Nivelizácia je druh geodetického merania. Používa sa na zistenie relatívnych výšok rôznych bodov na zemskom povrchu. Takéto prírodné objekty, ako sú rieky, moria, oceány, polia alebo iné východiskové body, môžu byť pri takýchto meraniach brané ako podmienená úroveň. V skutočnosti je vyrovnávanie určenie hodnoty prebytku povrchu každého objektu nad daným (referenčným). Takéto merania sú potrebné na zostavenie presného reliéfu skúmanej oblasti. V budúcnosti sa tieto údaje využívajú pri príprave terénnych plánov, máp alebo pri riešení konkrétnych aplikovaných problémov.
Aké typy vyrovnávania existujú?
Takéto merania možno vykonávať rôznymi metódami, ktoré sa líšia v použitom zariadení alebo technológii. Zvážte, aké sú hlavné typy vyrovnávania. Najbežnejších je päť metód: geometrické, trigonometrické, barometrické, mechanické a hydrostatické meranie plôch. Poďme sa bližšie zoznámiť s každým z nich.
Geometrické vyrovnávanie
Pri tejto metóde merania terénu je špeciálnageometrická úroveň koľajnice a zariadenia. Princípom streľby je inštalácia koľajnice so zdvihmi a deleniami v požadovanom bode v blízkosti skúmaného povrchu. Potom sa pomocou vodorovného zameriavacieho lúča počíta výškový rozdiel. Geometrické vyrovnanie sa vykonáva podľa princípu "od stredu" alebo "dopredu". Pri meraní prvou metódou sú koľajnice inštalované v dvoch bodoch na povrchu, zariadenie je umiestnené medzi nimi v rovnakej vzdialenosti. Výsledkom prieskumu sú údaje o prevýšení jedného z pruhov nad druhým. Druhý spôsob je klasický – jedno zariadenie a jedna koľajnica. Tieto metódy vyrovnávania sú najbežnejšie. Našli uplatnenie pri stavbe malých objektov (domov) aj veľkých (mostov).
Trigonometrické vyrovnávanie
Pri tomto type meračských prác je zvykom používať špeciálne goniometrické prístroje, ktoré sa nazývajú teodolity. Pomocou nich sa získavajú informácie o uhloch sklonu lúča zameriavača, ktorý prechádza dvojicou daných bodov na ploche. Trigonometrická nivelácia je široko používaná pri topografických meraniach na určenie výškového rozdielu medzi dvoma objektmi, ktoré sú od seba značne vzdialené, no v zóne optickej viditeľnosti zariadenia.
Barometrické meranie povrchu
Barometrická nivelácia je metóda merania založená na závislosti atmosférického tlaku vzduchu od výšky bodu na určovanom povrchu. Proces čítania sa vykonáva pomocoubarometer. Tento nivelačný systém musí zohľadňovať množstvo korekcií skutočnej teploty vzduchu a jeho vlhkosti. Táto metóda našla uplatnenie v ťažko dostupných oblastiach (napríklad v horských podmienkach) počas rôznych geografických a geologických expedícií.
Mechanické (technické) meranie povrchu
Technická nivelácia zahŕňa použitie špeciálneho zariadenia - automatickú niveláciu. Pomocou neho sa v automatickom režime vykresľuje profil skúmanej oblasti pomocou trecieho kotúča, ktorý zaznamenáva prejdenú vzdialenosť, a nastavenej olovnice, ktorá nastavuje vertikálu. Takéto zariadenie sa zvyčajne inštaluje na vozidlo a riadi sa z jedného určeného bodu do druhého. Technická nivelácia umožňuje určiť výškový rozdiel medzi študovanými objektmi, vzdialenosť medzi nimi a profil terénu, ktorý sa zaznamenáva na špeciálnu fotopásku.
Hydrostatické meranie povrchu
Hydrostatická nivelácia je metóda založená na princípe komunikujúcich nádob. Natáčanie týmto spôsobom prebieha pomocou hydrostatického zariadenia, ktoré pracuje s chybou do dvoch milimetrov. Takáto hladina je zostavená z dvojice sklenených trubíc spojených hadicou, tento systém je naplnený vodou. Proces merania sa vykonáva nasledovne - rúrky sú pripevnené k koľajniciam, na ktorých je stupnica aplikovaná. Potom sú tyče inštalované v blízkosti skúmaných objektov, divízie označujú číselnú hodnoturozdiel medzi dvoma úrovňami. Tento dizajn má značnú nevýhodu, a to obmedzený limit merania, ktorý je určený dĺžkou hadice.
Popísané spôsoby nivelácie (okrem mechanických) sú veľmi jednoduché a nevyžadujú od obsluhy žiadne špecifické znalosti, preto sú široko používané v stavebníctve a iných oblastiach národného hospodárstva.
Triedy merania
Okrem techniky merania sa nivelácia zvyčajne delí na triedy presnosti. Každému z nich zodpovedá určitý typ a spôsob získavania informácií. Pozrime sa, aké triedy úrovne existujú.
- Prvá trieda sa považuje za veľmi presnú. Zodpovedá to rms náhodnej chybe 0,8 milimetra na kilometer a systematickej chybe 0,08 mm/km.
- Druhá trieda sa tiež považuje za veľmi presnú. Chyba je tu však o niečo vyššia – rms chyba je 2,0 mm/km a systematická chyba je 0,2 mm/km.
- Tretia trieda. Zodpovedá štandardnej chybe 5,0 mm/km a systematickosť sa neberie do úvahy.
- Štvrtá trieda. Zodpovedá strednej štvorcovej chybe rovnajúcej sa 10,0 mm/km, systémová chyba sa tiež neberie do úvahy.
V závislosti od vlastností terénu a cieľov prieskumu možno použiť rôzne metódy prieskumu údajov. Napríklad polygónmi, rovnobežnými čiarami alebo vyrovnaním povrchu štvorcami. Posledná uvedená technika je najpoužívanejšia, je široko používaná na zber údajov zveľké otvorené plochy s relatívne nízkou výškou prierezu. Pozrime sa na to podrobnejšie.
Squaring
Vyrovnanie povrchu touto metódou sa vykonáva za účelom získania veľkorozmerných topografických plánov rovinatých plôch. Hladká poloha kontrolných bodov je určená kladením traverz. A výšky - metódou geometrického merania pomocou technických hladín. Proces získavania údajov je možné vykonávať dvoma rôznymi spôsobmi: ukladaním vyrovnávacích ťahov s postupným rozkladom priemerov a pomocou štvorcov.
Nivelácia po štvorcoch sa vykonáva rozbitím o zem pomocou krajčírskeho metra a teodolitu (mriežka so stranou bunky dvadsať metrov) pri meraní v mierke 1:500 a 1:1000, štyridsať metrov - pri streľbe v mierke 1:2000 a sto metrov v mierke 1:5000.
Súčasne sa zafixuje situácia skúmaného územia a vypracuje sa osnova. Tieto postupy sa vykonávajú rovnakým spôsobom ako pri prieskume teodolitom. Okrem vrcholov buniek sú na zemi pripevnené charakteristické reliéfne objekty - plusové body: vrch a základňa kopca, dno a okraje jamy, body na prepadoch a líniách povodia a iné.
Odôvodnenie geodézie sa vytvára položením nivelačných a teodolitových priechodov pozdĺž vonkajších hraníc siete štvorcov, ktoré sú potom viazané na body siete jedného štátu. Výšky plusových bodov a vrcholov buniek sú určené metódou geometrickej nivelácie. Ak je dĺžka stranyštvorcových štyridsať metrov alebo menej, potom sa z jedného stanovišťa snažia zmerať všetky určené body. Vzdialenosť od zariadenia k tyči by nemala presiahnuť 100-150 metrov. Ak je dĺžka strany štvorca sto metrov, potom je úroveň umiestnená v strede každej bunky. Podľa terénneho prieskumu územia metódou štvorcov sa zostavuje nivelačný denník a osnova meraní.
Zaznamenajte a nivelačný obrys podľa štvorcov
Záznam obsahuje údaje o veľkosti strany bunky, ktorá spája súradnicovú mriežku s prechodmi teodolitu (geodetické zarovnanie). Okrem toho je indikovaná väzba na terénne objekty - jazerá, kopce atď. Treba si tiež uvedomiť, z akých polôh sa uskutočňovalo vyrovnávanie terénu. Obrys obsahuje výsledky streľby každého zo štvorcov. V hornom a plusovom bode každej bunky sú uvedené hodnoty z čiernej strany pruhu (v metroch), ako aj vypočítané výšky. Tento výpočet sa vykonáva na horizonte prístroja. Výšky vrcholov buniek sú určené ako rozdiel medzi horizontom prístroja na stanici a údajmi na koľajnici.
Na riadenie procesu merania povrchu pre dva vrcholy buniek sa vyrovnávanie vykonáva z dvoch rôznych staníc. Vypracovanie plánu na základe získaných podkladov na snímanie povrchových údajov začína upevnením na tablete podľa súradníc bodov jednotnej štátnej geodetickej siete, objektov zdôvodnenia prieskumu (nivelačné a teodolitové pohyby), plusových bodov, vrcholov štvorcov. a situáciu.
Spôsob aplikácie
Pri vyrovnávaní územia určitým spôsobomaplikácie teodolitových a nivelačných chodieb, členené na priemery, chodby sa kladú pozdĺž prirodzených charakteristických línií danej oblasti, napríklad pozdĺž prehrádzok alebo povodí. Pri takejto práci by sa mali prierezy a pikety nastavovať každých štyridsať metrov pri meraní v mierke 1:2000 a každých dvadsať metrov pri meraní v mierke 1:1000 a 1:500. V miestach ohybov svahov sú označené plusové objekty. V procese nastavovania demonštrácií by sa mala situácia napraviť a vypracovať náčrt. Nivelačné záznamy sa robia v denníku. Označuje sériové čísla piketov, hodnoty na červenej a čiernej strane koľajníc, vzdialenosti pozitívnych predmetov od najbližších piketov. Na základe výsledkov nivelácie sa zostavuje polohopisný plán územia, priečne a pozdĺžne profily terénu.
Pre terénne úpravy a vertikálne plánovanie územia je účelné zmerať povrch v plochách navrhovanej lokality. Príkladom je krajinný dizajn oblasti obklopujúcej akúkoľvek architektonickú pamiatku alebo krajinnú záhradnú zónu.
Čo je to úroveň?
Na uskutočnenie geometrického merania terénu, ktoré je široko používané v stavebníctve, sa používajú úrovne rôznych prevedení. Tieto zariadenia sa podľa princípu činnosti zvyčajne delia na: elektronické, laserové, hydrostatické a opticko-mechanické. Všetky úrovne sú vybavené ďalekohľadom otáčajúcim sa v horizontálnej rovine. Moderná konštrukcia takéhoto meracieho zariadenia zabezpečuje automatickú kompenzáciupre nastavenie vizuálnej osi do pracovnej polohy.
História vyrovnávania
Prvé informácie, ktoré sa o nivelácii dostali k modernému človeku, sa týkajú prvého storočia pred naším letopočtom, konkrétne výstavby zavlažovacích kanálov v starovekom Grécku a Ríme. V historických dokumentoch sa spomína vodomer. Jeho vynález a využitie sa spája s menami starogréckeho vedca Herona Alexandrijského a rímskeho architekta Marka Vitruvia. Impulzom pre vývoj týchto meracích prístrojov a nivelačných metód bolo vytvorenie pozorovacieho ďalekohľadu, barometra, cylindrickej nivelácie a deliacej mriežky v pozorovacích ďalekohľadoch. Tieto vynálezy pochádzajú zo 16. a 17. storočia a umožnili vyvinúť systém na presné meranie zemského povrchu.
V Rusku za Petra Veľkého vznikla optická dielňa, kde okrem iného vyrábali aj vodováhy, len sa im potom hovorilo vodováhy s fajkou. I. E. Belyaev sa zaoberal vývojom úrovní v dielni. V tom istom období sa objavili prvé meracie prístroje založené na barometroch. Na začiatku devätnásteho storočia sa objavili prvé trigonometrické úrovne, s ich pomocou sa vykonali veľmi rozsiahle práce na určenie rozdielu v úrovniach Azovského a Čierneho mora, merala sa výška hory Elbrus. Používanie geometrických nástrojov je zaznamenané v polovici devätnásteho storočia. Takže v roku 1847 boli použité pri stavbe Suezského prieplavu. U nás geometrická niveláciapovrch sa používal pri výstavbe vodných a pozemných ciest. Za začiatok vzniku domácej štátnej siete sa považuje rok 1871. Potom sa začali práce na upevňovaní a inštalácii bodov, ktoré slúžili ako základ pre topografické prieskumy.
Aplikácia vyrovnávania
Výsledkom nivelácie je vytvorenie jednotnej referenčnej geodetickej siete, ktorá slúži ako podklad pre topografické merania územia alebo rôzne geodetické merania. Streľba sa široko používa na výskumné a vedecké účely: pri štúdiu zemegule, pohybu zemskej kôry, na opravu kolísania hladiny morí a oceánov.
Nivelácia sa používa aj pri riešení rôznych aplikovaných problémov, ktoré sú spojené s výstavbou rôznych objektov, kladením komunikačných liniek, inžinierskych sietí a pod. Napríklad meranie terénu je potrebné na prenos návrhových rozhodnutí vo výške, navyše počas inštalačné práce na montáži stavebných konštrukcií. Pri riešení takýchto problémov sa vždy využívajú údaje získané geodéznou službou. Priamo na riešenie rôznych vysoko špecializovaných úloh sa využívajú aj systémy automatického vyhľadávania informácií. Medzi takéto úlohy patrí napríklad oprava a výstavba vozovky. Senzory zahrnuté v automatickom nivelačnom zariadení sú inštalované na železničných vozňoch, autách, výsledkom čoho je hotový profil skúmanej oblasti v čo najkratšom čase.
Moderné technológie
K dnešnému dňuv dôsledku mimoriadne rýchleho rozvoja vedy a techniky sa na vyrovnanie povrchu používa rôzne technické know-how.
- Laser. Ich práca je založená na čítaní parametrov terénu pomocou laserového skenovacieho zariadenia.
- Ultrazvuk. Hlavným prvkom takéhoto zariadenia je ultrazvukový senzor vysielajúci vlny.
- GNSS-technológia, ktorá je spojená so získavaním informácií o aktuálnych súradniciach pomocou satelitnej komunikácie. Takéto zariadenie poskytuje veľmi vysokú presnosť nivelácie.
Na zabezpečenie efektívneho spracovania veľkého množstva informačných tokov získaných v procese aplikácie vyššie uvedeného know-how je potrebný vhodný špeciálny softvér, ktorý bude vykonávať úlohy súvisiace s ukladaním, správou, vizualizáciou a spracovaním údaje.
Moderné nivelačné systémy vo výstavbe ciest
Automatizované systémy sú široko používané v modernej výstavbe ciest. Umožňujú vám spravovať zariadenie na stavbu ciest vzhľadom na jeho aktuálnu polohu. Automatické vyrovnávanie trasy sa zároveň vyznačuje vysokou presnosťou vykonaných prác, čo výrazne zlepšuje kvalitu vyrábanej vozovky a skracuje čas výstavby. Takéto zariadenia, inštalované na asf altových finišeroch, cestných frézach, buldozéroch, umožňujú eliminovať poškodenia a defekty starého chodníka pri položení novej vrstvy. Tieto úrovne kontrolujú priečny sklon vozovky, vykonávajú ho podľa presne zadaného projektuparametre. Moderné systémy merania povrchu pre zariadenia na stavbu ciest sú rozdelené do niekoľkých typov v závislosti od použitej technológie.
- Ultrazvukové zariadenia s rôznym počtom senzorov.
- Laserové snímacie systémy.
- Zariadenie založené na technológii satelitného GPS.
- 3D systém založený na princípe totálnej stanice.
V prípade potreby, v závislosti od zložitosti a zvláštnosti vykonávanej práce, možno použiť jednu alebo druhú technológiu automatického vyrovnávania.
