Нивелирование

Нивелирная рейка

Нивели́рование (от франц. nivellement или франц. nivèlement — «выравнивание», от франц. niveau — «уровень», «ровень») — геодезический метод измерений, который используется для определения различий в высоте между различными точками земной поверхности, а также для определения высот точек над определенной уровенной поверхностью. Нивелирование выполняется с целью изучения рельефа местности, что является важным аспектом для научных исследований в области геодезии и других земельных наук. Более того, проведение нивелирования необходимо для планирования, строительства и эксплуатации различных инженерных объектов.

В зависимости от используемых приборов и методов измерений различают следующие виды: геометрическое, тригонометрическое, физическое (барометрическое, гидростатическое, гидромеханическое), механическое (автоматическое), стереофотограмметрическое.

Геометрическое нивелирование

Наиболее точным методом для установления высот является геометрическое нивелирование. Государственная нивелирная сеть строится с применением этого метода и включает в себя нивелирные сети классов I, II, III, IV. Нивелирные сети I и II классов считаются самыми точными и используются для установления общей системы высот по всей стране. Нивелирование классов III, IV применяется для обеспечения равномерной системы высот для топографических и инженерных задач. Для выполнения геометрического нивелирования с требуемой точностью используются специализированные геодезические приборы — нивелиры.

Существуют два метода геометрического нивелирования — метод «из середины» и метод «вперёд» нивелирования. При методе нивелирования из середины рейки устанавливаются в двух точках на башмаках или колышках, а нивелир размещается на штативе между ними. Расстояния от нивелира до реек зависят от требуемой точности нивелирования и условий местности, но не должны превышать 100—150 метров. Перепад высот между точками определяется по разности отсчётов на рейках. Последовательным измерением высот между различными точками можно определить высоту относительно начальной точки. Для корректного определения нивелирной высоты точки учитывается непараллельность уровенных поверхностей земли.

Тригонометрическое нивелирование

Тригонометрическое нивелирование

Тригонометрическое нивелирование производится с целью создания высотной основы топографических съёмок и при решении различных инженерных задач. Его достоинством является возможность передачи высот на большие расстояния. Для определения превышения между точками и в одной из точек устанавливают теодолит или тахеометр, а в другой точке — веху или рейку, наводят трубу на верх визирного знака и измеряют угол наклона.

При тригонометрическом нивелировании измеряют угол наклона линии визирования и горизонтальное расстояние между точками. Превышение получают из вычислений по тригонометрическим формулам. Погрешность составляет 0,02 м на 1 км расстояния, а точность — 0,04 м на каждые 100 м.

Барометрическое нивелирование

Барометрическое нивелирование основывается на зависимости атмосферного давления воздуха от высоты точки над уровнем моря. Эту зависимость выявил в 1647 году Блез Паскаль — знаменитый французский математик и физик. Позже швейцарский ученый Жан Анде Делюк нашел формулу связи между высотой точки и показаниями барометра. Барометрическое нивелирование было впервые применено в конце XVIII века в России для определения высот астрономических пунктов. Принцип барометрического определения высот заключается в использовании гипсометрической формулы для вычисления разности высот между двумя точками на основе измеренных значений атмосферного давления и температуры воздуха.

Гидростатическое нивелирование

Гидростатическое нивелирование

Гидростатическое нивелирование основано на свойстве жидкости устанавливаться на одинаковых уровнях в сообщающихся сосудах. Фиксируют высоты столбов жидкости в сообщающихся сосудах, установленных в точках с разной высотой, и вычисляют превышения.

Гидромеханическое нивелирование

Гидромеханическое нивелирование основано на измерении давления жидкости в гидростатической системе между точками, которые нивелируются. Определение превышения производится с учётом избыточного давления или вакуума, создаваемого жидкостью в системе.

Механическое нивелирование

Механическое нивелирование представляет собой метод определения высот точек поверхности земли относительно исходной точки путём автоматического построения профиля местности и измерения расстояний. Этот метод применяется для контроля расположения дорог и других линейных конструкций.

Стереофотограмметрическое нивелирование

Стереофотограмметрическое нивелирование проводится на основе пар снимков одной местности, сделанных с разных точек, с использованием стереофотограмметрических приборов или компьютерных систем цифровой фотограмметрии. Этот вид нивелирования является одним из наиболее перспективных и широко применяемых. Это основной метод, применяемый для топографии и картографии местности.

Методы нивелирования

Нивелирование «из середины»

Нивелирование из середины

В ходе нивелирования «из середины» нивелир размещается между двумя точками. Горизонтальное положение визирной оси инструмента обеспечивается. На точках A и B устанавливаются отвесные рейки. Задняя точка, высота которой известна, и передняя точка, высота которой измеряется, определяются. Смотря поочередно на заднюю и переднюю рейки, принимаются отсчёты. По разнице между отсчётами задней и передней точек определяется превышение: h=a-b. Для контроля отсчёты снимаются со стороны чёрных и красных полос на рейке. Превышение вычисляется дважды: разница между чёрными отсчётами и разница между красными отсчётами. По известной высоте Ha и измеренному превышению h вычисляется высота точки B: Hb=Ha+h. Этот метод применяется при нивелировании для уменьшения влияния погрешностей.

Нивелирование вперёд

При геометрическом нивелировании «вперёд» нивелир устанавливается над одной из точек. Окуляр зрительной трубы нивелира располагается над этой точкой. На определяемой точке устанавливается рейка. Горизонтальное положение визирной оси инструмента достигается. Отсчёты с рейки b и высота инструмента i измеряются. Превышение h вычисляется как разница между i и b. Высота точки B определяется по формуле: Hb=Ha+h. При измерении высот нескольких точек с одной станции выполняется расчёты по горизонту инструмента: Hги=Ha+h. Высота определяемой точки B: Hb=Hги-b.