Что такое нивелирная сеть

Нивелирные сети.

Основой для определения высот пунктов в России служит государственная нивелирная сеть I, II, III и IV классов.

Главной высотной основой страны является государственная нивелирная сеть I и II классов, назначением которой является распространение единой системы высот на территорию всей страны. Нивелирные сети I и II классов используются также для решения таких научных задач, как изучение фигуры физической поверхности Земли и ее гравитационного поля, определение разностей высот уровней морей и океанов, изучение вертикальных движений земной коры и др.

Государственная нивелирная сеть I класса имеет наивысшую точность и служит исходной для сетей следующих классов. Нивелирная сеть II класса опирается на пункты I класса, является ее сгущением. Невязки в сетях I и II классов не должны превышать соответственно 3мм× и 5мм×, где L – длина нивелирного хода, выраженная в километрах.

Нивелирные сети III и IV классов опираются на сеть I и II классов и служат основой для создания высотного обоснования топографических съемок местности и решения различных инженерных задач. Невязки в таких сетях не должны превышать соответственно 10мм× и 20мм×.

Пункты государственной нивелирной сети надежно закрепляют на местности с помощью знаков – реперов. В зависимости от условий местности и характера грунта реперы бывают грунтовые, скальные и стенные.

Скальный репер представляет собой вцеменированную в скалу чугунную марку.

Стенной репер – представляет собой вцементированную в стену чугунную марку с выступом для установки на него нивелирной рейки или отверстием для ее подвешивания. Стенные реперы закладывают в цокольной части фундаментальных зданий или сооружений (опора моста, здание пассажирского вокзала, водонапорная башня).

На застроенной территории реперы закладывают не реже, чем через 5 км, а на незастроенной – не реже, чем через 7 км.

Нивелирование с точностью II, III и IV класса применяется не только в государственной нивелирной сети, но и при геодезическом обеспечении строительства и эксплуатации различных сооружений. Так, на железных дорогах с помощью геометрического нивелирования решаются такие задачи, как съемка профиля пути на станциях и перегонах, контроль проектного уклона путей на сортировочных горках, съемка продольного и поперечных профилей на вновь сооружаемых и реконструируемых железных дорогах, создание высотных съемочных сетей для съемки станций и узлов, создание высотной основы для строительства мостов и тоннелей и др.

Нивелирование II класса используют при наблюдениях за осадками зданий и сооружений.

Техническое нивелирование. На изысканиях железных дорог и других линейных сооружений, при создании высотного съемочного обоснования выполняют техническое нивелирование.

Ход технического нивелирования начинают и заканчивают на пунктах более высокого класса. По форме такие ходы бывают разомкнутыми или замкнутыми.

Для измерения превышений используются точные или технические нивелиры (табл. 9.1).

Ход прокладывают в одном направлении.

Нивелир устанавливают по возможности на равных расстояниях от передней и задней реек (см. рис. 9.2). При этом расстояния до реек не должны превышать 150 м.

Вычитая из отсчетов по задней рейке отсчеты по передней рейке, вычисляют превышения по черным и красным сторонам, а затем – среднее превышение h_ср. Контролем правильности измерений служит разность между превышениями, полученными по черным и красным сторонам реек. Расхождение не должно превышать 5 мм.

Контролем точности измерений в ходе служит невязка f_h, которую вычисляют по формулам:

— в разомкнутом ходе

Невязка f_h считается допустимой, если она не превышает 50мм×, где L – длина хода, выраженная в километрах.

H_i+1 = H_i + (i = 1, 2, …, n)

9.9. Тригонометрическое нивелирование

Тригонометрическое нивелирование – определение превышений по измеренным вертикальным углам и расстояниям.

Для определения превышения между точками А и B (рис. 9.9) на точке А устанавливают теодолит, а на точке B – рейку. Теодолитом измеряют угол наклона n.

Если известно горизонтальное расстояние d между точками А и B, то превышение h вычисляют по формуле:

Если расстояние AB измерено нитяным дальномером, то горизонтальное расстояние равно d = Kn cos 2 n, где K – коэффициент дальномера и n – отсчет по рейке. Подставляя это выражение для d в (9.4) получаем h = Kn cos2n tg n +k – l и окончательно

h = Kn sin2n + k – l (9.5)

Рис. 9.9. Тригонометрическое нивелирование

Формула (9.5) находит применение при тахеометрической съемке местности и носит название тахеометрической формулы для превышений.

Источник

Понятие о Государственной нивелирной сети.

Нивелирные знаки

Государственная нивелирная сеть создана проложением ходов геометрического нивелирования I, II, III и IV классов.

При нивелировании I к л а с с а используют наиболее высокоточные нивелиры и совершенные методы. Протяженность ходов, прокладываемых вдоль дорог, может достигать нескольких сотен километров. Погрешность в определении превышений допускают не более 1 мм на 1 км расстояния.

Нивелирную сеть II к л а с с а строят из полигонов, опирающихся на пункты нивелирования I класса. Погрешность в превышениях допускают не более 5 мм на 1 км расстояния.

Нивелирные сети III к л а с с а развивают внутри полигонов II класса. Погрешность в превышении на1км расстояния допускают не более 10 мм.

Нивелирование IV к л а с с а является сгущением нивелирной сети III класса. Каждый нивелирный ход IV класса должен опираться на пункты нивелирования старших классов (I, II, III) или образовывать замкнутые полигоны. Погрешность в определении превышения на 1 км расстояния не должна быть более 20 мм.

Нивелирные линии всех классов закрепляют на местности через каждые 5–7 км хода нивелирными знаками, которые называют реперами и марками. Стенные реперы и марки изготавливают из чугуна и закладывают в стены водонапорных башен, каменных зданий, устои мостов и т. д. (рисунок 7.6).

Рисунок 7.6 – Стенные нивелирные знаки

Основное различие их состоит в том, что стенной репер имеет выступ, на который устанавливают рейку, а стенная марка содержит в диске отверстие, в которое вставляют иглу для подвешивания на ней специальной рейки. При отсутствии сооружений около линий хода, пригодных для закладки стенных реперов и марок, закладывают грунтовые реперы. Грунтовый репер представляет собой металлическую трубу, снизу заделанную в бетонный монолит, а сверху к ней приваривается марка. Глубина заложения репера должна быть больше глубины промерзания грунта (рисунок 7.7). На расстоянии одного метра от репера устанавливается железобетонный опознавательный знак с охранной плитой, обращенной в сторону репера.

Знаки государственной нивелирной сети служат опорой при вертикальной съемке земной поверхности.

Источник

Классификация и назначение нивелирных сетей

В предыдущих лекциях мы рассмотрели методы построения плановых государственных геодезических сетей, развиваемых с целью нахождения координат (х, у)центров пунктов. Однако для определения местоположения точки земной поверхности в пространстве необходима еще третья координата Н, обозначающая ее положение по высоте в некоторой высотной системе координат. Эта высотная координатная система задается в каждом государстве относительно некоторой исходной уровенной поверхности и распространяется на его территории методом высокоточного геометрического нивелирования, которому мы посвятим оставшиеся лекции по первому разделу высшей геодезии.

11.1. Общие сведения о нивелирных сетях. Классификация и назначение нивелирных сетей. Государственная нивелирная сеть

Нивелирные сети подразделяются:

1. Государственную нивелирную сеть.

2. Нивелирную сеть сгущения.

3. Нивелирную съемочную сеть.

4. Высокоточную нивелирную сеть специального назначения.

Государственная нивелирная сеть (ГНС) является высотной основой топографических съемок всех масштабов и всех геодезических измерений, проводимых для удовлетворения потребностей народного хозяйства, обороны страны, для решения научных и практических задач. Она развивается по принципу перехода от общего к частному и разделяется на нивелирные сети I, II, III и IV классов.

Нивелирная сеть I и II классов являетсяглавной высотной основой страны, которая создается по специально разработанным программам и схемам, предусматривающим выполнение высокоточных нивелирных работ на многие годы вперед. Основным назначением главной высотной основы страны является распространение единой системы высот на территорию всего государства. Кроме того, при помощи нивелирования I и II классов решают следующие научные задачи:

а) изучение фигуры и гравитационного поля Земли;

б) изучение современных вертикальных движений земной коры;

в) определение разностей уровней морей и океанов;

г) сейсмическое районирование территории страны, выявление предвестников землетрясений;

д) прогнозирование влияния производства на окружающую среду, особенно при добычи нефти, газа и других полезных ископаемых.

Нивелирные сети III и IY классов предназначены для обеспечения топографических съемок вплоть до масштаба 1:5000 и решения различных инженерно – геодезических задач.

Нивелирные сети сгущения служат высотной основой топографических съемок крупных масштабов (1:5000 – 1:500), а также инженерно геодезических работ. В зависимости от площади снимаемой территории и требуемой точности нивелирные сети сгущения развиваются в виде нивелирных полигонов и ходов 3 и 4 классов или технического нивелирования.

Высотная съемочная сеть является непосредственным высотным обоснованием топографических съемок всех масштабов и инженерно – геодезических работ. Она создается путем проложения между пунктами государственной нивелирной сети и сетей сгущения ходов технического или тригонометрического нивелирования.

Высокоточные нивелирные сети специального назначения создаются для различных специальных целей: на геодинамических полигонах для наблюдения за вертикальными деформациями земной поверхности; на промышленных и строительных площадках для монтажа оборудования или для наблюдения за осадками инженерно-технических сооружений и т.д. На каждом конкретном объекте такая нивелирная сеть создается по специальной программе. Специальные нивелирные сети могут создаваться в местной системе координат, но обязательно иметь высотную привязку к реперам государственной нивелирной сети.

26.Схема построения государственной нивелирной сети

Нивелирная сеть строится по принципу перехода от общего к частному, согласно которому вначале создается нивелирная сеть I класса, которая последовательно сгущается сетями II, III и IV классов.

Сеть I класса состоит из ходов, образующих замкнутые полигоны периметром около 3000-4000 км, или отдельных линий большой протяженности. Направление и протяженность этих линий обычно рассматривается и утверждается в специальных проектах Комитета по геодезии.

Нивелирная сеть II класса опирается на нивелирные линии I класса и создается в виде замкнутых полигонов. Периметры этих полигонов в обжитых районах составляют (400-800) км, в необжитых — (1000-2000) км.

Нивелирные сети III и IY классов развивают внутри полигонов высшего класса. Периметры нивелирных полигонов III класса в обжитых районах не превышают 150 км, в необжитых – 300 км. Периметры полигонов и длины отдельных линий IV класса не превышают 50 км.

Линии нивелирования всех классов на местности закрепляются постоянными знаками (реперами, скальными или стенными марками) не реже, чем через 5 км по трассе, в труднодоступных районах — не реже 6-7км.

В сетях I, II и III классов нивелирование прокладывают в прямом и обратном направлениях. Нивелирные ходы IV класса прокладывают только в одном направлении.

Вдоль всех нивелирных линий I и II классов, а в горных районах и вдоль линий III класса, по специальной программе выполняют гравиметрические измерения, что необходимо для вычисления поправок в измеренные превышения за переход к разностям нормальных высот.

Требования и допуски, соблюдаемые при производстве нивелирных работ в государственной сети, представлены в таблице

Технические требования к производству

Класс	Периметр полигона (км), ср.	Основные допуски	СКО, мм/км
Допустимая невязка, мм	Длина плеча (м) ≤	Неравенство плеч (м) ≤	Накопление разностей плеч по секции (м) ≤	Высота визирного луча, не менее (м)	Случайная	Систематическая
I	3000-4000	3	0,5	1,0	0,8	0,5	0,05
II	500-600	5	1,0	2,0	0,5	1,2	0,2
III	150-200	10	2,0	5,0	0,3	5,0	—
IV	20	5,0	10,0	0,2	10,0	—

27. Понятие о системах высот применяемых в геодезии

Для точного определения разностей высот точек земной поверхности применяется метод геометрического нивелирования. Данный метод основан на использовании горизонтального луча визирования (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Схема геометрического нивелирования: ОВ — нивелирная секция; 1, 2, 3 —номера станции (точки стояния нивелира); З, П — отсчеты по задней и передней рейкам на каждой станции; h — превышение на станции; — отметки реперов О и В.

Очень простая идея геометрического нивелирования осложняется следующим обстоятельством. Дело в том, что положение горизонтального луча визирования (т.е. луча, направленного по касательной к уровенной поверхности в точке наблюдения) определяется при помощи уровня нивелира, который зафиксирует этот луч по направлению перпендикуляра к отвесной линии в данной точке.

Отвесные линии в точках 1,2,3 стояния нивелира, а также в точках стояния реек, так как рейки тоже с помощью уровней устанавливаются по направлениям отвесных линий, не параллельны между собой. Следовательно, будут не параллельны между собой и проходящие через данные точки перпендикулярные к отвесным линиям уровенные поверхности (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Зависимость результатов геометрического нивелирования от пути нивелирования вследствие непараллельности уровенных поверхностей в разных точках земной поверхности (для наглядности уровенная поверхность, проходящая через начальный репер секции О, совмещена с уровнем моря)

Превышение точки В над О обозначим через h_изм. Из чертежа видно, что т.е. расстоянию между уровенными поверхностями, проходящими через точку О и точку B, когда путь нивелирования совпадает с профилем ОB.

Если изменим путь нивелирования и пойдем через точку A, т.е. по пути ОAВ, то в результате получим измеренное превышение h‘_изм = ОА, так как АВ — уровенная поверхность, т.е. поверхность одинакового потенциала, между любыми точками которой превышение равно 0.

Если путь нивелирования будет проходить через точку С (ОСВ), то получим уже третье значение измеренного превышения h²_изм =CВ.

Так как уровенные поверхности не параллельны между собой, то

h_изм ¹ h¢_изм ¹ h²_изм. Следовательно, мы видим, что высота точки B над точкой О зависит от того, по какому пути выполняется нивелирование, что приводит к неопределенности определения отметки точки земной поверхности из результатов геометрического нивелирования.

Чтобы избежать этой неопределенности, в практику нивелирных работ введено четыре системы высот:

1. Приближенная, в которой не принимается во внимание реальное гравитационное поле Земли.

2. Ортометрическая, в которой под ортометрической высотой Н_орт. понимают расстояние от поверхности геоида до точки земной поверхности, отсчитываемое по отвесной линии.

,(11.1)

g — ускорение действительной силы тяжести.

3. Нормальная, где под нормальной высотой понимают расстояние от поверхности квазигеоида до точки земной поверхности, отсчитываемое по нормали к эллипсоиду.

,(11.2)

g — ускорение нормальной силы тяжести.

4.Динамическая, в которой за динамическую высоту Н_д принимают нормальную высоту, приведенную к широте 45°.

(11.3)

Детально с этими высотами мы ознакомимся в курсе геодезической гравиметрии. Сейчас только отметим, что в странах бывшего СССР и странах восточной Европы в качестве основной принята система нормальных высот, которую ввел Молоденский. Нормальные высоты наиболее удобны для практических целей, так как они не зависят от пути нивелирования и от распределения плотности масс внутри Земли. При обработке геометрического нивелирования всегда вводится поправка за переход к нормальным высотам.

Исходная уровенная поверхность. За исходное начало счета высот в Беларуси и странах бывшего СССР принята уровенная поверхность, проходящая через нуль Кронштадского футштока. Эта система называется Балтийской. Практически нуль Кронштадского футштока представляет собой горизонтальную черту на медной пластине, которая укреплена на устое моста через Обводной канал в Кронштадте.

28. Классификация нивелирных знаков

Как уже упоминалось выше, все нивелирные линии на местности закрепляются нивелирными знаками.

Нивелирные знаки делятся на фундаментальные реперы, рядовые и временные. Для специальных целей закрепление производят еще глубинными реперами.

Фундаментальный репер области сезонного промерзания состоит из железобетонного пилона в виде усеченной четырехгранной пирамиды, составляющей единое целое с расположенной внизу железобетонной плитой (рис. 11.5)

Рис. 11.4 Грунтовый репер (тип 5): Рис. 11.5. Фундаментальный репер

1— железобетонный пилон с маркой и

якорным устройством; 2— граница промерзания

(оттаивания грунта); 3— опознавательный знак.

При наличии монолитной скальной породы закладывают фундаментальные реперы для скальных грунтов.

Фундаментальные реперы закладываются по линиям нивелирования I и II классов через 50-60км; в 50-150м от фундаментального репера закладывается репер-спутник.

Рядовые нивелирные знаки делятся на следующие виды:

а) грунтовые реперы (рис.11.4);

Временные нивелирные знаки закладываются на короткий срок и закрепляются деревянными столбиками с гвоздиками или костылем.

Глубинные реперы закладываются на большие глубины (

10м и более) на специальных линиях нивелирования повышенной точности. Например, на геодинамических полигонах при наблюдении за вертикальными деформациями земной поверхности; на площадках строящихся АЭС при выборе тектонически спокойного участка строительства; при наблюдении за осадками особо важных инженерно-технических сооружений: плотин ГЭС, турбогенераторов ТЭЦ, реакторов АЭС и т.д.

Нивелирные знаки закрепляются на местности центрами, которые подразделяются еще на типы в зависимости от конструкции. Типы центров нивелирных знаков даны в специальном альбоме центров. Они разработаны в ЦНИИГАиК и применяются в зависимости от климатических условий конкретной местности, грунта, глубины промерзания почвы и т.д.

Основным требованием, предъявляемым к закладке центров нивелирных знаков, является требование долговременной сохранности знаков и устойчивость во времени, исключая перемещение реперов в результате современных движений земной коры, землетрясений, извержений вулканов и т.д.

Наиболее благоприятной является закладка реперов в скальные породы. С целью быстрого отыскания нивелирные реперы должны по возможности закладываться вблизи долговечных ориентиров.

Источник