Нивелирные рейки. Лекция №14

1.

ЛЕКЦИЯ № 14
7.12.2022

2.

Нивелирные рейки
Пара реек
Черная сторона
Красная сторона

3.

Виды нивелирных реек
Для
обратного
изображения
Для
прямого
изображения

4.

Шкалы нивелирных реек
Для нивелиров с прямым и обратным изображениями
Черная сторона
Красная сторона
4900
0100
10 дм
4800
0000
НУЛИ шкал черной и красной сторон реек

5.

Нули шкал пары реек
Рейка № 1
Рейка № 2
Черная сторона
Рейка № 1
Рейка № 2
Красная сторона
∆к
«0»ч.с 1 = 0000
«0»ч.с 2 = 0000
∆ч =«0»ч.с 1 – «0»ч.с.1
hч.с.= з - п
0»к.с 1 = 4785
«0»к.с 2 = 4885
∆к =«0»к.с 1 – «0»к.с.1
hк.с.= з – п ±∆к

6.

Отсчитывание по рейке
1,112 м - высота линии визирования над точкой B
Обратное изображение
Отсчет - 1112
(1112 мм)
2)
3)
1) 11- подписанный дециметр – 1,1 м
2) 1 – число целых делений в сантиметрах – 0,01 м
3) 2 – число десятых долей наименьшего деления в
миллиметрах - 0,002 м
(1)

7.

Примеры отсчитывания по нивелирной рейке
Прямое и изображение
Обратное изображение
1058
5454

8.

9.

Нивелирные башмаки

10.

Классификация нивелиров
По точности:
а) высокоточные (Н-05);
б) точные (Н-3);
в) технические (Н-10).
Цифры в шифре нивелира указывают среднюю квадратическую
погрешность измерения превышения в миллиметрах на 1 км
двойного нивелирного хода.
По способу получения горизонтального луча визирования:
– с цилиндрическим уровнем ;
– с компенсатором.
В настоящее время выпускаются нивелиры улучшенной
конструкции 2-го и 3-го поколений,
например 2Н-10КЛ, 3Н-3ЛП.

11.

Нивелир Н-3

12.

13.

14.

Основные оси нивелира.

15.

Геометрические условия нивелира
• Ось круглого уровня должна быть параллельна
вертикальной оси нивелира.
• Горизонтальная нить сетки должна быть
перпендикулярна к вертикальной оси нивелира.
• Визирная ось зрительной трубы должна быть
параллельна оси цилиндрического уровня (у нивелира
с цилиндрическим уровнем) или визирная ось должна
быть горизонтальна у нивелира с компенсатором
(главное условие).

16.

Нивелир должен удовлетворять определенным механико технологическим и геометрическимусловиям.
Эти условия проверяются в нивелире путем выполнения
испытаний, исследований и поверок.
1. ПРОВЕРКА ВНЕШНЕГО СОСТОЯНИЯ ПРИБОРА.
-Проверить целостность оптики.
-Проверить четкость и контрастность изображений сетки нитей и
концов пузырька цилиндрического уровня.
2.ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОДВИЖНЫХ ЧАСТЕЙ И
ВИНТОВ.
-Исправность всех частей нивелира
-Отсутствие качаний в подъемных, наводящих и закрепительных
винтах.
-Плавность вращения окуляра , элевационного винта.
-Исправность зеркала подсветки уровня и крепления всех
подвижны частей нивелира и стопорных винтов.
3. ПРОВЕРКА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

17.

Подготовка нивелира к работе
Инструкцией по нивелированию перед началом
полевых работ требуется произвести следующие
исследования и поверки нивелиров и реек.
Исследования нивелиров
Для нивелиров с уровнем и компенсатором:
- определение коэффициента дальномера,
- поверка установочных уровней,
- поверка установки сетки нитей,
- поверка главного условия;
в нивелирах с компенсаторами дополнительно:
- определение рабочего диапазона работы
компенсатора
- определение и ошибки недокомпенсации

18.

Поверки нивелиров.
1. Поверка круглого уровня (Ось круглого (установочного) уровня должна быть
параллельна оси вращения нивелира . Тремя подъемными винтами пузырек
круглого уровня приводим в нуль-пункт. Поворачиваем верхнюю часть нивелира
вокруг оси на 180º. Если пузырек остался в нуль-пункте условие выполняется.
Юстировка: Исправительными
винтами уровня

19.

Юстировка круглого уровня нивелира

20.

2. Поверка сетки нитей (горизонтальная нить сетки должна быть
перпендикулярна к вертикальной оси вращения нивелира. Вращением трех
подъемных винтов приводим нивелир в рабочее положение. Берем отсчеты на
рейке по левому и правому краям средней нити сетки. Если разность отсчетов
не превышает 2 мм ,то условие соблюдено.
ПРИМЕР: алев = 1070, апр = 1072 .алев - апр≤ 2 мм
Юстировка: Поворотом окулярного колена

21.

3. Поверка главного условия нивелира. Визирная ось зрительной трубы
должна быть параллельна оси цилиндрического уровня (для нивелира с
уровнем) или визирная ось зрительной трубы должна быть горизонтальна
при работающем компенсаторе
Поверка главного условия двойным нивелированием вперед

22.

Двойное нивелирование вперед с двух станций, располагающихся
на концах линии АВ длиной 50—70 м.
На каждой станции измеряют высоту прибора i1 и i2 делают отсчеты
по рейке b1 и b2 , которые могут быть ошибочны из-за не
соблюдения главного условия ошибочны на величину x.
Тогда превышение h между точками А и В будет
h = i1 - (b1 – х) = (b2- х) – i2 ; 2x = (b1 + b2) - ( i1 + i2)
Если х≤ 4 мм, то условие считают выполненным
При x ˃ 4мм производят юстировку.
Юстировка: Вычисляют правильный отсчет по рейке b = b2 - x
Вращая элевационный винт, устанавливают этот отсчет на рейке,
при этом пузырек уровня сойдет с нуль-пункта.
Исправительными винтами уровня, приводят пузырек уровня в
нуль-пункт.

23.

Юстировка главного условия

24.

Исследования и поверка реек
Исследование реек производится с целью выяснения
пригодности их для нивелирования соответствующей
точности и определения поправок.
В результате исследования определяют:
• стрелку прогиба ( не более 5 мм);
• поверку перпендикулярности плоскости основания
рейки к оси рейки
• поверка круглого уровня на рейке
• ошибки дециметровых делений реек. (для IV класса — 0,6мм)
• среднюю длину метровых интервалов реек.
• разность высот нулей реек.

25.

Определение стрелки прогиба рейки
( не более 5 мм);
( не более 5 мм);

26.

Проверка перпендикулярности плоскости
основания рейки к оси рейки
Допустимое
расхождение
определяется
классом
нивелирования
1, 2, 3, 4, 5 – места установки рейки

27.

Исследование шкал реек
Определяют :
• случайные ошибки дециметровых делений реек.
• среднюю длину метровых интервалов реек.
На компараторе
Контрольной линейкой
Случайные ошибки дециметровых
делений рейки не должны
превышать ±0,5мм.
Допустимая разность между средней
длиной метра пары реек комплекта
принята равной 1,5мм.

28.

Определение НУЛЕЙ
шкал красных сторон
реек
Отсчет
по черной
стороне
Нуль шкалы красной
стороны
4790 - 0000 =4790
1190
Отсчет
по красной
стороне
5890
Нуль шкалы красной
стороны
5890 -1190 =4790

29.

Процесс нивелирования
h=з-п
ɑ –отсчет по
задней рейке (З)
ɓ - отсчет по
передней рейке(П)
h = 2534-0912 =
1622 мм =1,622 м

30.

1
1
з
аа1 - ошибка из-за сферы земли
а1з - ошибка из-за вертикальной
рефракции
3 – отсчёт по рейке

31.

Влияние кривизны Земли и рефракции
на результаты геометрического нивелирования
h=a1-b1
а1a2- ρз; b1b2-- ρп
a2a3 – rз; b2b3 -rп
ρз ;ρп -влияние кривизны Земли
rз;rп - Влияние вертикальной
рефракции
h= (a1+ρз-rз) – (b1+ ρп – rп)
(ρз-rз)=fз (ρп– rп)= fп
f з f п -совместное влияние кривизны
Земли и вертикальной рефрации
h= (a1+ fз)- (b1+ fп); (a1= а3+ fз) (b1= bп + fп);
h = а1-б1 = (а3 +f) – (вз +f) При dз=dп
fз = fп
h= а3-в3 аз – З (отсчёт по задней рейке) вп – П (отсчёт по передней рейке)
h = з-п

32.

Способы геометрического нивелирования
Нивелирование «из середины»
п
з
п
з
h=з-п

33.

Нивелирование «вперед»
h=i-b

34.

35.

Последовательное нивелирование
∑h
hAC = h1 + h2 + h3 + h4 = ∑h

36.

Нивелирный ход

37.

38.

39.

Невязка

40.

Порядок работы при нивелировании IV класса
Последовательность работы на станции:
1. наводят зрительную трубу на черную сторону
задней рейки и берут отсчет по верхней (1)
дальномерной и средней (2) нитям;
2. наводят зрительную трубу на черную сторону
передней рейки и берут отсчеты по верхней (3) и
средней (4) нитям;
3. поворачивают переднюю рейку и берут отсчет на
красной стороне по средней нити (5);
4. наводят зрительную трубу на красную сторону
задней рейки и производят отсчет по средней нити (6).

41.

42.

Вычисления в журнале нивелирования IV класса :
1. расстояния (половину) в дальномерных единицах до задней
рейки (7) = (2) - (1) и
до передней – (8) = (4) - (3);
2. разность нулей красной и черной сторон реек:
задней
(9) = (6) - (2); и
передней (10) = (5) - (4);
3. превышения:
по черным сторонам реек (11) = (2) - (4); и
по красным сторонам реек (12) = (6) - (5);
4. среднее превышение на станции
где dH разность нулей красных сторон пары
реек, полученная при исследовании реек;
5. разность нулей красных сторон пары реек измеренная на
станции (14) = (10) - (9)

43.

Контроль измерений на станции
1. разность превышений по черной (11) и красной (12) не более
чем на 5 мм с учетом смещения нулевого деления красной
стороны рейки:
2. уклонение разности нулей красных сторон пары реек (14),
полученной при измерениях на станции от dH, полученной при
исследовании реек, допускается не более 5 мм;
3. неравенство расстояний от нивелира до реек не более 5м,
(вычисленные в журнале 2.5 м или 25 дальномерных единиц);
4. накопление в секции – не более 10 м
5. высота визирного луча над поверхностью земли должна быть
не менее 200 мм.
Постраничный контроль
Вычисляют суммы:
• задних ∑З (15) и передних отсчетов ∑П (16),
• превышений по черной и красной стороне реек ∑hч,к =∑hч+∑hк (17),
• средних превышений ∑hср (18), (19) = (15) – (16)
Контроль: (19) = (17); (17) / 2 = 18 ( ± ошибка округления до 3 мм);

44.

45.

ПОЛЕВЫЕ ЖУРНАЛЫ
• Журналы нивелирования являются документами строгого учета
и регистрируются инспектором отдела технического контроля.
Страницы в журнале должны быть обязательно пронумерованы,
прошнурованы и скреплены штампом ОТК.
• Записи в журналах делают четким почерком чернилами,
шариковой ручкой.
• Неудовлетворительные или неправильно записанные
наблюдения на станции аккуратно зачеркивают с указанием
причины переделки. Номер станции при повторных наблюдениях
сохраняют с припиской слова «повторная».
• Подчистка и исправление записей отсчетов в журнале
запрещается. Ошибочные записи в вычислениях аккуратно
зачеркивают (не затемняя прежде написанного отсчета) и сверху
записывают правильные.

46.

Полевой журнал нивелирования IV класса

47.

Передача высот геометрическим нивелированием
через горизонт инструмента
ГИ = HA + ɑ; HB = ГИ - b ;
HC = ГИ - с

48.

49.

Источники ошибок при геометрическом нивелировании и
меры по ослаблению их влияния
1. Ошибка установки визирной оси трубы в
горизонтальное положение по уровню (или
компенсатором); m1
2. Ошибка отсчета из-за ограниченной разрешающей
способности трубы нивелира; m2
3. Нарушение главного условия нивелира; m3
4. Наклон рейки. m4
5. Ошибка нанесения делений на рейке. m5
6. Ошибки, вызванные проседанием (выпучиванием)
ножек штатива и башмаков. m6
.
Общая ошибка отсчета -- ошибка взгляда

50.

Точность результатов геометрического нивелирования.
m2взг = m21 + m22 + m23 + m24 + m25 + m26
hч = aч – bч ; hср = (hч + hк ) /2 mhч = mhк = mh;
hк = aк – bк ;
mhср = mh /2
maч =mbч =maк =mbк = mвзг ;
mh = mвзг ∙ √2;
mhср = mвзг
Ср.кв. ош. превышения на станции
mст = mhср = mвзг
mвзг по шашечной рейке нивелиром Н-3 оценивается в
4 мм на 100 м расстояния

51.

Критерии точности геометрического нивелирования.
Ошибка превышения на станции и на 1 км хода.
Допустимая ошибка нивелирного хода
∑hхода = h1 + h2 + h3 + … + hn;
m∑hхода = mст ∙ √n; n-число станций в ходе
Допустимая невязка fхода = ∆ст ∙ √n (∆ст = 2.5 mст )
∆ст - предельная ошибка в превышении на станции
mст - ср.кв. ошибка превышения на станции
m∑hхода = mkm ∙√ L хода km ; Lхода km - длина хода в km
Допустимая невязка fхода = ∆km ∙√ L хода km (∆km=2.5 mkm )
∆km - предельная ошибка в превышении на 1 km хода
mkm – ср. квадр. ошибка в превышении на 1 km хода
Для нивелирования IV класса: fхода = 5мм∙ √n
fхода = 20мм∙√ L km

52.

Принцип тригонометрического нивелирования.
D
ν
S
h´ = S ∙tg ν;
h´ = D ∙ sin ν= D ∙ sin ν ∙ cos ν =
½ D sin 2ν
S ∙tg ν + i = h + v;
h = S ∙tg ν + i - v
h = ½ D sin 2ν + i - v

53.

Влияние кривизны Земли и рефракции на результаты
тригонометрического нивелирования
h´ = S ∙tg ν
h´ = ½ D sin 2ν
KB +BL + LL1 = KF + FE +EL1
KB- h –превышение
BL- v – высота визирования
LL1 – r – влияние вертикальной рефракции
KF –i - высота прибора
FE – p –влияние кривизны Земли
EL1 - h´
D
h + v + r = I + p + h´
h = h´ + i- v + (p-r); p-r = f
h = S ∙tg ν + i - v + f
h = ½ D sin 2ν + i - v + f
f = 0,42 D 2 / R,

54.

Источники ошибок при тригонометрическом
нивелировании. Точность тригонометрического
нивелирования
Источники ошибок при тригонометрическом
нивелировании:
-ошибка измерения расстояния;
-ошибка измерения угла наклона;
- ошибка измерения высоты прибора;
- ошибка измерения высоты точки визирования.
-ошибка от влияния внешних условий
-При использовании теодолита Т-30 (mυ = 0,5‘, m/D =1:300
для расстояний D = 100 метров и углов наклона υ ≤ 5о,
погрешность в превышении будет составлять 0,04 м на
100 м расстояния.

55.

Передача высот тригонометрическим нивелированием.
Высотный ход
v1
H1
v2
v3
H4

56.

Барометрическое нивелирование
Барометрическое нивелирование основано на установленной
Блезом Паскалем в 1647 зависимости давления воздуха от
высоты точки над уровнем моря (барометрическая формула).
Известно, что с увеличением высоты на 10 м давление падает
примерно на 1 мм ртутного столба.

57.

Эта зависимость выражается полной барометрической
формулой, учитывающей атмосферное давление, температуру
и влажность воздуха, а также ускорение свободного падения,
зависящее от широты места наблюдений.
Полная барометрическая формула очень трудоемка для
вычислений. Чтобы получить необходимые для ее решения
параметры, необходимо специальное зондирование
атмосферы.

58.

На практике применяют сокращенные барометрические формулы:
Формула Бабине:
где В1 и В2 ; t1 и t2 —
давление и температура воздуха в точках 1 и 2 соответственно
По формуле Бабине составлены таблицы барических ступеней высот.
Барическая ступень высот — расстояние по вертикали в метрах,
на котором атмосферное давление меняется на 1 мм рт. ст.
Эти таблицы составлены по аргументам
TСР = (t1 + t2)/2 и ВСР=(В1+В2)/2
Тогда формула определения превышений сведется к виду
h = (Bl – B2)∆h,
где Bl и B2 — давление в точках 1 и 2, ∆h — барическая ступень высоты
Для получения превышения между двумя точками, отметка высоты
одной из которых известна, измеряют атмосферное давление и температуру
в каждой из этих точек.

59.

Для измерения атмосферного давления применяют
пружинные и частично жидкостные (ртутные)
барометры.
Пружинные барометры получили
название анероидов (греч. а – не,neros – влажный
и eidos — вид).

60.

61.

Барометрическое нивелирование осуществляют способами:
•замкнутых ходов (полигонов) с опорой и без опоры на
временную барометрическую станцию,
•передвижной станции,
•скачущей станции,
• нескольких опорных станций и др.
Выбор способа зависит от объема работы, наличия приборов,
количества наблюдений и требуемой точности.

62.

Точность барометрического нивелирования зависит
от типа прибора, равновесия атмосферы, способа
нивелирования и других причин:
• при работе на небольших площадях в равнинных и
холмистых районах от 0,4 до 0,5м;
• при работе в горных районах с разностью высот,
большей 1000 м, – около 3 м.

63.

Гидростатическое нивелирование
Выполняют с помощью сообщающихся сосудов,
заполненных одной жидкостью. Жидкость
устанавливается в обоих сосудах