Nivelace je druh geodetického měření. Slouží k nalezení relativních výšek různých bodů na zemském povrchu. Takové přírodní objekty, jako jsou řeky, moře, oceány, pole nebo jiné výchozí body, lze při takových měřeních brát jako podmíněnou úroveň. Ve skutečnosti je nivelace určením hodnoty přebytku povrchu každého objektu nad daným (referenčním). Taková měření jsou nutná pro sestavení přesného reliéfu zkoumané oblasti. V budoucnu jsou tato data využívána při přípravě terénních plánů, map nebo k řešení konkrétních aplikovaných problémů.
Jaké typy vyrovnání existují?
Taková měření lze provádět různými metodami, které se liší použitým vybavením nebo technologií. Zvažte, jaké jsou hlavní typy vyrovnání. Nejběžnějších je pět metod: geometrické, trigonometrické, barometrické, mechanické a hydrostatické měření povrchů. Pojďme se s každým z nich seznámit podrobněji.
Geometrické vyrovnání
U této metody měření terénu je speciálgeometrická úroveň kolejnice a zařízení. Principem střelby je instalace kolejnice s tahy a dělením v požadovaném bodě poblíž studovaného povrchu. Poté se pomocí vodorovného zaměřovacího paprsku počítá výškový rozdíl. Geometrické vyrovnání se provádí podle principu "od středu" nebo "vpřed". Při měření první metodou jsou kolejnice instalovány ve dvou bodech na povrchu, zařízení je umístěno mezi nimi v ekvidistantní vzdálenosti. Výsledkem průzkumu jsou údaje o převýšení jednoho z pruhů nad druhým. Druhý způsob je klasický – jedno zařízení a jedna kolejnice. Tyto nivelační metody jsou nejběžnější. Našly uplatnění při stavbě malých objektů (domů) i velkých (mostů).
Trigonometrické vyrovnávání
Při tomto druhu měřicích prací je obvyklé používat speciální goniometrická zařízení, která se nazývají teodolity. Pomocí nich se odebírají informace o úhlech sklonu paprsku zaměřovače, který prochází dvojicí daných bodů na ploše. Trigonometrická nivelace je široce používána v topografických měřeních k určení výškového rozdílu mezi dvěma objekty, které jsou ve značné vzdálenosti od sebe, ale v optické zóně viditelnosti zařízení.
Barometrické měření povrchu
Barometrická nivelace je metoda měření založená na závislosti atmosférického tlaku vzduchu na výšce bodu na určovaném povrchu. Proces čtení se provádí pomocíbarometr. Tento nivelační systém musí počítat s řadou korekcí pro skutečnou teplotu vzduchu a jeho vlhkost. Tato metoda našla uplatnění v těžko dostupných oblastech (například v horských podmínkách) při různých geografických a geologických expedicích.
Mechanické (technické) měření povrchu
Technická nivelace zahrnuje použití speciálního zařízení - automatickou nivelaci. Pomocí ní se v automatickém režimu vykresluje profil zkoumané oblasti pomocí třecího kotouče, který zaznamenává ujetou vzdálenost, a nastavené olovnice, která nastavuje vertikálu. Takové zařízení je obvykle instalováno na vozidle a řízeno z jednoho určeného bodu do druhého. Technická nivelace umožňuje určit výškový rozdíl mezi studovanými objekty, vzdálenost mezi nimi a profil terénu, který je zaznamenán na speciální fotopásku.
Hydrostatické měření povrchu
Hydrostatická nivelace je metoda založená na principu komunikujících nádob. Střelba tímto způsobem probíhá pomocí hydrostatického zařízení, které pracuje s chybou až dva milimetry. Taková hladina je sestavena z dvojice skleněných trubic spojených hadicí, tento systém je naplněn vodou. Proces měření se provádí následovně - trubky jsou připevněny ke kolejnicím, na kterých je nanesena stupnice. Poté jsou tyče instalovány v blízkosti studovaných objektů, divize označují číselnou hodnoturozdíl mezi dvěma úrovněmi. Tato konstrukce má významnou nevýhodu, a to omezený limit měření, který je určen délkou hadice.
Popsané metody nivelace (kromě mechanických) jsou velmi jednoduché a nevyžadují od obsluhy žádné specifické znalosti, proto jsou široce používány ve stavebnictví a dalších oblastech národního hospodářství.
Třídy měření
Kromě techniky měření se nivelace obvykle dělí do tříd přesnosti. Každému z nich odpovídá určitý typ a způsob získávání informací. Podívejme se, jaké třídy vyrovnání existují.
- První třída je považována za vysoce přesnou. Odpovídá rms náhodné chybě 0,8 milimetrů na kilometr a systematické chybě 0,08 mm/km.
- Druhá třída je také považována za vysoce přesnou. Chyba je zde však o něco vyšší – rms chyba je 2,0 mm/km a systematická chyba je 0,2 mm/km.
- Třetí třída. Odpovídá standardní chybě 5,0 mm/km a systematika se nebere v úvahu.
- Čtvrtá třída. Odpovídá střední kvadratické chybě rovné 10,0 mm/km, systémová chyba se také nebere v úvahu.
V závislosti na vlastnostech terénu a cílech průzkumu lze použít různé metody průzkumu dat. Například polygony, rovnoběžnými čarami nebo vyrovnáním povrchu pomocí čtverců. Posledně jmenovaná technika je nejpoužívanější, je široce používána pro sběr dat zvelké otevřené plochy s relativně malými výškami průřezu. Podívejme se na to podrobněji.
Kvadratura
Vyrovnání povrchu touto metodou se provádí za účelem získání velkoplošných topografických plánů rovinných ploch. Hladká poloha kontrolních bodů je určena položením traverz. A výšky - metodou geometrického měření pomocí technických hladin. Proces získávání dat lze provádět dvěma různými způsoby: pokládáním vyrovnávacích tahů s postupným rozpadem průměrů a pomocí čtverců.
Nivelace po čtvercích se provádí rozbitím o zem pomocí měřicí pásky a teodolitu (mřížka se stranou buňky dvacet metrů) při měření v měřítku 1:500 a 1:1000, čtyřicet metrů - při střelbě v měřítku 1:2000 a sto metrů v měřítku 1:5000.
Současně se zafixuje situace studovaného území a vypracuje se osnova. Tyto postupy se provádějí stejně jako při průzkumu teodolitem. Kromě vrcholů buněk jsou na zemi upevněny charakteristické reliéfní objekty - plusové body: vrchol a základna kopce, dno a okraje jámy, body na přepadu a liniích rozvodí a další.
Zdůvodnění geodézie je vytvořeno položením nivelačních a teodolitových průchodů podél vnějších hranic sítě čtverců, které jsou pak svázány s body sítě jednoho státu. Výšky plusových bodů a vrcholů buněk jsou určeny metodou geometrické nivelace. Pokud je délka stranyčtverečních čtyřicet metrů nebo méně, pak se z jednoho stanoviště snaží změřit všechny určené body. Vzdálenost od zařízení k baru by neměla přesáhnout 100-150 metrů. Pokud je délka strany čtverce sto metrů, pak je úroveň umístěna ve středu každé buňky. Podle terénního průzkumu území metodou čtverců je sestaven nivelační deník a osnova měření.
Zaznamenat a vyrovnat obrys podle čtverců
Záznam obsahuje údaje o velikosti strany buňky, váže souřadnicovou mřížku k teodolitovým traverzům (geodetické zarovnání). Kromě toho je indikována vazba na terénní objekty - jezera, kopce a tak dále. Dále je třeba poznamenat, z jakých poloh se provádělo urovnávání terénu. Obrys obsahuje výsledky střelby každého ze čtverců. V horním a kladném bodě každé buňky jsou uvedeny hodnoty z černé strany pruhu (v metrech) a také vypočítané výšky. Tento výpočet se provádí na horizontu přístroje. Výšky vrcholů buněk jsou určeny jako rozdíl mezi horizontem přístroje na stanici a údajem na kolejnici.
Za účelem řízení procesu měření povrchu pro dva vrcholy buněk se nivelace provádí ze dvou různých stanic. Sestavení plánu na základě získaných podkladů pro snímání povrchových dat začíná upevněním na tabletu podle souřadnic bodů jednotné státní geodetické sítě, objektů zdůvodnění zaměření (nivelační a teodolitové pohyby), plusových bodů, vrcholů čtverců a situace.
Způsob aplikace
Při vyrovnávání území určitým způsobemaplikace teodolitových a nivelačních chodeb, členěných na průměry, chodby se kladou podél přirozených charakteristických linií daného území, například podél jezů nebo povodí. Při takové práci by měly být příčné řezy a tyče nastaveny každých čtyřicet metrů při zaměření v měřítku 1:2000 a každých dvacet metrů při měření v měřítku 1:1000 a 1:500. V bodech ohybů svahů jsou označeny plusové objekty. V procesu nastavování hlídek by měla být situace opravena a sestavena osnova. Záznamy o vyrovnání se provádějí v deníku. Označuje sériová čísla piketů, údaje na červené a černé straně kolejnic, vzdálenosti kladných předmětů od nejbližších hlídek. Na základě výsledků nivelace je sestaven polohopisný plán území, příčné a podélné profily terénu.
Pro terénní úpravy a vertikální plánování území je účelné změřit povrch v plochách navrhované lokality. Příkladem je krajinářský design oblasti obklopující jakoukoli architektonickou památku nebo zónu krajinářského zahradnictví.
Co je to úroveň?
K provádění geometrického měření terénu, které je široce používáno ve stavebnictví, se používají úrovně různých provedení. Tato zařízení se podle principu činnosti obvykle dělí na: elektronická, laserová, hydrostatická a opticko-mechanická. Všechny úrovně jsou vybaveny dalekohledem otočným v horizontální rovině. Moderní konstrukce takového měřicího zařízení umožňuje automatickou kompenzacipro nastavení vizuální osy do pracovní polohy.
Historie vyrovnávání
První informace o nivelaci, která se dostala k modernímu člověku, se vztahuje k prvnímu století před naším letopočtem, konkrétně ke stavbě zavlažovacích kanálů ve starověkém Řecku a Římě. Historické dokumenty zmiňují zařízení na měření vody. Jeho vynález a použití je spojeno se jmény starověkého řeckého vědce Herona Alexandrijského a římského architekta Marka Vitruvia. Impulsem pro vývoj těchto měřících přístrojů a nivelačních metod bylo vytvoření zaměřovacího dalekohledu, barometru, válcové libely a dělicí mřížky u zaměřovacích dalekohledů. Tyto vynálezy pocházejí z 16. a 17. století a umožnily vyvinout systém pro přesné zaměření zemského povrchu.
V Rusku byla za Petra Velikého založena optická dílna, kde mimo jiné vyráběli i vodováhy, jen se jim pak říkalo vodováhy s dýmkou. I. E. Belyaev se v dílně zabýval vývojem úrovní. Ve stejném období se objevily první měřicí přístroje, založené na barometrech. Na začátku devatenáctého století se objevily první trigonometrické úrovně, s jejich pomocí byly provedeny velmi rozsáhlé práce na určení rozdílu hladin Azovského a Černého moře, byla měřena výška hory Elbrus. Používání geometrických přístrojů je zaznamenáno v polovině devatenáctého století. Takže v roce 1847 byly použity při stavbě Suezského průplavu. U nás geometrická nivelacepovrch byl použit při výstavbě vodních a pozemních komunikací. Za počátek vzniku domácí státní sítě se považuje rok 1871. Poté začaly práce na upevnění a instalaci bodů, které sloužily jako základ pro topografické průzkumy.
Použití vyrovnání
Výsledkem nivelace je vytvoření jednotné referenční geodetické sítě, která slouží jako podklad pro topografická měření území nebo různá geodetická měření. Střelba se široce používá pro výzkumné a vědecké účely: při studiu zeměkoule, pohybu zemské kůry, k nápravě kolísání hladiny moří a oceánů.
Nivelace se také používá při řešení různých aplikovaných problémů, které jsou spojeny s výstavbou různých objektů, pokládáním komunikačních linek, inženýrských sítí atd. Například měření terénu je nutné pro přenos návrhových rozhodnutí ve výšce, navíc během montážní práce na montáži stavebních konstrukcí. Při řešení takových problémů jsou vždy využívána data získaná geodetické službou. Také přímo pro řešení různých vysoce specializovaných úloh se používají systémy automatického vyhledávání informací. Mezi takové úkoly patří například oprava a výstavba vozovky. Senzory zahrnuté v automatickém nivelačním zařízení jsou instalovány na železničních vozech, vozech, výsledkem je hotový profil studované oblasti v co nejkratším čase.
Moderní technologie
K dnešnímu dnidíky mimořádně rychlému rozvoji vědy a techniky se k vyrovnání povrchu používá různé technické know-how.
- Laser. Jejich práce je založena na čtení parametrů terénu pomocí laserového skenovacího zařízení.
- Ultrazvuk. Hlavním prvkem takového zařízení je ultrazvukový senzor vyzařující vlny.
- GNSS-technologie, která je spojena se získáváním informací o aktuálních souřadnicích pomocí satelitní komunikace. Takové zařízení poskytuje velmi vysokou přesnost nivelace.
Pro zajištění efektivního zpracování velkého množství informačních toků získaných v procesu aplikace výše uvedeného know-how je nutné mít vhodný speciální software, který bude provádět úkoly spojené s ukládáním, správou, vizualizací a zpracováním data.
Moderní nivelační systémy ve výstavbě silnic
Automatizované systémy jsou široce používány v moderním silničním stavitelství. Umožňují vám spravovat zařízení pro stavbu silnic vzhledem k jeho aktuální poloze. Automatické vyrovnávání trasy se zároveň vyznačuje vysokou přesností prováděných prací, což výrazně zlepšuje kvalitu vyráběné vozovky a zkracuje dobu výstavby. Taková zařízení, instalovaná na asf altových finišerech, silničních frézkách, buldozerech, umožňují eliminovat poškození a vady staré dlažby při pokládání nové vrstvy. Tyto úrovně řídí příčný sklon vozovky, provádějí jej podle přesně zadaného projektuparametry. Moderní systémy měření povrchu pro zařízení na stavbu silnic jsou rozděleny do několika typů v závislosti na použité technologii.
- Ultrazvuková zařízení s různým počtem senzorů.
- Laserové snímací systémy.
- Zařízení založené na technologii satelitní GPS.
- 3D systém založený na principu totální stanice.
V případě potřeby, v závislosti na složitosti a zvláštnosti prováděné práce, lze použít jednu nebo druhou technologii automatické nivelace.
