Сущность, способы и виды нивелирования»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Географический факультет
Кафедра физической географии, краеведения и туризма
Курсовая работа
«Сущность, способы и виды нивелирования»
Уфа-2013
Содержание
Введение…………………………………………………………
Глава 1 Нивелир. Устройство и типы ………………………............ 4
- Типы нивелиров………………………………………….… ….4
- Устройство нивелира……………………………………… …..6
- Методы нивелирования…………………………………… …..7
Глава 2 Нивелирование ……………………………………………..11
2.1 Подготовка к измерениям…………………………………….11
2.2 Горизонтирование инструмента ……………………………..13
2.3 Центрирование………………………………..………
2.4 Измерения. Взятие отсчетов………………………………….14
2.5 Нивелирный ход ……………………………………………....17
2.6 Площадное нивелирование …………………………………..18
2.7 Съемка
с помощью нивелира ……………………………
Глава 3 Поверка и юстировка прибора………………………….....21
3.1 Поверка………………………………………………………..
3.2 Юстировка………………………………………………….…
Заключение……………………………………………………
Список литературы……………………………………………………
Введение
Нивелирование – это геодезические работы по определению превышений. В зависимости от метода определения различают геометрическое, тригонометрическое, гидростатическое и другие виды нивелирования.
Целью моей работы является обогащение теоретических и практических знаний в нивелировании, изучить устройство нивелира, освоить методику поверок и юстировок нивелира.
Задачи: углубить свои теоретические знания в области нивелирной съемки, расширить и закрепить их; научиться работать самостоятельно с нивелиром и проводить нивелирную съемку местности, поверку и юстировку нивелира.
При выполнении курсовой работы я воспользовалась такими методами как метод наблюдения, математические, статистические методы.
Работа состоит из следующих глав: введения, главы 1 (Нивелир. Устройство и типы), глава 2 (нивелирование), глава 3 ( поверка, юстировка прибора), заключения и из списка использованной литературы. При этом работа содержит 15 рисунков и иллюстраций. Использованной литературы насчитывается 13. Особенно важные информации я нашла в учебниках Курошева, В.Н. Ганьшина, Л.А. Черкаса и В.Е. Новакова.
Глава 1. Нивелир. Типы и устройство
Нивелир — геодезический прибор, предназначенный для определения разности высот двух точек горизонтальным визирным лучом по вертикально установленным в этих точках рейкам. Нивелир (от фрaнц. nivеlеr - выравнивать, niveau - уровень), геодезический инструмент для измерения превышения точек земной поверхности – нивелирования, a также для задания горизонтальных направлений при монтажных работах. Наибольшее распространение имеют оптико-механические нивелиры, снабженные зрительной трубой, при помощи которой производят отсчет по рейке. Перед отсчетом визирную линию зрительной трубы устанавливают горизонтально при помощи уровня; в нивелирах c самоустанавливающейся линией визирования это осуществляется автоматически [Анисимов В.А. год].
1.1Типы нивелиров
Нивелиры подразделяются на следующие типы:
1. Глухие (НГ, HB-1) зрительная труба, уровень и подставка инструмента соединены так, что изменение их взаимного положения возможно лишь при помощи исправительных винтов, предназначенных для регулировки инструмента.
2. Глухие с поворотной трубой (полуглухие );
3. Со свободной (перекладной)
трубой (НТ),
б) C уровнем при трубе;
4. C самоустанавливающейся линией визирования (HС-3, HСМ-2, HЗК);
5. C наклонным лучом визировния HЛ-3).
Наиболее совершенны те системы нивелиров, y которых обеспечена надежная связь трубы c уровнем, a все части инструментов лучше защищены от внешних влияний.
У глухих нивелиров зрительная труба наглухо прикреплена к вертикальной оси вращения инструмента. В работе глухие нивелиры последних систем удобны тем, что позволяет одновременно вести отсчеты по рейке и наблюдать за положением уровня.
У полуглухих нивелиров труба соединена c вертикальной осью вращения так, что, кроме поворота вокруг этой оси, она может поворачиваться на 180° вокруг своей геометрической (горизонтальной) оси. Для окончательной установки в горизонтальное положение имеется элевационный винт. Уровень наглухо (сбоку) прикреплен к трубе.
У нивелиров со свободной (перекладной) трубой к вертикальной оси вращения прикреплены вилкообразные подставки (лагеры), на которые опирается труба своими кольцеобразными выступами (цапфами). Трубу можно вынуть и переложить в лагерях или, не вынимая ее из лагер, повернуть вокруг геометрической оси на 180° (поворот в лагерах). Трубу можно также переложить и повернуть в лагерах на 180°. Наиболее распространенный тип нивелира c перекладной трубой - нивелир c уровнем при подставке.
Нивелиры c самоустанавливающейся линией визирования (c призменным, линзовым или зеркальным компенсатором) выгодно отличаются от обычных нивелиров тем, что требуют меньшей затраты времени на установку, так как нивелировщик приводит нивелир в горизонтальное положение по уровню малой точности (c ценой деления порядка 2′-10′). Окончательное приведение линий визирования в горизонтальное положение выполняется автоматически, упомянутыми компенсаторами.
Нивелир c наклонным лучом позволяет непосредственно отсчитывать превышения до 20 м c одной стоянки, что удобно в сильно пересеченной местности. Однако шкала, по которой делается отсчет превышений, ограниченно освещена, что значительно сужает область его применения, особенно при нивелировании в лесу, a также в пасмурную погоду [Анисимов В.А., 2009].
Различают следующие три основных типа нивелиров по точности нивелира:
1 -высокоточные - дающие на 1 км хода ошибки, не превышающие, 0,5 – 1,0 мм. Н-0,5, Н-2, используются при нивелировании I, II классов;
2 -точные - дающие на 1 км хода ошибки, не превышающие, 4– 8 мм. Н-3, НС-4, используются при нивелировании III, IV классов.
3 -технические - дающие на 1 км хода ошибки, не превышающие, 15 мм. НГ, Н – 10, НТ, используются для технического нивелирования [Антрошко Е.К., 2004].
Цифры после Н указывают точность нивелирования (средняя квадратичная погрешность на 1км двойного хода).
Маркировка нивелиров состоит из буквенно-цифрового кода примерно такого вида 3H-2КЛ. Здесь: цифра 3 – модификация прибора, буква Н – Нивелир, цифра 2 – среднеквадратичная погрешность на 1 километр двойного хода в миллиметрах, К – обозначает наличие компенсатора, Л – наличие горизонтального лимба для измерения горизонтальных углов с технической точностью [Антрошко Е.К., 2004].
1.2. Устройство нивелира
В качестве примера можно рассмотреть строение оптического нивелира. Проведение геодезических работ невозможно представить без такого прибора, как оптический нивелир, c помощью которого на местности определяется превышение (разность высот) одной точки над другой. Они являются самые распространенными и популярными геодезическими приборами. Эти приборы различают по принципу их работы и способу выполнения измерений. Остановимся подробнее на классическом геодезическом инструменте — оптическом нивелире. Рассмотрим устройство нивелира c уровнем.
Рис. 1 Устройство нивелира
1 - пружинящая пластина со
4 - окуляр; 5 - целик; 6 - корпус зрительной трубы; 7 - коробка цилиндрического контактного уровня; 8 - механический визир (мушка); 9 - объектив; 10 - кремальерный винт (головка трубки); 11 - закрепительный винт; 12 - наводящий винт;13 - установочный круглый уровень; 14 - исправительный винт установочного уровня; 15 - подъемный винт.
[ Е.К. Антрошко . БелГУТ, 2004. 107 с.]
- методы нивелирования
Нивелирование – определение абсолютных высот (глубин) или превышений точек земной поверхности относительно уровня моря или какого-либо другого уровня [ Черкас, Гродно : ГрГУ, 2011. – 145 с.]
Нивелирование обычно используют для определения высот точек при составлении топографических планов, карт, профилей, при перенесении проектов застройки и планировки территории по высоте. При производстве строительных работ c помощью нивелирования устанавливают строительные конструкции в проектное положение по высоте. Применяют нивелирование при наблюдениях за осадками и деформациями зданий, для определения вертикальных перемещений точек зданий и сооружений.
Различают следующие методы нивелирования:
1) геометрическое нивелирование;
2) тригонометрическое нивелирование;
3) физическое нивелирование:
- гидростатическое нивелирование;
- барометрическое нивелирование;
- радиолокационное нивелирование;
4) автоматическое.
1) Геометрическое нивелирование - это метод определения превышения с помощью горизонтального визирного луча и нивелирных реек. Для получения горизонтального луча используют прибор, который называется нивелиром. Геометрическое нивелирование широко применяется в геодезии и строительстве. Нивелирование выполняется горизонтальным визирным лучом с помощью нивелира. Превышение одной точки над другой определяется непосредственно из отсчётов, которые берутся по рейкам с помощью горизонтального луча зрения. Геометрическое нивелирование в зависимости от преследуемой цели делится на две категории. К первой категории относится геометрическое нивелирование, которое выполняется с целью получения системы опорных высотных пунктов I, II, III и IV классов. Нивелирование первой категории называется государственным. Геометрическое нивелирование второй категории производится для нужд строительства и инженерных изысканий. Оно называется техническим нивелированием. В результате государственного нивелирования получают сеть марок и реперов, расположенных на территории страны по определённому плану. Марки и реперы служат исходными точками для технического нивелирования. Для производства геометрического нивелирования необходимы специальные инструменты - нивелиры и нивелирные рейки.
2) Тригонометрическое нивелирование - это метод определения превышения по измеренному углу наклона и расстоянию между точками. Его применяют при топографических съемках и при определении больших превышений. Оно выполняется наклонным визирным лучом c помощью теодолита. Здесь превышения точек определяются путём вычислений по формулам тригонометрии, исходя из расстояния между точками и угла наклона визирного луча к горизонту. Тригонометрическое нивелирование называется также геодезическим. Если при этом нивелировании расстояния между точками определяются дальномером, то оно носит название тахеометрического нивелирования. Тригонометрическое нивелирование применяется для получения точек высотной рабочей основы, а также в целях пополнения высотных данных при составлении мелкомасштабных карт и т. д. Тригонометрическое нивелирование может производиться любым инструментом, имеющим вертикальный круг.
3) К физическому нивелированию относят методы, основанные на использовании различных физических явлений: метод, гидростатического нивелирования нивелирования, основанный на применении сообщающихся сосудов; барометрического нивелирования, основанный на определении превышений по разностям атмосферного давления в наблюдаемых точках; радиолокационного нивелирования, основанного на отражении электромагнитных волн от земной поверхности и определении времени их прохождения. При таком нивелировании превышения точек получаются с помощью физических приборов (гидростата, барометра, термометра и др). В основе гидростатического нивелирования лежит свойство свободной поверхности: жидкости в сообщающихся сосудах всегда находятся на одном уровне. При барометрическом нивелировании применяется барометр. В этом случае превышения определяются по разностям атмосферного давления в наблюдаемых точках. Барометрическое нивелирование применяется при высотном обосновании аэросъёмок мелкого масштаба, при географических исследованиях и различного рода рекогносцировках.
-Метод гидростатического
нивелирования применяют в
-Барометрическое
нивелирование применяют в
-Радиолокационное нивелирование выполняют при аэрофотосъемке местности.
4) Автоматическое нивелирование осуществляют с помощью специальных приборов, устанавливаемых на автомобилях, железнодорожных вагонах. При автоматическом нивелировании сразу вычерчивается на специальной ленте профиль местности. Этот метод находит применение при изысканиях линейных сооружений и для контроля положения железнодорожных путей. [ Анисимов, В.А. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС , 2009, -150 с.]
Глава 2. Нивелирование. Нивелирование на примере оптического нивелира с компенсатором
2.1 Подготовка к измерениям
Достаньте прибор из транспортировочного футляра и проверьте комплектность :
1. Нивелир
2. Ключ Аллена
3. Руководство пользователя
4. Защитный чехол
Рис.2 Комплект нивелира. [ Л.А. Черкас , Гродно : ГрГУ, 2011. – 145 с.]
1. Ослабьте винты на ножках штатива, выдвиньте ножки на нужную высоту и хорошо затяните винты.
2. Для того, чтобы
гарантировать устойчивость
Рис. 3 Установка штатива.
При установке штатива обращайте внимание на то, чтобы головка штатива была горизонтальна. Значительный наклон штатива должен корректироваться с помощью подъемных винтов трегера.
Рис.4 Установка штатива
Бережно обращайтесь c прибором.
• Проверьте все винты и болты.
• В процессе транспортировки помещайте штатив в специальный футляр.
• Царапины и другие повреждения могут привести к снижению точности измерений.
• Используйте штатив только для топографических работ.
2.2 Горизонтирование инструмента
Рис. 5 Горизонтирование.
1.Установите нивелир на штативе. Затяните закрепительный винт.
2.Установите подъемные винты подставки (трегера) в среднее положение по высоте.
3.Приведите пузырек уровня в “нуль-пункт” c помощью подъемных винтов. Приведение пузырька уровня в “нуль-пункт”. Вращайте подъемные винты А и В одновременно в противоположные направления до тех пор, пока пузырек не выйдет в линию, перпендикулярную линии, соединяющий винты А и В. Вращайте винт С, приведите пузырек круглого уровня в центр. [ Черкас, Л.А. Гродно : ГрГУ, 2011. – 145 с.]
Рис.6. Фокусировка зрительной трубы.
1. Наведите трубу
на яркую поверхность (
2. Вращайте окулярное кольцо до тех пор, пока сетка нитей не станет четкой и черной. Теперь окуляр настроен по вашему зрению.
3. Наведите трубу на рейку, используя визир.
4. Вращайте фокусировочный
винт, пока изображение рейки
в поле зрения не станет
четким. Добейтесь отсутствия
2.3 Центрирование
Рис.7 Центрирование нивелира.
Необходимо установить нивелир над точкой:
1. Подвесьте отвес.
2. Ослабьте закрепительный винт. Смещайте нивелир по головке штатива до тех пор, пока отвес не укажет строго на точку.
3. Затяните закрепительный винт.
2.4 Измерения. Взятие отсчетов
Перед началом
полевых работ или после
Уменьшить возможную вибрацию можно, закрепив ножки штатива.
Если оптика загрязнена или запотела, результаты измерений могут быть искаженными. Следите за тем, чтобы оптика всегда была чистой. Следуйте инструкции по ее очистке, приведенной в данном руководстве.
Отсчитывание по рейке:
1. Установите прибор на штативе, выполните горизонтирование прибора и фокусировку сетки нитей.
2. Установите нивелирную рейку вертикально.
3. Выполните
предварительное наведение
4.Точно отфокусируйте изображение рейки c помощью фокусировочного винта.
5. Выполните точное наведение с помощью наводящего винта.
6. Проверьте положение пузырька круглого уровня. Он должен быть в нуль-пункте. Используйте призму контроля положения уровня.
7. Считайте отсчет
по рейке. В качестве отсчетног
Пример на рисунке 10. отсчет = 2.585 м
Рис.8.Отчет по рейке.
Рис .9. Измерение расстояний.
Выполните шаги 1-6. Для определения расстояния возьмите отсчеты по нижней и верхней нитям.
Пример на рисунке:
Отсчет по верхней нити: 2,670м
Отсчет по нижней нити: 2,502м
Разность отсчетов: L=0,168 м
Так как коэффициент дальномера равен 100, расстояние вычисляется по формуле D=100xL. В примере D=100x0,168= 16.8 м
Измерение углов.
Некоторые нивелиры оснащены горизонтальным кругом, который проградуирован в градусах. Необходимо измерить: горизонтальный угол между направлениями на точки А и В. Для этого потребуется выполнить шаги 1-6 из предыдущих примеров.
1. Установите прибор на штативе, выполните горизонтирование прибора и фокусировку сетки нитей.
2. Установите нивелирную рейку вертикально.
3. Выполните
предварительное наведение
4. Точно отфокусируйте изображение рейки c помощью фокусировочного винта.
5. Выполните точное наведение c помощью наводящего винта.
6. Проверьте положение пузырька круглого уровня. Он должен быть в нуль-пункте. Используйте призму контроля положения уровня. После этого совместите вертикальную нить сетки c вертикальной осью рейки.
7. Выставите на лимбе отсчет, равный 0°, вращением рифленого кольца.
8. Наведите трубу на рейку, установленную на точке В.
9. Возьмите отсчет
по лимбу. Это и будет
2.5. Нивелирный ход
Задача: Определить превышение между точками А и В.
Рис.10. Нивелирный ход
Выбирайте станции и точки установки реек, отмеряя шагами длины плеч (расстояния от нивелира до рейки). Они должны быть примерно одинаковые, порядка 40-50 м.
Порядок действий:
1. Установите прибор на станции I1.
2. Установите рейку вертикально на точке А.
3. Наведите трубу на рейку и возьмите отсчет по рейке (задний R).
4. Наведите трубу на рейку, установленную на точке 2, возьмите отсчет (передний V).
5. Переставьте прибор на станцию I2. Наведите на связующую точку 2 и возьмите отсчет по рейке (задний).
6. Выполните
визирование на переднюю
7. Продолжайте прокладку нивелирного хода до тех пор, пока не придете на точку В. Результат:
ΔH = сумма задних отсчетов – сумма передних.
См. пример, приведенный в журнале.
Таблица 1
Журнал нивелирования
N точки |
Задний отсчет (R), м |
Передний отсчет V, м |
Превышение, м |
Отметка, м |
А |
2.502 |
650,100 | ||
2 |
0.911 |
1.803 |
||
3 |
3.103 |
1.930 |
||
В |
0.981 |
651,902 | ||
Сумма |
6.516 |
4.714 |
1.802 |
ΔH=1,802 |
2.6 Площадное нивелирование
Задача определить превышения нескольких точек относительно репера.
Как правило, точность таких измерений невысока, однако время от времени устанавливайте рейку на репер, отсчет не должен изменяться.
Порядок действий:
1. Установите
прибор в центре площадки, на
которой расположены
2. Установите рейку вертикально на репер А (точку c известной отметкой).
3. Наведите трубу на рейку и возьмите отсчет (задний на известную точку).
4. Установите
рейку вертикально на
5. Наведите трубу
на рейку и возьмите отсчет
на точку, как на
6. Повторите
шаги 4 и 5 для всех остальных
определяемых точек. Они все
нивелируются как промежуточные
Отметка промежуточной точки определяется по формуле:
Н пр = (Отметка репера + Отсчет на репер ) – Отсчет на промежуточную
Замечание: Отметка репера + Отсчет на репер = ГИ (горизонт инструмента).
Рис.11 Площадное нивелирование.
Таблица 2
Пример записи в журнал площадного нивелирования:
№ точки |
Отсчет на промежуточную, м |
Отметка промежуточной, м | |
А |
592.00 (отметка репера) |
||
R |
2.20 (отсчет на репер) |
||
ГИ |
594.20 (горизонт инструмента) |
||
S1 |
1.80 |
592.40 | |
S2 |
1.90 |
592.30 | |
S3 |
2.50 |
591.70 | |
S4 |
2.30 |
591.90 |
2.7 Съемка с помощью нивелира
Задача: определить положение некоторого количества точек на земной поверхности.
Замечание: съемка c помощью нивелира как правило выполняется при нивелировании поверхности
Рис.12. Съемка c помощью нивелира
Порядок действий:
1. Последовательность действий аналогична той, что описана для площадного нивелирования. Отличие заключается в том, что кроме отсчетов по средней нити для определения высоты, необходимо взять отсчеты по дальномерным нитям и горизонтальному кругу.
2. По полученным полярным координатам точки могут быть нанесены на план.
Глава 3. Поверки и юстировки
3.1 Поверки нивелиров
Перед началом, a также в процессе полевых работ, нивелировщик обязан выполнять поверки нивелира.
Поверки подразделяются на ежедневные и периодические.
К ежедневный поверкам нивелиров всех типов относятся поверки уровней.
К периодическим - поверка параллельности визирной оси трубы и продольной оси цилиндрического уровня и другие.
Полный комплекс поверок, выполняется перед началом работ, по прибытии инструментов на базу отряда, a также после тяжелых условий транспортировки или резких сотрясений инструмента.
Основное требование, предъявляемое ко всем нивелирам, состоит в том, чтобы визирная ось трубы была параллельна оси уровня и перпендикулярна к оси вращения инструмента. Для равных типов нивелиров поверки различны; в приложении № 1 приведены поверки для наиболее распространенных систем: HТ, HГ, HB-I, HСМ.
Рис.13. Поверка и юстировка.
Соединения отдельных частей всегда должны быть затянуты.
1. Затяните умеренно винты Алена (2).
2. Затяните шарнирные
соединения на головке штатива
(1) таким образом, чтобы ножки
штатива не складывались
рис.14 Круглый уровень.
1. Отгоризонтируйте прибор.
2. Поверните его на 180º
3. Если пузырек
уровня отклонился из нуль-
4. Используя
ключ-шестигранник и
При необходимости, выполните юстировку еще раз. По окончании юстировки, пузырек должен оставаться в нуль-пункте при любом положении зрительной трубы.
При пузырьке уровня в нуль-пункте, визирная ось должна быть горизонтальна.
рис.15 Поверка и юстировка.
1. Выберите две
точки на ровной земной поверхн
2. Установите рейки на начальной и конечной точках линии (А и В).
3. Установите прибор в точке I1, посередине между точками. Приведите пузырек в нуль-пункт.
4. Возьмите отсчеты по рейкам.