Нивелирането е вид геодезическо измерване.С помощта на него се откриват относителните височини на различни точки на земната повърхност. Природни обекти като реки, морета, океани, полета или други изходни точки могат да се приемат като условно ниво при такива измервания. Всъщност нивелирането е определянето на стойността на превишението на повърхността на всеки обект над даден (референтен). Такива измервания са необходими за съставяне на точен релеф на изследваната зона. В бъдеще тези данни се използват при съставяне на планове на района, карти или за решаване на конкретни приложни проблеми.
Какви видове изравняване има?
Такива измервания могат да се извършватпо различни методи, различни в използваното оборудване или технология. Нека разгледаме кои са основните видове изравняване. Най-често срещаните са пет метода: геометрични, тригонометрични, барометрични, механични и хидростатични измервания на повърхността. Нека се запознаем с всеки от тях по-подробно.
Геометрично изравняване
При този метод за измерване на терена използвайтеспециална геометрична шина и устройство за изравняване. Принципът на стрелба е да се инсталира тояга с удари и деления в необходимата точка близо до изследваната повърхност. След това, с помощта на хоризонталния мерник, се измерва разликата във височината. Геометричното изравняване се извършва по принципа "от средата" или "напред". При измерване по първия метод пръчките се монтират в две точки на повърхността, устройството е разположено между тях на еднакво разстояние. Резултатът от проучването са данните за превишението на една от лентите над другата. Вторият метод е класически - едно устройство и една релса. Тези методи за изравняване са най-често срещаните. Те са намерили приложение при изграждането както на малки обекти (къщи), така и на големи (мостове).
Тригонометрично изравняване
С този вид измерване работиобичайно е да се използват специални гониометрични устройства, които се наричат теодолити. С тяхна помощ се изважда информация за ъглите на наклона на лъча на мерника, който преминава през двойка дадени точки на повърхността. Тригонометричното изравняване се използва широко при топографски измервания за определяне на разликата във височините на два обекта, които са на значително разстояние един от друг, но в зоната на оптична видимост на устройството.
Барометрично измерване на повърхността
Барометричното изравняване е методизмервания въз основа на зависимостта на атмосферното налягане на въздуха от височината на точка от определената повърхност. Процесът на четене се извършва с помощта на барометър. Тази система за изравняване трябва да вземе предвид редица корекции за реалната температура на въздуха, за 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
Техническо изравняване предполагаизползване на специално устройство - устройство за автоматично изравняване. С помощта на него профилът на изследваната област се изчертава в автоматичен режим с помощта на фрикционен диск, който фиксира изминатото разстояние, и инсталирана отвесна линия, която задава вертикалата. Такова устройство обикновено се инсталира на превозно средство и се движи от една точка, за да се определи до друга. Техническото изравняване ви позволява да определите разликата във височината между изследваните обекти, разстоянието между тях и профила на терена, който е фиксиран на специална фотолента.
Хидростатично измерване на повърхността
Хидростатичното изравняване е метод, койтобазиран на принципа на действие на комуникиращите 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 решетките се монтират близо до изследваните обекти, числовата стойност на разликата между двете нива се отбелязва с деления. Този дизайн има значителен недостатък, а именно, ограничението на границата на измерване, което се определя от дължината на маркуча.
Описаните методи за изравняване (с изключение намеханични) са много прости и не изискват специфична база от знания от оператора, поради което те се използват широко в строителството и други сфери на националната икономика.
Класове за измерване
В допълнение към процедурата за измерване,нивелирането обикновено се разделя на класове на точност. Всеки от тях съответства на определен вид и метод за извличане на информация. Нека да разгледаме какви класове за изравняване съществуват.
- Първият клас се счита за много точен. Това съответства на средна квадратна случайна грешка от 0,8 милиметра на километър и систематична грешка от 0,08 mm / km.
- Вторият клас също се счита за изключително точен. Грешката тук обаче е малко по-висока - средноквадратичната грешка е 2,0 mm / km, а систематичната грешка е 0,2 mm / km.
- Трети клас. То съответства на средноквадратичната грешка от 5,0 mm / km и системната грешка не се взема предвид.
- Четвърти клас. То съответства на средно-квадратната грешка, равна на 10.0 mm / km, системната грешка също не се взема предвид.
В зависимост от особеностите на терена ивъзложените задачи от проучването могат да се използват по различни начини за извършване на данните от проучването. Например по протежение на полигони, по успоредни линии или изравняване на повърхността в квадрати. Последната техника е най-широко разпространена; тя се използва широко за събиране на данни от големи открити площи с относително ниска височина на напречното сечение. Нека го разгледаме по-подробно.
Разбивка по квадрати
Изравняване на повърхността с този методсе извършва с цел получаване на топографски мащабни планове на равнинни територии. Плавното положение на контролните точки се определя чрез полагане на теодолитни движения. И височини - чрез 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 нивелиращи проходи с постепенно разбиване на напречните сечения и в квадрати.
Изравняването по квадратчета се извършва отразбиване на земята с помощта на измервателна лента и теодолит (решетка с клетъчна страна от двадесет метра) при измерване в мащаби 1: 500 и 1: 1000, четиридесет метра - при стрелба в мащаб 1: 2000 и сто метра в 1: 5000.
В същото време се извършва фиксиранетоположението на изследваната територия и се съставя контур. Тази процедура се извършва по същия начин, както при изследването на теодолит. В допълнение към върховете на килиите, върху терена са фиксирани характерни релефни обекти - плюс точки: върхът и основата на хълма, дъното и ръбовете на ямата, точки по линиите на преливника и водосбора и други.
Обосновката на снимките е създадена отполагане на външните граници на решетката от квадрати на нивелиращи и теодолитни ходове, които след това са обвързани с точките на единната държавна мрежа. Височината на плюсовите точки и върховете на клетките се определят по метода на геометричното изравняване. Ако дължината на страната на квадрата е четиридесет метра или по-малка, тогава те се опитват да измерват всички точки, които трябва да бъдат определени от една станция. Разстоянието от устройството до бара не трябва да надвишава 100-150 метра. Ако страната на квадрата е сто метра, тогава нивото се поставя в центъра на всяка клетка. Според теренното изследване на терена по метода на квадратите се съставя нивелиращ дневник и контур на измерванията.
Дневник и контур за изравняване на квадрат
Дневникът записва размера на странатаклетки, отнасящи се до координатната решетка към движението на теодолит (геодезическа обосновка). Освен това се посочва обвързването с теренни обекти - езера, хълмове и т.н. Трябва също да се отбележи от каква позиция е извършено изравняването на терена. Резултатите от заснемането на всеки от квадратите се въвеждат в контура. В горната и плюс точка на всяка клетка са показани показанията от черната страна на дъската (в метри), както и изчислените височини. Това изчисление се извършва по хоризонта на инструмента. Височините на върховете на клетките се определят като разликата между хоризонта на инструмента в станцията и отчитането по посока.
За да се контролира процесът на измерване на повърхносттаза два върха на клетките нивелирането се извършва от две различни станции. Изготвянето на план въз основа на получените материали за вземане на повърхностни данни започва с фиксиране върху таблет в координатите на точки от единна държавна геодезическа мрежа, обекти на обосновка на проучване (нивелиране и движение на теодолит), плюс точки, върхове на квадрати и ситуация.
Метод на приложение
При изравняване на територията с помощта на метода на приложениетеодолит и нивелиращи проходи с разбивка на диаметри, проходите се полагат по естествените характерни линии на дадена област, например по улеи или вододели. При такива произведения напречните сечения и пикетите трябва да се разделят на всеки четиридесет метра при снимане в мащаб 1: 2000 и на всеки двадесет метра при снимане в мащаб 1: 1000 и 1: 500. В точките на огъване на склоновете са маркирани плюс обекти. В процеса на разделяне на пикетите ситуацията трябва да бъде записана и да бъде съставен контур. Записите за изравняване се правят в дневника. Той отбелязва поредните номера на пикетите, показанията по червената и черната страна на релсите, разстоянието на плюс обекти от най-близките пикети. Въз основа на резултатите от изравняване се съставя топографски план на територията, напречни и надлъжни профили на терена.
Препоръчително е да се измери повърхносттаплощи от предложената площадка за озеленяване и вертикално планиране на територията. Пример за това е ландшафтният дизайн на района около който и да е архитектурен паметник или зона за ландшафтно градинарство.
Какво е ниво?
Да се направи геометрично измерванетерен, който се използва широко в строителството, се използват нива от различни дизайни. Тези устройства според принципа им на действие обикновено се разделят на: електронни, лазерни, хидростатични и оптико-механични. Всички нива са оборудвани с телескоп, въртящ се в хоризонтална равнина. Съвременният дизайн на такова измервателно устройство осигурява автоматична компенсация за настройка на зрителната ос в работно положение.
История на изравняване
Първата информация, достигнала модернатачовек за извършване на изравняване, се отнасят към I век пр. н. е., а именно, за изграждането на напоителни канали в Древна Гърция и Рим. В историческите документи се споменава устройство за измерване на водата. Неговото изобретение и употреба са свързани с имената на древногръцкия учен Херона Александрийска и римския архитект Марк Витрувий. Импулсът за развитието на тези измервателни уреди и методи за изравняване е създаването на телескоп, барометър, цилиндричен нивелир и градуираща решетка в телескопите. Тези изобретения датират от 16-17 век, те позволяват разработването на система за точно изследване на земната повърхност.
В Русия по времето на Петър Велики е основанаоптична работилница, където освен всичко друго се произвеждаха нивелири, едва тогава те се наричаха нивелири с тръба. И. Е. Беляев беше ангажиран с разработването на нива в работилницата. През същия период се появяват и първите измервателни уреди, базирани на барометри. В началото на XIX век се появяват първите тригонометрични нива, с тяхна помощ се извършва много мащабна работа за определяне на разликата в нивата на Азовско и Черно море, измерва се височината на планината Елбрус. Използването на геометрични инструменти е записано в средата на XIX век. И така, през 1847 г. те са били използвани при изграждането на Суецкия канал. У нас геометричното изравняване на повърхността се използва при изграждането на водни и сухопътни пътища. 1871 г. се счита за началото на създаването на националната държавна мрежа. След това започна работа по фиксиране и инсталиране на точки, които послужиха като основа за топографско заснемане.
Приложение за изравняване
Резултатът от изравняването е създаванетоединна референтна геодезическа мрежа, която служи като основа за извършване на топографски измервания на терена или различни геодезически измервания. Геодезията 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.
При решаване се използва и изравняванеразлични приложни задачи, които са свързани с изграждането на различни обекти, полагане на комуникационни линии, инженерни комуникации и др. Например, измерването на терена е необходимо, за да се извърши прехвърлянето на дизайнерски решения във височина, освен това по време на монтажните работи по инсталацията на строителни конструкции. При решаването на такива проблеми винаги се използват данните, получени от службата по геодезия. Също така, директно за решаване на различни тясно специализирани задачи се използват системи за автоматично извличане на информация. Такива задачи включват например ремонт и строителство на пътища. Сензорите, включени в устройството за автоматично нивелиране, се инсталират на железопътни вагони, вагони, в резултат на което се получава завършен профил на изследваната област във възможно най-кратък срок.
Съвременни технологии
Днес, поради необичайно бързото развитие на науката и технологиите, различни технически ноу-хау се използват за изравняване на повърхността.
- Лазер. Тяхната работа се основава на отчитане на параметри на терена с помощта на устройство за лазерно сканиране.
- Ултразвукова. Основният елемент на такова устройство е ултразвуков преобразувател, който излъчва вълни.
- GNSS технология, която е свързана с получаване на информация за текущите координати чрез сателитни комуникации. Такова оборудване осигурява много висока точност на изравняване.
За да се осигури ефективна обработка на големиброят на информационните потоци, получени в процеса на прилагане на горното ноу-хау, изисква наличието на подходящ специален софтуер, който ще изпълнява задачи, свързани със съхранение, управление, визуализация и обработка на данни.
Съвременни нивелиращи системи в пътното строителство
В съвременното пътно строителствошироко се използват автоматизирани системи. Те ви позволяват да контролирате пътно-строителната техника, като вземете предвид нейното текущо положение. В същото време автоматичното изравняване на коловоза се отличава с високата точност на извършената работа, което значително повишава качеството на произведеното пътно платно, както и съкращава времето за строителство. Такива устройства, инсталирани на асфалтови павета, фрезови машини, булдозери, ви позволяват да премахнете повредите и дефектите на старата повърхност при полагане на нов слой. Тези нива контролират страничния наклон на пътя, извършват го съгласно параметрите, определени от проекта. Съвременните системи за измерване на повърхността на пътно-строителните машини са разделени на няколко вида, в зависимост от използваната технология.
- Ултразвукови устройства с различен брой сензори.
- Лазерни дофинг системи.
- Устройство, базирано на сателитна GPS технология.
- Триизмерна система, базирана на принципа на тотална станция.
Ако е необходимо, в зависимост от сложността и особеността на извършената работа, може да се използва една или друга технология за автоматично изравняване.
