Нивелирането е вид геодезически измервания. Използва се за намиране на относителните височини на различни точки на земната повърхност. Такива природни обекти като реки, морета, океани, полета или други отправни точки могат да бъдат взети като условно ниво при такива измервания. Всъщност нивелирането е определяне на стойността на превишението на повърхността на всеки обект над даден (референтен). Такива измервания са необходими за съставяне на точен релеф на изследваната площ. В бъдеще тези данни се използват при изготвянето на планове на терена, карти или за решаване на конкретни приложни проблеми.
Какви видове изравняване има?
Такива измервания могат да се извършват по различни методи, които се различават по използваното оборудване или технология. Помислете кои са основните видове изравняване. Най-често срещаните са пет метода: геометрично, тригонометрично, барометрично, механично и хидростатично измерване на повърхности. Нека се запознаем с всеки един от тях по-подробно.
Геометрично нивелиране
С този метод за измерване на терена, специаленгеометрична релса и ниво на устройството. Принципът на снимане е да се монтира релса с щрихи и деления в необходимата точка близо до изследваната повърхност. След това, с помощта на хоризонтален лъч за наблюдение, разликата във височината се отчита. Геометричното нивелиране се извършва по принципа "от средата" или "напред". При измерване по първия метод релсите се монтират в две точки на повърхността, като устройството е разположено между тях на еднакво разстояние. Резултатът от проучването е данни за превишението на една от лентата над другата. Вторият метод е класически - едно устройство и една релса. Тези методи за нивелиране са най-често срещаните. Те са намерили приложение в строителството както на малки обекти (къщи), така и на големи (мостове).
Тригонометрично нивелиране
При този вид измервателна работа е обичайно да се използват специални гониометрични устройства, които се наричат теодолити. С тяхна помощ се взема информация за ъглите на наклон на зрителния лъч, който преминава през двойка дадени точки на повърхността. Тригонометричното нивелиране се използва широко в топографските измервания за определяне на разликата във височината между два обекта, които са на значително разстояние един от друг, но в зоната на оптична видимост на устройството.
Барометрично измерване на повърхността
Барометричното нивелиране е метод за измерване, базиран на зависимостта на налягането на атмосферния въздух от височината на точка от определяната повърхност. Процесът на четене се извършва с помощта набарометър. Тази система за нивелиране трябва да вземе предвид редица корекции за действителната температура на въздуха и неговата влажност. Този метод е намерил приложение в труднодостъпни райони (например в планински условия) по време на различни географски и геоложки експедиции.
Механично (техническо) измерване на повърхността
Техническото нивелиране включва използването на специално устройство - автоматично нивелиране. С него профилът на изследваната област се чертае в автоматичен режим с помощта на фрикционен диск, който записва изминатото разстояние, и зададен отвес, който задава вертикалата. Такова устройство обикновено се монтира на превозно средство и се управлява от една определена точка до друга. Техническото нивелиране ви позволява да определите разликата във височината между изследваните обекти, разстоянието между тях и профила на терена, който се записва на специална фотолента.
Хидростатично измерване на повърхността
Хидростатичното нивелиране е метод, базиран на принципа на комуникационни съдове. Снимането по този начин се извършва с помощта на хидростатично устройство, което работи с грешка до два милиметра. Такова ниво се сглобява от чифт стъклени тръби, свързани с маркуч, тази система се пълни с вода. Процесът на измерване се извършва по следния начин - тръбите са прикрепени към релсите, върху които е приложена скалата. След това лентите се монтират близо до изследваните обекти, разделенията маркират числовата стойностразлика между две нива. Този дизайн има значителен недостатък, а именно ограничената граница на измерване, която се определя от дължината на маркуча.
Описаните методи за нивелиране (с изключение на механичните) са много прости и не изискват никакви специфични познания от оператора, поради което се използват широко в строителството и други области на националната икономика.
Класове на измерване
В допълнение към техниката на измерване, нивелирането обикновено се разделя на класове на точност. Всеки от тях отговаря на определен вид и метод за извличане на информация. Нека разгледаме какви класове за изравняване съществуват.
- Първи клас се счита за много точен. Това съответства на средноквадратична произволна грешка от 0,8 милиметра на километър и систематична грешка от 0,08 mm/km.
- Вторият клас също се счита за много точен. Тук обаче грешката е малко по-висока - средноквадратична грешка е 2,0 mm/km, а систематичната грешка е 0,2 mm/km.
- Трети клас. Отговаря на стандартна грешка от 5,0 mm/km и систематичното не се взема предвид.
- Четвърти клас. Той съответства на средноквадратична грешка, равна на 10,0 mm/km, системната грешка също не се взема предвид.
В зависимост от характеристиките на терена и целите на проучването могат да се използват различни методи за изследване на данните. Например чрез многоъгълници, успоредни линии или чрез изравняване на повърхността чрез квадрати. Последната техника е най-широко използваната, тя се използва широко за събиране на данни отголеми открити площи с относително ниски височини на напречното сечение. Нека го разгледаме по-подробно.
Квадрат
Повърхностното нивелиране по този метод се извършва с цел получаване на мащабни топографски планове на равнинни площи. Плавното положение на контролните точки се определя чрез полагане на траверси. И височини - по метода на геометрично измерване с помощта на технически нива. Процесът на събиране на данни може да се извърши по два различни начина: чрез полагане на нивелирни ходове с постепенно разбиване на диаметрите и чрез квадрати.
Изравняването по квадрати се извършва чрез счупване на земята с помощта на измервателна лента и теодолит (решетка със страна на клетката от двадесет метра), когато се измерва в мащаб 1:500 и 1:1000, четиридесет метра - при снимане в мащаб 1:2000 и сто метра при 1:5000.
В същото време се фиксира положението на изследваната територия и се очертава контур. Тези процедури се извършват по същия начин, както при теодолитното изследване. В допълнение към върховете на клетките, на земята са фиксирани характерни релефни обекти - плюс точки: върха и основата на хълма, дъното и ръбовете на ямата, точки по линиите на преливника и вододелните линии и други.
Обосновката на заснемането се създава чрез полагане на нивелирни и теодолитни проходи по външните граници на решетката от квадрати, които след това се привързват към точките на една държавна мрежа. Височините на плюсовите точки и върховете на клетките се определят по метода на геометричното нивелиране. Ако дължината на странатаквадратни четиридесет метра или по-малко, след което от една станция се опитват да измерят всички определени точки. Разстоянието от устройството до лентата не трябва да надвишава 100-150 метра. Ако дължината на страната на квадрата е сто метра, тогава нивото се поставя в центъра на всяка клетка. Съгласно теренното проучване на района по метода на квадратите се съставят дневник за нивелиране и схема на измерванията.
Дневник и изравняване на контура по квадрати
Дневникът съдържа данни за размера на страната на клетката, свързвайки координатната мрежа с теодолитните траверси (геодезическа обосновка). Освен това е посочено обвързване с обекти на терена - езера, хълмове и т.н. Трябва да се отбележи и от какви позиции е извършено подравняването на терена. Очертанията съдържат резултатите от заснемането на всеки от квадратите. В горната и плюсовата точка на всяка клетка са посочени показанията от черната страна на лентата (в метри), както и изчислените височини. Това изчисление се извършва на хоризонта на инструмента. Височините на върховете на клетките се определят като разликата между хоризонта на инструмента на гарата и показанията на релсата.
За да се контролира процеса на измерване на повърхността за два върха на клетката, нивелирането се извършва от две различни станции. Изготвянето на план въз основа на получените материали за вземане на повърхностни данни започва с фиксиране върху таблета според координатите на точките на единната държавна геодезическа мрежа, обекти на обосновка (нивелиране и теодолитни ходове), плюс точки, върхове на квадрати и ситуацията.
Метод на кандидатстване
При изравняване на територията по някакъв начинприложения на теодолитни и нивелирни проходи, разбити на диаметри, проходите се полагат по естествените характерни линии на дадена област, например по протежение на водосбори или водосбори. При такава работа напречните сечения и пикетите трябва да се поставят на всеки четиридесет метра при заснемане в мащаб 1:2000 и на всеки двадесет метра при заснемане в мащаб 1:1000 и 1:500. В точките на прегъване на склоновете са отбелязани плюс обекти. В процеса на поставяне на пикетите трябва да се коригира ситуацията и да се изготви схема. В дневника се правят записи за изравняване. Той маркира серийните номера на пикетите, показанията на червената и черната страна на релсите, разстоянията на положителните обекти от най-близките пикети. Въз основа на резултатите от нивелацията се съставя топографски план на територията, напречни и надлъжни профили на терена.
Целесъобразно е да се измери повърхността в зоните на предлагания обект за озеленяване и вертикално планиране на територията. Пример за това е ландшафтният дизайн на района около всеки архитектурен паметник или зона за озеленяване.
Какво е ниво?
За извършване на геометрично измерване на терена, което се използва широко в строителството, се използват нива с различни дизайни. Тези устройства, според принципа си на действие, обикновено се делят на: електронни, лазерни, хидростатични и оптико-механични. Всички нива са оборудвани с телескоп, въртящ се в хоризонтална равнина. Модерният дизайн на такова измервателно устройство осигурява автоматична компенсацияза настройка на зрителната ос в работна позиция.
История на изравняване
Първата информация, достигнала до съвременния човек за нивелацията, се отнася до първи век пр.н.е., а именно изграждането на напоителни канали в древна Гърция и Рим. Исторически документи споменават устройство за измерване на вода. Изобретяването и използването му се свързва с имената на древногръцкия учен Херон от Александрия и римския архитект Марк Витрувий. Импулсът за развитието на тези измервателни уреди и методи за нивелиране е създаването на зрителна тръба, барометър, цилиндрична нивелира и градуировъчна решетка в зрителните телескопи. Тези изобретения датират от 16-ти и 17-ти век и направиха възможно разработването на система за точно изследване на земната повърхност.
В Русия по времето на Петър Велики е основана оптична работилница, където освен всичко друго произвеждат и нивелири, само че тогава се наричат нивелири с тръба. И. Е. Беляев се занимаваше с разработването на нива в работилницата. През същия период се появяват и първите измервателни уреди, базирани на барометри. В началото на деветнадесети век се появяват първите тригонометрични нива, с тяхна помощ е извършена много мащабна работа за определяне на разликата в нивата на Азовско и Черно море, измерва се височината на връх Елбрус. Използването на геометрични инструменти е регистрирано в средата на деветнадесети век. И така, през 1847 г. те са използвани при изграждането на Суецкия канал. У нас геометрично нивелиранеповърхност е използвана при изграждането на водни и сухопътни пътища. Началото на създаването на вътрешната държавна мрежа се счита за 1871 г. След това започна работата по фиксирането и инсталирането на точки, които послужиха като основа за топографски проучвания.
Прилагане на изравняване
Резултатът от нивелирането е създаването на единна референтна геодезическа мрежа, която служи като основа за топографски измервания на района или различни геодезически измервания. Снимането се използва широко за изследователски и научни цели: при изучаване на земното кълбо, движението на земната кора, за фиксиране на колебанията в нивото на моретата и океаните.
Нивелирането се използва и при решаване на различни приложни проблеми, свързани с изграждането на различни обекти, полагане на комуникационни линии, комунални услуги и т.н. Например измерването на терена е необходимо за прехвърляне на дизайнерски решения във височина, освен това по време на монтажни работи по монтаж на строителни конструкции. При решаване на подобни задачи винаги се използват данните, получени от службата по геодезия. Също така, директно за решаване на различни високоспециализирани задачи, се използват системи за автоматично извличане на информация. Такива задачи включват например ремонт и изграждане на пътното платно. Сензорите включени в устройството за автоматично нивелиране се монтират на железопътни вагони, автомобили, което води до готов профил на изследваната площ в най-кратки срокове.
Модерни технологии
До днешна дата,поради изключително бързото развитие на науката и технологиите, различни технически ноу-хау се използват за изравняване на повърхността.
- Лазер. Тяхната работа се основава на отчитане на параметрите на терена с помощта на лазерно сканиращо устройство.
- Ултразвук. Основният елемент на такова устройство е ултразвуков сензор, излъчващ вълни.
- GNSS-технология, която е свързана с получаване на информация за текущите координати чрез сателитни комуникации. Такова оборудване осигурява много висока точност на нивелиране.
За да се осигури ефективната обработка на голям брой информационни потоци, получени в процеса на прилагане на горепосоченото ноу-хау, е необходимо да има подходящ специален софтуер, който да изпълнява задачи, свързани със съхраняване, управление, визуализиране и обработка данни.
Модерни системи за нивелиране в пътното строителство
Автоматизираните системи се използват широко в съвременното пътно строителство. Те ви позволяват да управлявате пътно-строителната техника, като се има предвид текущото й положение. В същото време автоматичното нивелиране на трасето се отличава с високата точност на извършената работа, което значително подобрява качеството на произвежданото пътно платно, както и намалява времето за строителство. Такива устройства, инсталирани на асфалтови настилки, фрези за пътища, булдозери, ви позволяват да премахнете повреди и дефекти в старата настилка при полагане на нов слой. Тези нива контролират напречния наклон на пътя, изпълняват го по точно определен проектпараметри. Съвременните системи за измерване на повърхността за оборудване за пътно строителство са разделени на няколко вида в зависимост от използваната технология.
- Ултразвукови устройства с различен брой сензори.
- Лазерни пикап системи.
- Устройство, базирано на сателитна GPS технология.
- 3D система, базирана на принципа на тотална станция.
При необходимост, в зависимост от сложността и особеностите на извършваната работа, може да се използва една или друга технология за автоматично нивелиране.
