Nivelace - Levelling

Pracovník Centra pro operační oceánografické výrobky a služby provádí přílivové stanice na podporu amerického armádního sboru inženýrů v Richmondu ve státě Maine.

Nivelace ( britská angličtina ) nebo nivelace ( americká angličtina ; viz pravopisné rozdíly ) je odvětví geodetické práce , jehož cílem je stanovit nebo ověřit nebo změřit výšku specifikovaných bodů vzhledem k základně. Je široce používán v geodézii a kartografii k měření geodetické výšky a ve stavebnictví k měření výškových rozdílů stavebních artefaktů. Je také známý jako nivelace lihu a diferenciální nivelace .

Optická nivelace

Stadióny se vyznačují na nitkovém kříži při sledování metrické nivelační tyče . Horní značka je 1500 mm a dolní 1345 mm. Vzdálenost mezi značkami je 155 mm, čímž se získá vzdálenost k tyči 15,5 m.

Optická nivelace využívá optickou nivelaci , kterou tvoří přesný dalekohled s nitkovým křížem a značkami stadiónů . Nitkový kříž se používá ke stanovení bodu úrovně na cíli a stadiony umožňují hledání rozsahu; stadióny jsou obvykle v poměru 100: 1, přičemž v takovém případě jeden metr mezi značkami stadiónů na nivelační tyči představuje 100 metrů od cíle. Celá jednotka je obvykle namontována na stativu a dalekohled se může volně otáčet o 360 ° ve vodorovné rovině. Zeměměřič nastavuje úroveň nástroje hrubým nastavením nohou stativu a jemným nastavením pomocí tří přesných nivelačních šroubů na přístroji tak, aby rotační rovina byla vodorovná. Zeměměřič to dělá pomocí úrovně volského oka zabudované do držáku nástroje. Geodet se dívá okulárem dalekohledu, zatímco asistent drží hůl vertikální úrovně, která je odstupňována v palcích nebo centimetrech. Pracovník úrovně je umístěn svisle pomocí úrovně s nohou v bodě, pro který je požadováno měření úrovně. Dalekohled se otáčí a zaostřuje, dokud není hladina nitra jasně viditelná v nitkovém kříži. V případě vysoce přesné manuální úrovně se jemné nastavení úrovně provádí výškovým šroubem pomocí vysoce přesné bublinové úrovně upevněné k dalekohledu. To může být viděno zrcadlem při nastavování nebo konce bubliny mohou být zobrazeny v dalekohledu, což také umožňuje zajištění přesné úrovně dalekohledu, zatímco je zaměřovač prováděn. V případě automatické úrovně se však nastavení nadmořské výšky provádí automaticky pomocí zavěšeného hranolu kvůli gravitaci, pokud je hrubé vyrovnání přesné v určitých mezích. Když je úroveň na úrovni, zaznamená se měření promoce zaměstnanců na nitkovém křídle a identifikační značka nebo značka se umístí tam, kde zaměstnanci úrovně spočívali na zkoumaném objektu nebo poloze.

Postup lineárního vyrovnání

Schéma znázorňující vztah mezi dvěma úrovněmi hůlky nebo pruty, zobrazené jako 1 a 3. Hladina přímky je 2.

Typický postup pro lineární stopu úrovní od známého vztažného bodu je následující. Umístěte přístroj do 100 metrů (110 yardů) od bodu známé nebo předpokládané výšky. Tyč nebo tyč se v tomto bodě drží svisle a nástroj se používá ručně nebo automaticky ke čtení stupnice tyče. To udává výšku přístroje nad počátečním (zpětným) bodem a umožňuje vypočítat výšku přístroje (HI) nad vztažným bodem. Tyč je pak držena na neznámém bodě a čtení je prováděno stejným způsobem, což umožňuje vypočítat elevaci nového (předvídavého) bodu. Rozdíl mezi těmito dvěma údaji se rovná změně nadmořské výšky, a proto se této metodě říká také diferenciální nivelace . Postup se opakuje, dokud není dosaženo cílového bodu. Obvyklou praxí je provést buď úplnou smyčku zpět do počátečního bodu, nebo zavřít traverz ve druhém bodě, jehož výška je již známa. Kontrola uzavření chrání před chybami v provozu a umožňuje, aby byla zbytková chyba distribuována nejpravděpodobnějším způsobem mezi stanicemi.

Některé přístroje poskytují tři nitkový kříž, který umožňuje měření vzdáleností předvídavosti a zpětného rázu pomocí stadiónů . Ty také umožňují použít průměr ze tří odečtů (3vodičové vyrovnání) jako kontrolu proti chybám a pro zprůměrování chyby interpolace mezi značkami na stupnici tyče.

Dva hlavní typy nivelace jsou jednoúrovňové, jak již bylo popsáno, a dvojité nivelace (dvojité tažení). Při dvojité nivelaci vezme zeměměřič dvě předvídavosti a dvě zpětná světla a zajistí, aby byl rozdíl mezi předvídavostí a rozdílem mezi zpětnými mířidly stejný, čímž se sníží množství chyb. Zdvojnásobení nivelace stojí dvakrát více než nivelace.

Otáčení úrovně

Při použití optické úrovně může být koncový bod mimo efektivní dosah přístroje. Mezi koncovými body mohou být překážky nebo velké změny nadmořské výšky. V těchto situacích jsou zapotřebí další nastavení. Otáčení je termín používaný v souvislosti s pohybem úrovně, aby se provedl výškový snímek z jiného místa.

Chcete-li „otočit“ hladinu, musíte nejprve odečíst a zaznamenat výšku bodu, na kterém je tyč umístěna. Zatímco je tyč držena na přesně stejném místě, úroveň se přesune na nové místo, kde je tyč stále viditelná. Odečte se hodnota z nového umístění úrovně a výškový rozdíl se použije k nalezení nové výšky úrovně zbraně. To se opakuje, dokud není série měření dokončena.

Hladina musí být vodorovná, aby bylo možné získat platné měření. Z tohoto důvodu, pokud je horizontální nitkový kříž nástroje nižší než základna tyče, nebude geodet schopen na tyčinku spatřit a získat hodnotu. Prut lze obvykle zvednout až do výšky 25 stop, což umožňuje nastavit hladinu mnohem výše než základna prutu.

Trigonometrické nivelace

Další standardní metoda nivelace při konstrukci a měření se nazývá trigonometrická nivelace , která se dává přednost při nivelaci „out“ do několika bodů z jednoho stacionárního bodu. To se provádí pomocí totální stanice nebo jiného nástroje ke čtení vertikálního nebo zenitového úhlu k tyči a změna výšky se počítá pomocí trigonometrických funkcí (viz příklad níže). Na větší vzdálenosti (obvykle 1000 stop a vyšší), přičemž zakřivení Země a lom přístrojové vlny přes vzduchu musí být vzaty v úvahu při měření stejně (viz bod níže).

Příklad: nástroj v bodě A odečítající tyči v bodě B by byl vypočten zenitový úhel <88 ° 15'22 "(stupně, minuty, sekundové oblouky ) a vzdálenost sklonu 305,50 stop bez faktorové výšky tyče nebo nástroje tím pádem:

cos (88 ° 15'22 ") (305,5) ≈ 9,30 ft.,

což znamená změnu výšky ve výšce přibližně 9,30 stop ve výšce mezi body A a B. Takže pokud je bod A ve výšce 1 000 stop, pak by bod B byl ve výšce přibližně 1 009,30 stop, jako referenční čára (0 °) pro zenitové úhly je rovně nahoru ve směru hodinových ručiček jedna úplná otáčka, a tak by čtení úhlu menší než 90 stupňů (vodorovné nebo ploché) vypadalo do kopce a ne dolů (a opačně pro úhly větší než 90 stupňů), a tak by získalo převýšení.

Lom a zakřivení

Zakřivení Země znamená, že zorná čára, která je na přístroji vodorovná, bude ve větší vzdálenosti nad sféroidem stále výš. Efekt může být u některých prací na vzdálenosti menší než 100 metrů nevýznamný.

Přímka pohledu je na přístroji vodorovná, ale není to přímka kvůli atmosférickému lomu . Změna hustoty vzduchu s elevací způsobí, že se zorná čára ohne směrem k Zemi.

Kombinovaná korekce pro lom a zakřivení je přibližně:

{\ displaystyle \ Delta h_ {metry} = 0,067D_ {km} ^ {2}}

nebo

{\ displaystyle \ Delta h_ {stopy} = 0,021 \ doleva ({\ frac {D_ {ft}} {1000}} \ doprava) ^ {2}}

Pro přesnou práci je třeba tyto efekty vypočítat a provést opravy. U většiny prací stačí udržovat přibližně stejnou vzdálenost mezi předvídavostí a zpětným zaměřením, aby se rušily efekty lomu a zakřivení. Lom je obecně největším zdrojem chyb při vyrovnávání. U krátkých hladin jsou účinky teploty a tlaku obecně nevýznamné, ale vliv teplotního gradientu dT / dh může vést k chybám.

Nivelační smyčky a variace gravitace

Za předpokladu bezchybného měření, pokud by gravitační pole Země bylo zcela pravidelné a gravitační konstantní, vyrovnávací smyčky by se vždy přesně uzavřely:

{\ displaystyle \ sum _ {i = 0} ^ {n} \ Delta h_ {i} = 0}

kolem smyčky. Ve skutečném gravitačním poli Země se to děje jen přibližně; na malých smyčkách typických pro inženýrské projekty je uzavření smyčky zanedbatelné, ale na větších smyčkách pokrývajících regiony nebo kontinenty není.

Místo výškových rozdílů se geopotenciální rozdíly uzavírají kolem smyček:

{\ displaystyle \ sum _ {i = 0} ^ {n} \ Delta h_ {i} g_ {i},}

kde znamená gravitaci v nivelačním intervalu i . U přesných nivelačních sítí v celostátním měřítku by se měl vždy použít druhý vzorec. ${\ displaystyle g_ {i}}$

{\ displaystyle \ Delta W_ {i} = \ Delta h_ {i} g_ {i} \}

by měl být používán ve všech výpočtech, produkujících geopotenciální hodnoty pro měřítka sítě. ${\ displaystyle W_ {i}}$

Nástroje

Klasické nástroje

Zavalitá hladina byla vyvinuta English stavebním inženýrem William Gravatt , zatímco zkoumá trasu o navrhovaném železniční trati z Londýna do Doveru. Kompaktnější a tudíž robustnější a snáze transportovatelné se běžně věří, že dumpy nivelace je méně přesná než jiné typy nivelace, ale není tomu tak. Dumpy leveling vyžaduje kratší a tudíž i početnější mířidla, ale tato chyba je kompenzována praxí vyrovnávání předvídavosti a backsights.

Přesné návrhy úrovní se často používaly pro velké vyrovnávací projekty, kde byla vyžadována maximální přesnost. Liší se od ostatních úrovní tím, že mají velmi přesnou trubku vodováhy a nastavení mikrometrů ke zvýšení nebo snížení zorného pole, takže nitkový kříž může být vyroben tak, aby se shodoval s linií na stupnici tyče a není nutná žádná interpolace.

Automatická úroveň

Automatické úrovně využívají kompenzátor, který zajišťuje, že zorný úhel zůstane vodorovný, jakmile obsluha zhruba vyrovná přístroj (do asi 0,05 stupně). Zeměměřič nastaví nástroj rychle a nemusí jej pečlivě relevantovat pokaždé, když míří na tyč v jiném bodě. Snižuje také účinek drobného usazování stativu na skutečné množství pohybu namísto využití náklonu přes vzdálenost pohledu. K vyrovnání přístroje se používají tři výškové šrouby.

Úroveň laseru

Laserové úrovně promítají paprsek, který je viditelný a / nebo detekovatelný senzorem na nivelační tyči. Tento styl je široce používán ve stavebních pracích, ale ne pro přesnější ovládání. Výhodou je, že jedna osoba může provádět nivelaci samostatně, zatímco jiné typy vyžadují jednu osobu u nástroje a jednu, která drží tyč.

Senzor lze namontovat na zemní stroje a umožnit tak automatické třídění .

Languages

In other projects