Электронные нивелиры фирм Topcon и Trimble

Министерство  образования и науки РФ

ФГОУ СПО Октябрьский нефтяной колледж

им. С.И. Кувыкина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

Электронные нивелиры фирм TOPCON и TRIMBLE

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент гр. Прк2-12        Д.В. Тайгин

 

 

 

 

 

2012

Содержание

 

Геометрическое  нивелирование        3

Влияние кривизны земли и рефракции на измеряемое превышение  7

Нивелиры: их устройство, поверки, исследования         10

Оптический  нивелир Topcon AT-G1           15 Цифровой (электронный) нивелир Trimble DINI 12         18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геометрическое  нивелирование

 

Рельеф  местности - это совокупность неровностей  поверхности земли; он является одной  из важнейших характеристик местности. Знать рельеф - значит знать отметки  всех точек местности. Отметка точки - это численное значение ее высоты над уровенной поверхностью, принятой за начало счета высот. Отметку любой точки местности можно определить по топографической карте, однако, точность такого определения будет невысокой.

Отметку точки на местности определяют по превышению этой точки относительно другой точки, отметка которой известна. Процесс измерения превышения одной точки относительно другой называется нивелированием. Начальной точкой счета высот в нашей стране является нуль Кронштадтского футштока (горизонтальная черта на медной пластине, прикрепленной к устою одного из мостов Кронштадта). От этого нуля идут ходы нивелирования, пункты которых имеют отметки в Балтийской системе высот. Затем от этих пунктов с известными отметками прокладывают новые нивелирные ходы и так далее, пока не получится довольно густая сеть, каждая точка которой имеет известную отметку. Эта сеть называется государственной сетью нивелирования; она покрывает всю территорию страны.

Отметки всех пунктов нивелирных сетей собраны  в списки - "Каталоги высот". Эти списки непрерывно пополняются, издаются новые каталоги по новым нивелирным ходам. Для нахождения отметки любой точки местности в Балтийской системе высот нужно измерить ее превышение относительно какого-либо пункта, отметка которого известна и есть в каталоге. Иногда отметки точек определяют в условной системе высот, если поблизости нет пунктов государственной нивелирной сети. Вследствие того, что измерение превышений выполняют различными приборами и разными способами, различают:

- геометрическое  нивелирование (нивелирование горизонтальным  лучом),

- тригонометрическое  нивелирование (нивелирование наклонным  лучом),

- барометрическое  нивелирование, 

- гидростатическое  нивелирование и некоторые другие.

Геометрическое  нивелирование или нивелирование горизонтальным лучом выполняют специальным геодезическим прибором - нивелиром; отличительная особенность нивелира состоит в том, что визирная линия трубы во время работы приводится в горизонтальное положение.

Различают два вида геометрического нивелирования: нивелирование из середины и нивелирование вперед.

При нивелировании из середины нивелир  устанавливают посредине между  точками А и В, а на точках А  и В ставят рейки с делениями     (рис. 1). При движении от точки A к точке B рейка в точке А называется задней, рейка в точке В - передней. Сначала наводят трубу на заднюю рейку и берут отсчет a, затем наводят трубу на переднюю рейку и берут отсчет b. Превышение точки B относительно точки А получают по формуле:

h = a - b                          (1)

Если a > b, превышение положительное, если a < b -отрицательное. Отметка точки  В вычисляется по формуле:

H_в = H_а + h                         (2)

              Рис. 1                                  Рис. 2

 

 

 

Высота визирного  луча над уровнем моря называется горизонтом прибора и обозначается H_г:

 

H_г = HА + a = HВ + b                          (3)

 

При нивелировании вперед нивелир устанавливают  над точкой А так, чтобы окуляр трубы был на одной отвесной линии с точкой. На точку В ставят рейку. Измеряют высоту нивелира i над точкой А и берут отсчет b по рейке (рис. 2). Превышение h подсчитывают по формуле:

 

h = i - b                       (4)

 

Отметку точки B можно вычислить через превышение по формуле (2) или через горизонт прибора:

 

H_в = H_г – b         (5)

 

Если  точки А и В находятся на большом расстоянии одна от другой и превышение между ними нельзя измерить с одной установки нивелира, то на линии AB намечают промежуточные точки 1, 2, 3 и т.д. и измеряют превышение по частям (рис. 3).

Рис. 3

 

 

На  первом участке A-1 берут отсчеты  по задней рейке - a₁ и по передней - b₁. Затем переносят нивелир в середину второго участка, а рейку с точки A переносят в точку 2; берут отсчеты по рейкам: по задней - a₂ и по передней - b₂. Эти действия повторяют до конца линии AB. Точки, позволяющие связать горизонты прибора на соседних установках нивелира, называются связующими; на этих точках отсчеты берут два раза - сначала по передней рейке, а затем по задней.

 

 

Превышение  на каждой установке нивелира, называемой станцией, вычисляют по формуле (1), а превышение между точками A и B будет равно:

h_AB = h = a - b .                        (6)

 

Отметка точки B получится по формуле:

 

HB = HA + h.                              (7)

 

При последовательном нивелировании получается нивелирный ход.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние кривизны земли и рефракции на измеряемое превышение

 

Рассмотрим  схему геометрического нивелирования  из середины с большей строгостью (рис. 4). Уровенные поверхности не являются плоскими, они сферические, поэтому рейки, установленные в точках А и В перпендикулярно уровенным поверхностям, будут непараллельны между собой. Визирная ось трубы нивелира, установленного между точками А и В, горизонтальна. Она пересекла бы рейки в точках С и D, если бы световой луч распространялся в атмосфере строго прямолинейно. Однако в реальной атмосфере луч света идет по некоторой кривой, которая называется рефракционной кривой. Под влиянием рефракции предмет виден несколько выше своего действительного положения.

Рис. 4

 

В результате рефракции визирный луч будет занимать положение C'JD', и отсчеты по рейкам будут равны отрезкам:

a = C'A     и     b = D'B.

Для вывода формулы превышения понадобится  еще линия MJN, изображающая уровенную  поверхность точки J нивелира; она  пересекает рейки в точках M и N.

Превышение  точки В относительно точки А  будет равно разности отрезков МА и NB:

h = MA - NB.                           (8)

 

Далее из рис. 4 следует

MA = AC - MC     и     NB = BD - DN

Отрезки MC и DN выражают влияние кривизны Земли  на высоту точек; оно зависит от расстояния S и радиуса кривизны R. Найдем отрезки MC и DN:

MC = p1 = S21 / 2*R,

DN = S22 / 2*R;

здесь S1 - расстояние от нивелира до точки А;

S2 - расстояние  от нивелира до точки В. 

 

Отрезки AC и BD также выразим через их части:

AC = AC' + C'C      и      BD = BD'+ D'D,

где AC'- отсчет по задней рейке, AC' = a;

BD'- отсчет  по передней рейке, BD'= b.

Отрезки C'C и D'D выражают влияние рефракции. Рефракционную кривую принимают  за дугу окружности радиуса R1. Установлено, что вблизи земной поверхности радиус рефракционной кривой колеблется от шести до семи земных радиусов. Отношение R/R1 называется коэффициентом вертикальной рефракции и обозначается буквой k; следовательно,         R1 = R/k. Значения k лежат в пределах 0.14 - 0.16.

Для отрезков C'C и D'D получаем следующие выражения:

C'C = r1 = S21 / 2* R1, D'D = r2 = S22 / 2*R1.

Подставив вместо R1 выражение R/k, окончательно получим:

r1 = ( S21 / 2*R ) * k= p1 * k,  
r2 = ( S22 / 2*R ) * k = p2 * k.

Вернемся  к формуле (8) и подставим в нее последовательно

h = ( AC - MC ) - ( BD - DN ),

h = ( AC' + C'C - MC ) - ( BD' + D'D - DN ),

h = ( a + p1*k - p1) - ( b + p2 *k - p2 ),

h = ( a - b ) - [p1*(1 - k) - p2* (1 - k)].

Обозначим через f совместное влияние кривизны Земли  и рефракции на отсчет по рейке:

f1 = p1*(1 - k), f2 = p2*(1 - k),                      (9)

тогда

h = (a - b) - (f1 - f2).                          (10)

Далее

f1 - f2 = (1 - k)*(p1 - p2),

f1 - f2 = [(1 - k) / 2*R] * (S21 - S22).                  (11)

 

Если S1 = S2, то f1- f2 = 0 и h = a - b.

Вывод: при нивелировании строго из середины влияние кривизны Земли и рефракции  почти полностью исключается. Это - первое теоретическое обоснование  нивелирования из середины. Влияние  рефракции может быть исключено  не полностью, так как условия прохождения луча до задней и передней реек могут отличаться. Инструкция дает строгий допуск на неравенство расстояний до задней и передней реек: для нивелирования IV класса этот допуск равен 5м, а для нивелирования I класса - 0,5м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нивелиры: их устройство, поверки, исследования

 

Согласно  ГОСТ 10528-76 в нашей стране выпускаются  нивелиры трех типов: высокоточные с  ошибкой измерения превышения не более 0.5 мм на 1 км хода, точные с ошибкой  измерения превышения 3 мм на 1 км хода и технические с ошибкой измерения превышений 10 мм на 1 км хода.

Нивелиры всех типов могут выпускаться либо с уровнем при трубе, либо с  компенсатором наклона визирной линии трубы. При наличии компенсатора в шифре нивелира добавляется  буква К, например, Н-3К. У нивелиров Н-3 и Н-10 допускается наличие горизонтального лимба; в этом случае в шифре нивелира добавляется буква Л, например, Н-10Л.

Нивелир с уровнем при трубе изображен  на рис. 5.

Зрительная  труба и уровень при ней  являются важнейшими частями нивелира. Элевационный винт служит для приведения визирной линии трубы в горизонтальное положение. С его помощью поднимают или опускают окулярный конец трубы; при этом пузырек уровня перемещается и когда он будет точно в нуль-пункте, визирная линия должна устанавливаться горизонтально.

 
1 - зрительная труба; 2 - цилиндрический уровень при трубе;  
3 - элевационный винт; 4 -установочный круглый уровень (на рисунке не показан); 5,6 - закрепительный и микрометренный винты азимутального вращения; 7 -ось; 8 -подставка с тремя подъемными винтами.

 

Рис. 5

 

Цилиндрический  уровень обычно контактный; изображение  контактов пузырька передается системой призм в поле зрения трубы, что  очень удобно, так как наблюдатель видит сразу и рейку, и уровень.

 

Для нивелира с  уровнем при трубе выполняются  три поверки.

1. Ось цилиндрического  уровня и визирная линия трубы  должны быть параллельны и  лежать в параллельных вертикальных  плоскостях - это условие называется  главным условием нивелира с уровнем при трубе. Первая часть главного условия проверяется двойным нивелированием вперед. На местности забивают два колышка на расстоянии около 50 м один от другого. Нивелир устанавливают над точкой А так, чтобы окуляр трубы находился на одной вертикальной линии с точкой (рис. 6а). От колышка до центра окуляра измеряют высоту инструмента i₁. Затем рейку ставят в точку В, наводят на нее трубу нивелира, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b₁. Затем нивелир и рейку меняют местами, измеряют высоту инструмента i₂, приводят пузырек уровня в нуль-пункт и берут отсчет по рейке b₂ (рис. 6б).

Пусть главное  условие нивелира не выполняется, и  при положении пузырька уровня в  нульпункте визирная линия не горизонтальна, а составляет с осью уровня некоторый угол i. Тогда вместо правильного отсчета b₀ 1 получается ошибочный - b₁. Ошибку отсчета обозначим x, и превышение точки В относительно точки А будет равно:

h = i₁ - (b₁ + x).

При положении нивелира в точке В  превышение точки А относительно точки В:

Рис. 6

 

h' = i2 - (b2 + x).

Но h = - h', поэтому 

 

i1 - (b1 + x) = - [i2 - (b2 + x)].

 

Отсюда  получаем:

 

x = 0.5*(i1 + i2) - 0.5*(b1 + b2).                    (12)

 

Если x получается больше 4 мм, необходимо выполнить  юстировку уровня, т.е. устранить  угол i. Для этого элевационным винтом наклоняют трубу нивелира до тех  пор, пока отсчет по рейке не будет  равен правильному отсчету:

b02 = b2 + x,

 

при этом пузырек уровня уйдет из нуль-пункта. Исправительными винтами уровня приводят пузырек в нуль-пункт  и повторяют поверку заново. Полная программа поверки главного условия  включает еще проверку параллельности вертикальных плоскостей, проведенных через визирную линию трубы и ось уровня.

При нивелировании строго из середины ошибка отсчета по рейке из-за невыполнения главного условия нивелира не влияет на величину измеряемого превышения (рис. 7)