3.1. Цель, состав и порядок выполнения работы
Цель работы
: ознакомиться с устройством точного теодолита Н3 и технического нивелира Н-10КЛ, с устройством реек РН, с методикой нивелирования и обработкой журнала технического нивелирования.
Работа выполняется индивидуально каждым студентом. Студент получает методическое пособие и нивелир Н3 или Н10КЛ. Преподаватель задаёт станцию установки нивелира и две точки, между которыми необходимо определить превышение.
В состав работы входит:
1) ознакомление с устройством нивелиров Н3 и Н10КЛ и рейками РН3;
2) установка нивелира в рабочее положение;
3) выполнение технического нивелирования (наблюдения, заполнение журнала нивелирования и его обработка).
При сдаче лабораторной работы студент должен уметь отвечать на контрольные вопросы.
Измерение расстояний оптическим нивелиром.
На вертикальной линии перекрестия есть две маленькие черты. Для того что бы измерить расстояние до установленной рейки нужно разницу показаний умножить на константу для Leica Jagger 20, как и большинства других нивелиров, константа равна 100.
Измерение расстояния оптическим нивелиром
- Верхняя черта – 291,2 см
- Нижняя черта – 285,6 см
- Разница получается: 291,2 – 285,6 = 5,6 см
- Расстояние до рейки в нашем случае 5,6 х 100 = 560 см или 5,6 метра.
Оптическим нивелиром можно измерять большие расстояния, зависит от кратности увеличения оптики нивелира. В частности, Jagger 20 кратность 20Х позволяла мне замерять расстояния до 300 метров.
3.2. Геометрическое нивелирование. Типы и устройство нивелиров
Нивелированием
называется совокупность геодезических измерений для определения превышений между точками, а также их высот.
В зависимости от применяемых приборов и измеряемых величин нивелирование делится на несколько видов.
Определение превышения одной точки над другой посредством горизонтального визирного луча называется геометрическим нивелированием
. Осуществляют его обычно с помощью нивелиров. Они имеют зрительную трубу, цилиндрический уровень или компенсатор, круглый уровень, подставку с подъёмными винтами (см. рис. 24).
Согласно действующему ГОСТу нивелиры изготавливают трёх типов: высокоточные Н-05, точные Н3 (Н3К, Н3КЛ) и технические Н10 (Н10К и Н10КЛ). В названии Н – нивелир; 05, 3 и 10 – средняя квадратическая ошибка превышения на 1 км двойного нивелирного хода; К – компенсатор; Л – лимб.
В зависимости от того, каким способом визирный луч устанавливается в горизонтальное положение, нивелиры изготавливают в двух исполнениях:
— с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе, с помощью которого осуществляется горизонтирование визирного луча (рис. 24);
— с компенсатором – свободно подвешенная оптико-механическая система, которая приводит визирный луч в горизонтальное положение (рис. 25 и 26).
Точный нивелир Н3 предназначен для нивелирования III и IV классов, технический нивелир Н-10К для технического нивелирования.
В нивелире Н3 (рис. 24) увеличение зрительной трубы – 31,5х, наименьшее расстояние визирования – 1 м, цена деления уровней: круглого – 10′, цилиндрического – 15».
Рис. 24. Точный нивелир Н-3 с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе: 1
– подъемные винты;
2
– круглый уровень;
3
– элевационный винт;
4
– окуляр зрительной трубы с диоптрийным кольцом;
5
– визир;
6
– кремальера;
7
– объектив зрительной трубы;
8
– закрепительный винт;
9
– наводящий винт;
10
– контактный цилиндрический уровень;
11
– юстировочные винты цилиндрического уровня
Нивелир крепят к штативу с помощью станового винта и пружинящей пластины. В отвесное положение ось вращения нивелира устанавливают по круглому уровню 2 с помощью подъемных винтов 1, винтовая нарезка которых входит в гнезда подставки (трегера). Для приближенного наведения трубы на рейку служит визир 5 с мушкой, для точного – наводящий винт 9, который работает, когда труба зафиксирована закрепительным винтом 8. Резкость изображения сетки нитей достигается вращением диоптрийного кольца окуляра 4, вращением кремальеры 6 получают четкое изображение рейки. Перед каждым отсчетом по рейке визирный луч нивелира устанавливают в горизонтальное положение элевационным винтом 3. При этом следят за изображением четвертей пузырька цилиндрического уровня 10, которые через систему призм передаются в поле зрения трубы (рис. 25). Если центр пузырька уровня совместить с нуль-пунктом ампулы, то произойдет оптический контакт – изображения четвертей пузырька уровня будут равными по длине и образуют в верхней части один овал (рис. 25, в). При наклоне оси уровня контакт нарушается (рис. 25, а, б).
Рис.25. Поле зрения зрительной трубы нивелира Н-3 при положениях пузырька цилиндрического уровня вне нуль-пункта (а, б) и в нуль-пункте (в)
Сетка нитей нивелира имеет один вертикальный и три горизонтальных штриха, из которых два крайних (коротких) служат для определения расстояний. Нивелиры с цилиндрическими уровнями требуют тщательной установки по уровню при работе с ними и постоянного контроля положения пузырька уровня при взятии отсчётов. Этого недостатка лишены так называемые авторедукционные нивелиры, у которых линия визирования автоматически устанавливается в горизонтальное положение с помощью специальных компенсаторов.
На рис. 26 приведен точный нивелир третьего поколения с компенсатором и лимбом 3Н-3КЛ, на рис. 27 – технический нивелир второго поколения с компенсатором и лимбом 2Н-10КЛ. Данные нивелиры не имеют закрепительного винта, зрительная труба у них наводится на предмет вращением наводящего винта 2, фокусировка трубы осуществляется кремальерой 3 (рис. 26).
Нивелир 2Н10-КЛ предназначен для выполнения технического нивелирования. Предварительная установка нивелира (горизонтирование) осуществляется по круглому уровню с ценой деления 10′. Призменный компенсатор нивелира обеспечивает установку визирной оси в горизонтальное положение при наклонах подставки в пределах ±15′.
Рис. 26. Точный нивелир ЗН-3КЛ с компенсатором и лимбом: 1
– лимб;
2
– наводящий винт;
3
– кремальера;
4
– визир
Рис. 27. Технический нивелир 2Н-10КЛ
Техническое нивелирование выполняют для определения высот точек высотного съемочного обоснования и при решении различных инженерно-технических задач при изыскании, строительстве и эксплуатации линейных сооружений и промышленно-гражданском строительстве.
Как брать отсчет по рейке
Рис.1.Вид сетки нитей и нивелирной рейки.
Отсчёт берётся в миллиметрах и всегда выражается четырёхзначным числом: первые две цифры — номер дециметра, 3-я цифра — число полных сантиметровых делений от начала дециметра до средней нити, 4-я цифра — десятые доли следующего сантиметрового деления.
Порядок измерения превышений «из середины».
1 Нивелир устанавливают посередине между точками. Равенство расстояний от нивелира до точек (разность плеч) при техническом нивелировании определяется на глаз. Предельная длина визирного луча для технического нивелирования принимается равной 100 м ( при благоприятных условиях- 150 м).
2 Нивелир на станции приводят в рабочее положение (приводят ось вращения зрительной трубы в отвесное положение по круглому уровню).
3 Рейки в общем случае ставятся только на закрепленных точках (реперах, колышках, костылях, башмаках), между которыми определяется превышение. Рейки на землю устанавливаются лишь при съемке рельефа.
Если на нивелирной рейке нет отвеса или круглого уровня, то для получения правильного отсчета по рейке реечник производит качание рейки, плавно наклоняя ее от себя в сторону нивелира и на себя, а наблюдатель берет наименьший отсчет, который соответствует отвесному положению рейки. Если отсчет по рейки менее 0500, то рейку не качают.
4 Последовательность снятия отсчетов на станции зависит от точности нивелирования. При техническом нивелировании можно применять следующую технологию:
— наводят зрительную трубу на черную сторону задней рейки и берут отсчет по средний нити сетки; при этом перед отсчетом по рейке необходимо привести пузырек цилиндрического уровня в нульпункт. Запись отсчетов производится в «Журнал технического нивелирования»;
— после этого заднюю рейку поворачивают к нивелиру красной стороной и
-затем наводят трубу на черную сторону передней рейки, тоже берут отсчеты по средней нити сетки;
-после этого переднюю рейку поворачивают к нивелиру красной стороной и берут отсчет;
-на каждой станции осуществляется контроль отсчетов по рейкам двукратным получением превышения.
Расхождение двух значений превышения, определенных как разность отсчетов по черным и красным сторонам реек, не должно превышать более 5 мм. Если расхождение превышает 5 мм, то нивелирование повторяют.
По проведенной работе было сделаны подсчеты и замеры превышений.
Были измерены высота рейки и нивелира в двух точках. В точке «А» высота нивелира 1347мм, а высота рейки после измерения – 1350мм. После мы меняли местами нивелир и рейку, точка «Б», высота нивелира составляет 1352мм, а рейки 1354мм. После были рассчитаны данные, насколько превышает высота рейки и нивелира. Для этого складываются высоты нивелиров и реек.
Определяется длина линий: (1380-1210)*100=17м.
Вывод
В данной практической работе изучили устройство нивелир серии Н3: его основные узлы, винты и оси. Научились обрабатывать журнал нивелирования.
Общий вывод
Геодезия – наука об измерениях на земной поверхности. В геодезии применяются преимущественно линейные и угловые измерения. Такие измерения необходимы для определения формы и размеров нашей планеты – Земли и её частей, для определения координат пунктов, создания карт, планов и профилей и для строительства различных сооружений.
В ходе прохождения учебной практики мы приобрели опыт работы с теодолитом 2Т30П и нивелиром Н3 и убедились в необходимости точности измерений.
Научились определять отметки точек, географические и прямоугольные координаты, дирекционный угол и географический азимут направлений по топографической карте, а так же вычислять площади земель по карте.
Изучили виды условных знаков, такие как линейные, площадные, внемасштабные и пояснительные. Усвоили их смысловое содержание, т.е. отношение к изображаемым объектам, явлениям и процессам.
Как будущие специалисты горного профиля обязаны знать основы геодезии и уметь работать с геодезическими приборами, свободно читать планы и карты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баканова В.В. Геодезия: учебник для вузов / В.В. Баканова; под. общ. ред. Л.М. Комарьковой; М.: Недра, 1980, 277 С.
2. Баршай С.Е. Инженерная геодезия / С.Е. Баршай, В.Ф. Нестеренок, Л.С. Хренов; под общ. ред. Л.С. Хренова; Минск: Высшая школа, 1976, 400С.
3. Дьяков Б.Н. Геодезия: учебное пособие для вузов/ Б.Н. Дьяков; отв. ред. И.В. Лесных; СГГА 2-е изд., перераб. и доп. Новосибирск: СГГА, 1997, 173 С.
4. Измайлов П.И. Практикум по геодезии / П.И. Измайлов; под. общ. ред. И.М. Блудовой; М.: Недра, 1970, 376 С.
5. Маслов А.В. Геодезия / А.В. Маслов, А.В. Гордеев, Ю.Г. Батраков; под общ. ред. В.А. Чураковой; Изд. 6-е перераб. и доп. М.: Колос, 2006, 598С.
6. Михеева Д.Ш. Инженерная геодезия / Д.Ш. Михелев, М.И. Киселев, Е.Б. Клюшин; под ред. Д.Ш. Михелева; 6-е изд. стер. М.: изд. центр Академия, 2006, 480 С.
7. Неумывакин Ю.К. Практикум по геодезии/ Ю.К. Неумывакин, А.С. Смирнов; под общ. ред. Н.Т. Куприной; М.: Недра, 1985, 200 С.
8. Поклад Г.Г. Геодезия: учебное пособие ля вузов/ Г.Г. Поклад, С.П. Гриднев; Воронеж. гос. аграрн. унив-т., М.: Академический проект, 2007, 592С.
9. Петерс И. Шестизначные таблицы тригонометрических функций / И. Петерс; под. общ. ред. Л.М. Комарьковой; М.: Недра, 1975, 300 С.
10. Указания по вычислению площадей: Утв. Гл. управлением землепользования, землеустройства и охраны почв МСХ РСФСР 24.04.74. М., 1974, 48 С.
11. Условные знаки для топографических планов масштабов 1:5 000, 1:2 000, 1:1 000, 1:500: Утв. ГУГК при Совете Мигистров СССР 25.11.86. М.: Картгеоиздат – Геоиздат, 2000, 286 С.
12. Федотов Г.А. Инженерная геодезия / Г.А. Федотов; под общ. ред. Л.А. Савиной; М.: Высшая школа, 2002, 463 С.
13. Чижмаков А.Ф. Практикум по геодезии / А.Ф. Чижмаков, А.М. Кривоченко, В.М. Лазарев [и др.]; под общ. ред. Л.М. Комарьковой; М.: Недра, 1977, 240 С.
14. Южанинов В.С. Картография с основами топографии / В.С. Южанинов; под общ. ред. Ю.Э. Ивановой; М.: Высшая школа, 2001, 302 С.
Нивелир – один из основных инструментов геодезиста. Основное назначение этих приборов заключается в определении перепадов высот между двумя точками на местности. По своей сути они выполняют ту же функцию, что и обычный строительный уровень. Однако нивелиры предназначены для решения более важных и ответственных задач, что обуславливает их более сложное устройство и принцип действия.
Необходимость в нивелировании возникает при выполнении геодезических работ в самых разных направлениях. Эти приборы применяются в строительстве, при выполнении дорожных работ, геологоразведке, геодезии, картографии и топографии, при ведении монтажных работ в любых отраслях промышленности. Практически всегда при выполнении подобных задач необходимо обеспечить горизонтальную плоскость или определенный уровень уклона, в чем и помогает геодезический нивелир. Этим обуславливается значительная востребованность данных приборов на современном рынке.
Нивелир – прибор высокого уровня точности Нивелир является одним из самых старых видов геодезических приборов, применяемых человеком. Его принцип действия остался неизменным практически со времен Древнего Египта. Однако сегодня все более высокие требования предъявляются к классу точности и функциональности данных приборов. Поэтому технологии производства нивелиров становятся все более совершенными и эффективными. Современные приборы для нивелирования должны обеспечивать максимально точное, простое и быстрое определение разницы высот. Кроме этого, они должны быть простыми и удобными в эксплуатации. Основные требования, предъявляемые сегодня к нивелирам: • максимальная точность измерения; • небольшой вес и компактная конструкция; • простота в эксплуатации; • возможность сохранения данных на разных носителях; • высокая надежность и устойчивость к внешним воздействиям; • выгодная стоимость.
Виды нивелиров
В зависимости от разных классификационных признаков нивелиры подразделяются на несколько разновидностей. Так по классу точности разделяют следующие виды нивелиров: • высокоточные – точность менее 1 мм; • технические – точность от 1мм до 2.5 мм.
Еще одним важнейшим признаком является конструктивный тип и принцип действия прибора. По этому признаку различаются следующие разновидности нивелиров: • оптические (наиболее простой и доступный по цене тип приборов); • цифровые; • лазерные. Высококачественные нивелиры от лучших производителей
Наша компания предлагает своим клиентам возможность купить нивелир любого типа на выгодных условиях. В нашем ассортименте представлена продукция только лучших производителей. Это приборы, способные обеспечить максимально высокую точность измерений, обладающие высокой функциональностью, надежностью и качеством. Также у нас вы можете приобрести все необходимые аксессуары для нивелирования и ознакомиться с полным перечнем дополнительных услуг, включая гарантийный и послегарантийный сервис, проведение метрологической аттестации приборов.
По такому важному критерию, как цена, нивелир должен обеспечивать максимальную экономическую эффективность для своего владельца. Поэтому мы стремимся предложить своим покупателям максимально выгодную стоимость высококачественных оригинальных приборов. Это достигается за счет прямого сотрудничества с производителями. Поэтому покупать у нас по-настоящему выгодно.
3.3. Нивелирные рейки
При техническом нивелировании применяются двухсторонние шашечные рейки, изготавливаемые из дерева или пластмассы. Они бывают складные или цельные длиной 3-4 м. На рейки наносят деления, цена деления рек для технического нивелирования 10 мм. Счёт делений ведётся от нижнего конца (пятки рейки). Для упрощения отсчётов по рейкам начало каждого дециметра обозначают чертой. С этой же целью первые пять делений каждого дециметра отображают в виде буквы Е. Дециметры подписывают арабскими цифрами. Если используется прибор со зрительной трубой, дающей перевёрнутое изображение, то для удобства отсчитывания дециметры на рейку наносятся в перевёрнутом виде.
Для технического нивелирования чаще всего используют рейку РН-3 (рис. 28, а) длиной 3 м.
Рис. 28. Нивелирная рейка РН-3 (а
) и поле зрения зрительной трубы нивелира с цилиндрическим уровнем (
б
)
Основная шкала рейки имеет деления черного и белого цвета, нулевой отсчёт совмещен с пяткой рейки. Дополнительная шкала на другой стороне рейки имеет чередующиеся красные и белые деления. На красной стороне с пяткой рейки совмещен отсчет больше 4000 мм. Деления на красных сторонах реек сдвинуты относительно делений на чёрных сторонах так, что с пяткой одной рейки совпадает, например, отсчёт 4687 мм, с пяткой другой 4787 мм, т. е. отсчёты по красным стороны пары реек различаются на 100 мм. Сдвиг делений позволяет контролировать правильность отсчётов по обеим сторонам каждой рейки (разность отсчётов должна быть равна 4687 или 4787), а также правильность определения превышений на станции (превышение, полученное по чёрным и красным сторонам реек, должны последовательно отличаться на +100 или –100 мм). Отсчёты по рейкам при техническом нивелировании берут по среднему штриху сетки нитей в миллиметрах, оценивая доли сантиметра – миллиметры на глаз.
Ошибки, которые допускаются при использовании оптического нивелира
Для новичков, впервые приступающих к работе с нивелиром, важно учесть некоторые особенности:
- Важно обеспечить сохранность прибора. Он хоть и защищён разного рода покрытиями, но чувствителен к ударам и толчкам. Для того чтобы полностью исключить погрешности прибора, стоит позаботиться о том, чтобы все крепёжные элементы и детали были в рабочем состоянии и функционировали исправно.
- Не упускайте шанс использовать дополнительные штативы и крепежи. Это позволит сохранить прибор даже при внезапном порыве ветра.
- Не стоит полностью доверять данным, указанным в инструкции. Стоит самостоятельно проверить возможности прибора. Если вы покупаете уже не новый аппарат, лучше провести его поверку в специализированном учреждении.
- Не забывайте, что при работе с нивелиром обязательно нужен напарник.
- А во время установки рейки она должна стоять точно на поверхности, чтобы избежать перекосов. Пусть даже если это овраг или лунка, линейка должна упираться в дно.
- Не допускайте перегрева прибора. Это может сказаться на точности измерений.
3.4.1. Установка нивелира в рабочее положение.
Штатив устанавливают на станции. Нивелир при помощи станового винта закрепляют на штативе. По круглому уровню с помощью подъемных винтов ось вращения нивелира устанавливают в отвесное положение. Для этого, подъёмные винты выводят на одну высоту, затем всеми тремя подъёмными винтами приводят пузырёк круглого уровня в нуль-пункт и поворачивают прибор на 180°. Если пузырёк остался в нуль-пункте, то ось вращения нивелира приведена в отвесное положение. В противном случае необходимо выполнить юстировку в следующей последовательности. На половину дуги отклонения пузырёк приводят к нуль-пункту, действуя исправительными винтами круглого уровня, предварительно ослабив стопорный винт, а на вторую половину – подъёмными винтами.
После установки оси вращения нивелира в отвесное положение зрительную трубу наводят на рейку, используя для этого визир с мушкой, закрепительный и наводящие винты. Вращением диоптрийного кольца окуляра настраивают изображение сетки нитей, поворотом кремальеры получают четкое изображение рейки. Перед отсчетом по рейке элевационным винтом устанавливают визирный луч нивелира в горизонтальное положение, совмещая изображение четвертей пузырька цилиндрического уровня в поле зрения трубы. Они должны быть равны по длине и образовывать в верхней части один овал (см. рис. 28, б).
Ошибки при использовании оптического нивелира
Для начинающих, которые первый раз приступают к работе с устройством, требуется принять во внимание следующие моменты:
- Необходимо обеспечить сохранность приспособления. Он хоть и защищается различными покрытиями, однако восприимчив к ударам. Для полного исключения погрешностей нивелира, следует озаботиться о том, чтобы каждый крепёжный элемент и составляющие работали исправно.
- Следует воспользоваться вспомогательными штативами и крепежами. Это даст возможность сохранить устройство даже во время резких порывов ветра.
- Не следует слепо доверять информации, которая указана в руководстве. Лучше самому проверить функционал устройства.
- Нужно помнить, что во время использования устройства важна помощь ассистента.
- При монтаже рейки она должна находиться точно на поверхности, во избежание перекоса.
- Нельзя допускать перегревания прибора, это может отразиться на точности измерений.
