Выравнивание

Сотрудник Центра оперативной океанографической продукции и услуг проводит выравнивание приливных станций в поддержку инженерного корпуса армии США в Ричмонде, штат Мэн.

Нивелирование ( британский английский ) или нивелирование ( американский английский ; см. Различия в написании ) - это ветвь геодезии , цель которой состоит в том, чтобы установить, проверить или измерить высоту указанных точек относительно точки отсчета. Он широко используется в картографии для измерения геодезической высоты и в строительстве для измерения разницы высот строительных артефактов. Это также известно как спиритическое выравнивание и дифференциальное выравнивание .

Оптическое выравнивание [ править ]

Отметки стадий на перекрестии при просмотре метрической нивелирной рейки . Верхняя отметка - 1500 мм, нижняя - 1345 мм. Расстояние между отметками 155 мм, что дает расстояние до штанги 15,5 м.

Для оптического нивелирования используется оптический уровень , который состоит из прецизионного телескопа с перекрестием и отметками стадиона . Перекрестие используется для определения точки уровня на цели, а стадионы позволяют определять расстояние; стадионы обычно имеют соотношение 100: 1, и в этом случае один метр между отметками стадионов на нивелирной рейке представляет собой 100 метров от цели. Весь блок обычно устанавливается на штатив , и телескоп может свободно вращаться на 360 ° в горизонтальной плоскости. Геодезист регулирует уровень инструмента путем грубой настройки ножек штатива и точной настройки с помощью трех прецизионных регулировочных винтов на инструменте, чтобы сделать плоскость вращения горизонтальной. Сюрвейер делает это с помощьюуровень «бычий глаз», встроенный в крепление для инструментов. Геодезист смотрит в окуляр телескопа, в то время как ассистент держит вертикальную рейку.который измеряется в дюймах или сантиметрах. Нивелирную рейку устанавливают вертикально, используя уровень, так, чтобы ее ножка находилась в точке, для которой требуется измерение уровня. Телескоп вращается и фокусируется до тех пор, пока рейка уровня не будет четко видна в перекрестии. В случае высокоточного ручного уровня точная регулировка уровня выполняется винтом высоты с использованием высокоточного пузырькового уровня, прикрепленного к зрительной трубе. Это можно увидеть в зеркале во время настройки, или концы пузыря могут быть отображены в телескопе, что также позволяет гарантировать точный уровень телескопа во время съемки прицела. Однако в случае автоматического нивелирования регулировка высоты выполняется автоматически с помощью подвешенной призмы под действием силы тяжести, если грубое нивелирование является точным в определенных пределах. Когда уровень,Показание окончания рейки на перекрестии записывается, и опознавательная метка или маркер помещается в том месте, где рейка опиралась на исследуемый объект или позицию.

Процедура линейного нивелирования [ править ]

Диаграмма, показывающая взаимосвязь между двухуровневыми рейками или стержнями, обозначенными цифрами 1 и 3. Линия прямой видимости на уровне 2.

Типичная процедура для линейного трека уровней от известной системы координат выглядит следующим образом. Установите инструмент в пределах 100 метров (110 ярдов) от точки с известной или предполагаемой высотой. Штанга или рейка удерживаются вертикально в этой точке, и прибор используется вручную или автоматически для считывания шкалы штанги. Это дает высоту инструмента над начальной (задней) точкой и позволяет вычислить высоту инструмента (HI) над нулевой точкой. Затем стержень удерживается на неизвестной точке, и таким же образом снимаются показания, позволяя вычислить высоту новой (передней) точки. Разница между этими двумя показаниями равна изменению высоты, поэтому этот метод также называют дифференциальным нивелированием.. Процедура повторяется до тех пор, пока не будет достигнута конечная точка. Обычно выполняется либо полное возвращение в исходную точку, либо закрытие хода во второй точке, высота которой уже известна. Проверка закрытия защищает от грубых ошибок в работе и позволяет наиболее вероятным образом распределить остаточную ошибку между станциями.

Некоторые инструменты имеют три перекрестия, которые позволяют измерять расстояние между прямой и задней точкой на стадионе. Они также позволяют использовать среднее значение трех показаний (3-проводное нивелирование) в качестве проверки на грубые ошибки и для усреднения ошибки интерполяции между отметками на стержневой шкале.

Двумя основными типами нивелирования являются одинарное, как уже было описано, и двойное нивелирование (двойные стержни). При двойном нивелировании геодезист берет две передние и две задние точки и следит за тем, чтобы разница между передними и задними точками была одинаковой, тем самым уменьшая количество ошибок. ^[1] Двойное выравнивание стоит вдвое дороже, чем одноуровневое. ^[2]

Поворот уровня [ править ]

При использовании оптического уровня конечная точка может находиться за пределами эффективного диапазона прибора. Между конечными точками могут быть препятствия или большие перепады высоты. В этих ситуациях необходимы дополнительные настройки. Поворот - это термин, используемый при перемещении уровня, чтобы сделать снимок высоты из другого места.

Чтобы «повернуть» уровень, нужно сначала снять показания и записать высоту точки, на которой находится штанга. Пока стержень находится в одном и том же месте, уровень перемещается в новое место, где стержень все еще виден. Показания берутся из нового местоположения уровня, и разница высот используется для определения новой отметки пистолета уровня. Это повторяется до тех пор, пока серия измерений не будет завершена.

Уровень должен быть горизонтальным, чтобы получить достоверное измерение. Из-за этого, если горизонтальное перекрестие инструмента ниже, чем основание вехи, геодезист не сможет увидеть веху и получить показания. Удилище обычно можно поднять на высоту до 25 футов, что позволяет установить уровень намного выше, чем основание стержня.

Тригонометрическое выравнивание [ править ]

Другой стандартный метод нивелирования в строительстве и геодезии называется тригонометрическим нивелированием , который предпочтительнее при нивелировании «нивелированием» до нескольких точек от одной стационарной точки. Это делается с помощью тахеометра или любого другого инструмента для считывания вертикального или зенитного угла к вехе, а изменение высоты рассчитывается с использованием тригонометрических функций (см. Пример ниже). На больших расстояниях (обычно 1000 футов и более) кривизна Земли и преломление инструментальной волны в воздухе также необходимо учитывать при измерениях (см. раздел ниже).

Пример: прибор в точке A, считывающий до стержня в точке B, будет рассчитан зенитный угол <88 ° 15'22 дюйма (градусы, минуты, дуговые секунды ) и наклонное расстояние 305,50 футов без факторизации стержня или высоты инструмента. таким образом:

cos (88 ° 15'22 ") (305,5) ≈ 9,30 фута,

что означает изменение высоты примерно на 9,30 футов между точками A и B. Таким образом, если точка A находится на высоте 1000 футов, то точка B будет на высоте примерно 1009,30 футов, поскольку опорная линия для зенитных углов идет прямо вверх. по часовой стрелке на один полный оборот, и поэтому угол менее 90 градусов (горизонтальный или плоский) будет смотреть вверх, а не вниз (и наоборот для углов больше 90 градусов), и поэтому будет увеличиваться высота.

Преломление и кривизна [ править ]

Кривизна Земли означает, что линия обзора, которая является горизонтальной у инструмента, будет все выше и выше над сфероидом на больших расстояниях. Эффект может быть незначительным при некоторых работах на дистанциях до 100 метров.

Линия визирования у прибора горизонтальна, но не является прямой линией из-за атмосферной рефракции . Изменение плотности воздуха с высотой заставляет луч взгляда изгибаться к земле.

Комбинированная поправка на рефракцию и кривизну составляет приблизительно: ^[3]

${\displaystyle \Delta h_{meters}=0.067D_{km}^{2}}$ или же ${\displaystyle \Delta h_{feet}=0.021\left({\frac {D_{ft}}{1000}}\right)^{2}}$

Для точной работы необходимо рассчитать эти эффекты и внести поправки. Для большинства работ достаточно, чтобы расстояния передней и задней визирования были приблизительно равными, чтобы эффекты преломления и кривизны компенсировались. Рефракция, как правило, является самым большим источником ошибок при нивелировании. Для коротких линий уровня влияние температуры и давления обычно незначительно, но влияние температурного градиента dT / dh может привести к ошибкам. ^[4]

Петли выравнивания и вариации силы тяжести [ править ]

Предполагая безошибочные измерения, если бы гравитационное поле Земли было бы полностью регулярным и гравитационным постоянным, нивелирные контуры всегда точно замыкались бы:

${\displaystyle \sum _{i=0}^{n}\Delta h_{i}=0}$

вокруг петли. В реальном гравитационном поле Земли это происходит только приблизительно; на небольших петлях, типичных для инженерных проектов, замыкание петли незначительно, но на более крупных петлях, охватывающих регионы или континенты, это не так.

Вместо разницы высот разности геопотенциалов замыкаются вокруг петель:

${\displaystyle \sum _{i=0}^{n}\Delta h_{i}g_{i},}$

где - сила тяжести на интервале нивелирования i . Для точного выравнивания сетей в национальном масштабе всегда следует использовать последнюю формулу.${\displaystyle g_{i}}$

${\displaystyle \Delta W_{i}=\Delta h_{i}g_{i}\ }$

должны использоваться во всех вычислениях, производя значения геопотенциала для тестов сети.${\displaystyle W_{i}}$

Инструменты [ править ]

Классические инструменты [ править ]

Нивелир был разработан английским инженер - строитель Уильям Gravatt , во время съемки маршрута предлагаемой железнодорожной линии от Лондона до Дувра. Более компактный и, следовательно, более надежный и простой в транспортировке, обычно считается, что нивелир на кочках менее точен, чем другие типы нивелирования, но это не так. Для неровной нивелировки требуются более короткие и, следовательно, более многочисленные прицелы, но этот недостаток компенсируется практикой уравнивания передних и задних прицелов.

Точные проекты уровней часто использовались для крупных проектов по выравниванию, где требовалась максимальная точность. Они отличаются от других нивелиров очень точной трубкой спиртового уровня и микрометрической регулировкой для повышения или понижения линии визирования, так что перекрестие может совпадать с линией на шкале стержня и не требуется никакой интерполяции.

Автоматический уровень [ править ]

Автоматические нивелиры используют компенсатор, который гарантирует, что линия визирования остается горизонтальной после того, как оператор приблизительно выровнял инструмент (с точностью до 0,05 градуса). Геодезист быстро настраивает инструмент и ему не нужно осторожно выравнивать его каждый раз, когда он нацеливается на штангу в другой точке. Это также снижает эффект незначительной установки штатива до фактического количества движения вместо увеличения угла наклона на расстоянии визирования. Для выравнивания инструмента используются три винта уровня.

Лазерный уровень [ править ]

Лазерные нивелиры ^[5] излучают луч, который виден и / или обнаруживается датчиком на нивелирной рейке. Этот стиль широко используется в строительных работах, но не для более точного контроля. Преимущество заключается в том, что один человек может выполнять нивелирование независимо, в то время как для других типов требуется, чтобы один человек стоял у инструмента и один держал стержень.

Датчик может быть установлен на землеройных машинах для обеспечения автоматической сортировки .

См. Также [ править ]

• Глоссарий терминов выравнивания

• Обзорный лагерь
• Планировка земли
• Ортометрическая высота
• Динамическая высота
• Физическая геодезия

Ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме выравнивания .