе вычислений. Также отпадает необходимость ведения дневника или журнала, с записями измерений. Все полученные результаты сохраняются в памяти нивелира и внести поправки можно в любой момент или перенести их на другое устройство. Сделать это можно быстро и удобно, потому как цифровой нивелир Trimble корректно работает с различными носителями и usb накопителями. Нивелиры Trimble эффективно и без перебоев работают как в экстремальных условиях, так и при совершении повседневных геодезических работ.

- СКП на 1 км двойного хода: 0.3 мм;

- Измеряемое расстояние: 1.5 м - 100 м

- Увеличение зрительной трубы: 32 x

- Масса инструмента: 3.2 кг

- Температура работы: -20 °С до +50 °С

Нивелиры Trimble -- это цифровые инструменты для высокоточного определения превышений. Trimble может использоваться для решения таких задач, как точное нивелирование горизонтальных и наклонных поверхностей, задание требуемых уклонов и продольных профилей, слежение за деформациями и создание высотного обоснования опорных геодезических сетей.

Все цифровые нивелиры являются самоустанавливающимися и высокоточными, поэтому для нивелирования обычно используются инварные рейки, для менее точных работ фиберглассовые, имеющие несколько больший температурный коэффициент расширения, и поэтому менее точные. На эти рейки наносится кодовая маска, по которой автоматически считываются отсчеты в процессе нивелирования. Все фирмы выпускают рейки к кодовым нивелирам, которые не могут быть использованы для визуального отсчета



Таблица 2. Журнал нивелирования

№ станции	№ точки	Отсчет по рейке, (мм)	Превышения, (мм)	Высота точки(м)
1	1 1а	1248,3 1393,5	-0145,2	50,000 49,854
2	1а 2	0483,9 2797,5	-2358,6	49,854 (-1) 47,495
3	2 3	0299,6 2016,9	-1717,3	47,495 (-1) 45,777
4	3 4	2503,7 1554,2	0949,5	45,777 46,727
5	4 5	1590,4 2157,9	-0567,5	46,727 (-1) 46,158
6	5 5а	2781 0227	2554	46,158 (-1) 58,711
7	5а 5б	2917,2 0022,1	2895,1	58,711 (-1) 51,605
8	5б 5в	2158,4 0397,1	1761,3	51,605 53,367
9	5в 6	1613,2 1569,8	0043,4	53,367 53,410
10	6 6а	0338,1 2230,1	-1892	53,410 (-1) 51,516
11	6а 1	10970 2612,3	-1515,3	51,516 (-1) 50,000
			?=7

Так же, как и при техническом нивелировании проверяем допустимость невязки:

Допустимая невязка геометрического нивелирования

fдоп =20 (мм) (мм)

где L - длина хода.

Длинна хода составляет 764,98м.

17.5?7

Неравенство выполняется соответственно мной получена допустимая невязка, следовательно измерения выполнены верно.



ВЫВОДЫ

По итогам написания данной главе я определилась с местом проведения сьемочных работ, с местом расположения опорных точек. Мною были произведены измерения превышений двумя нивелирами: техническим и цифровым (таблица 3). По полученным измерениям были вычислены высотные отметки точек и погрешности измерений. При работе с обоими приборами сумарная невязка является допустимой, но при работе с цифровым нивелиром невязка меньше чем у технического нивелира, соответственно точность при работе с цифровым нивелиром выше, так же при работе с цифровым нивелиром сокращается время снятия отсчетов, так как отсчеты снимаются только по одной стороне рейки.

Таблица 3. Сравнительный анализ.

Пункт	Отметки точек, м	Расхождение отметок, ДН(мм)
	CTS/berger	Trimble
1	50,000	50,000	0
2	47,498	47,495	3
3	45,770	45,777	7
4	46,716	46,727	11
5	46,154	46,158	4
6	43,410	43,410	0



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Цель настоящей работы заключается в создать планово-высотной нивелирную сети IV класса, получение съёмочного обоснованиия для прохождения учебной практики младших курсов.

Для достижения указанной цели перед работой были поставлен ряд задач. При решении задачи выбора территории для расположения опорных точек и выбора расположения опорных пунктов, в работе изучена близлежащая местность и выбрано наиболее подходящее место для проведения высотных измерений, которое соответствует всем необходимым параметрам, таким как:

-легкопроходимость;

-минимальное количество транспорта;

-небольшое количесво прохожих;

-хорошая видимость;

-отсутсвие высоких зданий и сооружений;

-относительно больльшие уклоны и т.д.

При решении задачи выбора метода нивелирования были изучены все методы нивелирования и выбран геометрически метод нивелирования, так как он является наиболее актуальным, точным и простым в использовании и не требует сравнительно громоздкого и сложного оборудования.

При решении задачи выбора приборов для определения высот точек, были выбраны два прибора, таких как, технический и цифровой нивелир, для получения наиболее точных результатов. По итогам сравния работы с обоими приборами , наиболее точные результаты были получены при измерении цифровым нивелиром, соответственно именно на эти измерения и будут опираться последующие курсы для выполнения практически заданий.

Таким образом, задачи решены в полном объеме, цель достигнута - получено съемочное обоснование для прохождения учебной практики младших курсов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Попов В. Н. Учебник для вузов: Геодезия: учебник / В. Н. Попов, С. И. Чекалин.- М.: «Горная книга», 2007-505с.

2. Федеральная служба геодезии и картографии России. Геодезические, картографические инструкции, нормы и правила. Инструкция по нивелированию I , II , III и IV классов. Гкинп (гнта)-03-010-02. Москва Цниигаик. 2003 г. - Свободный доступ из сети Интернет. - Режимдоступа:http://www.gosthelp.ru/text/GKINP0301002Instrukciyapo.html

3. Инженерная геодезия (с основами геоинформатики): Учебник для вузов ж.-д. трансп. / С.И. Матвеев, В.А. Коугия, В.Д. Власов и др.; Под ред. С.И. Матвеева. М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на ж.-д. транспорте», 2007. - 555 с.

4. Шумаев К. Н. Геодезическое трассирование: Геодезия: Методичские указания к выполнению полевых работ / К. Н. Шумаев, А.Я. Сафонов. - Красноярск: «Красноярский Аграрный Университет», 2012-27с.

5. Электронные геодезические приборы и работа с ними : учеб.-метод. пособие / Е. К. Атрошко [и др.]. - Гомель : БелГУТ, 2008. - 36 с.

6. Богомолова Е. С. Вынесение на местность проектов сооружений. Решение инженерно-геодезических задач: Геодезия: Методические указания по учебной геодезической практике / Богомолова Е. С. Малковский О. Н. - СПб.: ПГУПС, 2004. - 30 с.

7. Богомолова Е.С. Составление отчета по практике: Геодезия: Методические указания по учебной геодезической практике / Е.С. Богомолова, В. В. Грузинов. - СПб.: ПГУПС, 2005. - 22 с.

8. Коугия В.А. Учебная геодезическая практика: Методические указания. - СПб.: ЛИИЖТ, 1991. - 25 с.

9. Коугия В.А. Нивелирование трассы / В. А. Коугия, В. Д. Петров, О. П. Сергеев. - СПб.: ПГУПС, 2003. - 35 с.

10. Коугия В.А. Создание съемочной геодезической сети: Геодезия: учебник / В. А. Коугия, О. П. Сергеев - СПб.: ПГУПС, 1999. - 21 с.

11. Съемка местности: Методические указания по учебной геодезической практике / В.И. Полетаев, М.Е. Ткачук, Е.С. Богомолова и др - СПб.: ПГУПС, 2003. - 35 с.

12. Инженерная геодезия : учеб. для вузов / Е.Б. Клюшин и др.; под ред. Д.Ш. Михеева. - 2-е изд., испр. - М. : Высш. шк., 2002.

13. Лабораторный практикум по инженерной геодезии : учебное пособие для вузов / В.Ф. Лукъянов, В.Е. Новак, Н.Н. Борисов и др. - М. : Недра, 1990.

14. Выполнение лабораторных работ по инженерной геодезии: Методические указания / В.В. Грузинов, В.Д. Петров, В.И. Полетаев и др.: - СПб.: ПГУПС, 2002. - 50 с.

15. Инженерная геодезия: Учебник для вузов ж. - д. трансп. /А.А. Визгин. В.Н. Ганьшин, В.А. Коугия и др.; под редакцией проф. Л.С. Хренова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк., 1985. - 252 с.

Размещено на Allbest.ru