Высокоточное нивелирование
При высокоточном нивелировании необходимо определять превышения с наивысшей точностью, характеризуемой в настоящее время средними квадратическими погрешностями на 1 км двойного хода случайной 0,3–0,5 мм и систематической 0,03–0,05 мм. Для того чтобы обеспечить столь высокую точность результатов измерений необходимо использовать нивелиры и рейки соответствующей точности, а также применять наиболее совершенные методы наблюдений и обработки их результатов, позволяющие наиболее полно ослаблять влияние всех видов источников погрешностей, в том числе личных, приборных и от внешней среды, особенно ошибок систематических независимо от их величины.
Нивелирование I класса выполняется с наивысшей в настоящее время точностью с применением точных современных приборов и методик. Нивелирование I класса характеризуется средней квадратической погрешностью на 1 км хода m=0,5 мм.
Ходы нивелирования I класса служат основой для ходов II класса, прокладываемых вдоль шоссейных и железнодорожных путей сообщения внутри полигонов I класса и образующих полигоны периметром 500-600 км. На нивелирных линиях I и II классов через 50 – 60 км устанавливаются фундаментальные реперы. Линии нивелирования I и II классов обязательно привязывают к морским и водомерным постам.
Методика нивелирования I класса чрезвычайно сложна. Его выполняют в прямом и обратном направлениях по двум парам костылей или кольев, образующих две независимые линии нивелирования. Длина визирного луча при нивелировании принята равной 50 м, а неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускается не более 0,5 м. При нивелировании I класса применяются нивелиры Н-05, Н-1, высокоточный нивелир с компенсатором Ni-002 (Германия), дающий СКП 0,2 мм на 1 км двойного хода. Допустимые невязки в полигонах и по линиям подсчитываются по формуле
¦мм = 3мм×ÖLкм,
где L – число км в длине хода или периметра полигона.
Нивелирование II класса производят в прямом и обратном направлениях с использованием костылей или кольев. Для нивелирования II класса пригодны высокоточные нивелиры с уровнем Н-1, Н-2, и нивелиры компенсатором Ni-004, Ni-007 (Германия) и Ni-А3 (Венгрия). Длина визирного луча в нивелировании II класса принята равной 65 м, а допустимое неравенство разностей расстояний от нивелира до реек на станции – 1 м. Допустимые невязки: ¦мм = 5мм×ÖLкм.
Полигоны нивелирования II сгущаются ходами нивелирования III класса, которые в свою очередь сгущаются нивелирными ходами IV класса. Нивелирные сети III и IV классов прокладывают внутри полигонов высшего класса как отдельными линиями, так и в виде системы линий. Каждая линия нивелирования III и IV классов должна опираться обоими концами на знаки нивелирования старшего класса и образовать замкнутый полигон. Они служат основой для создания высотного обоснования топографических съёмок и решения различных инженерных задач на местности.
При нивелировании III и IV классов применяют нивелиры Н-2, НА-1, Н-3, НВ, NiВ-3, NC4, Ni-030 и трехметровые шашечные рейки. Периметры полигонов 3 класса не должны превышать 150 км, длина визирного луча –75 м, неравенство расстояний от нивелира до реек на станции допускается до 2 м. Нивелирование III класса выполняется с точностью, обеспечивающей получение невязки хода или полигона, не превышающей
¦мм = 10мм×ÖLкм.
В нивелировании IV класса длину луча визирования принимают равной 100 м, а допустимое неравенство расстояний от нивелира до реек на станции – 5 м. Периметры полигонов и отдельных линий нивелирования IV класса допускаются не более 50 км. Допустимая невязка превышений по ходу не должна превышать ¦мм = 20мм×ÖLкм.
Нивелиры, предназначенные для высокоточного нивелирования, должны иметь зрительную трубу с увеличением не менее 40х, точный уровень с ценой деления не более 10² на 2 мм, и обеспечивать горизонтирование (самоустановку) визирного луча со средней квадратической погрешностью порядка 0,2².
В настоящее время высокоточные нивелиры выпускаются двух типов: нивелиры с уровнем при трубе и нивелиры с компенсаторами углов наклона трубы. Нивелиры подразделяются на высокоточные (Н–05), точные (Н 3) и технические (Н-10). Первые служат для определения превышений со СКП не более 0,5 мм на 1 км двойного хода, вторые – с ошибкой не более 3 мм/км и третьи – с ошибкой не более 10 мм/км.
Нивелиры Н–05 предназначены для нивелирования I–II классов в государственной нивелирной сети, на геодинамических полигонах и при инженерно-геодезических работах высокой точности. При наличии компенсатора шифр нивелира дополняется буквой К, например, Н–05К.
Высокоточные нивелиры Н-05, Н-05К, НА-1 должны удовлетворять следующим требованиям (таблица 4).
Таблица 4 Основные технические характеристики высокоточных нивелиров
| Параметр | Н-05 | Н-05К | НА-1 |
| Средняя квадратическая погрешность превышения на 1 км двойного хода, мм, не более Средняя квадратичаская погрешность превышения на станции, мм, не более Увеличение зрительной трубы не менее, крат Цена деления уровня на 2мм: - при трубе, угл. с. - установочного, угл. мин. Цена деления шкалы отсчетного микрометра, мм Наименьшее расстояние визирования, не более, м Масса нивелира без упаковки, кг | 0,5 0,2 0,05 5,6 | 0,5 0,2 - 0,05 5,6 | 0,5 0,05 4,2 6,9 |
а б
Рисунок 9 Нивелир Н-05. а): 1 – зрительная труба в термоизолирующем кожухе; 2 – контактный уровень; 3 – подставка нивелира; 4 – установочный уровень; б) – поле зрения трубы
Высокоточный нивелир Н-05 (рисунок 9) разработан на базе нивелира Н-2. Нивелир имеет зрительную трубу с увеличением 42х; перед объективом трубы размещена плоско-параллельная пластинка. Оптическая схема нивелира передает изображение концов пузырька цилиндрического контактного уровня, а также шкалы отсчетного устройства в поле зрения трубы. Основные технические характеристики высокоточных нивелиров приведены в таблице 4.
Зрительная труба, контактный уровень с блоком призм, передающих изображения, помещены в теплозащитный кожух, благодаря чему изменения угла iпри изменении температуры нивелира на 1°С не превышает 0,5².
Нивелир Н-05 удобен в работе и обеспечивает высокую точность результатов нивелирования I–II классов.
Нивелирные рейки являются рабочей мерой длины при определении превышений, поэтому они должны быть изготовлены очень тщательно, а деления нанесены с предельно высокой точностью. Рейки в течение длительного времени эксплуатации должны сохранять длины метровых и любых других интервалов практически неизменными при работе в разнообразных физико-географических и климатических условиях при температуре воздуха от -30° до + 50° С. Для того чтобы длина всей рейки и отдельных интервалов возможно меньше зависела от изменений температуры, рабочую часть рейки, на которой находится шкала с делениями, изготовляют из инвара, имеющего малый температурный коэффициент расширения, равный в среднем (2¸2,5) ×10-6. Рейки должны систематически эталонироваться на стационарном компараторе с целью определения поправок в метровые и дециметровые интервалы. Рейки, равно как и невелиры, требуют аккуратного обращения с ними и тщательного ухода как в процессе работы, так и при их хранении. Они вместе с нивелирами должны систематически подвергаться исследованиям с целью определения их пригодности для высокоточных измерений.