Большая Советская Энциклопедия.

Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Нивелирование

Нивелирование (далее Н) определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки ("нуля высот") или над уровнем моря. Н - один из видов геодезических измерений, которые производятся для создания высотной опорной геодезической сети (т. е. нивелирной сети) и при топографической съемке (см. Топография), а также в целях проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений, и шоссейных дорог и т.д. Результаты Н используются в научных исследованиях по изучению фигуры Земли, колебаний уровней морей и океанов, вертикальных движений земной коры и т.п.

  По методу выполнения Н различают: геометрическое, тригонометрическое, барометрическое, механическое и гидростатическое Н При изучении фигуры Земли высоты точек земной поверхности определяют не над уровнем моря, а относительно поверхности референц-эллипсоида и применяют методы астрономического или астрономо-гравиметрического нивелирования.

  Геометрическое Н выполняют путем визирования горизонтальным лучом трубой нивелира и отсчитывания высоты визирного луча над земной поверхностью в некоторой ее точке по отвесно поставленной в этой точке рейке с нанесенными на ней делениями или штрихами (см. Геодезические инструменты). Обычно применяют метод Н из середины, устанавливая рейки на башмаках или колышках в двух точках, а нивелир - на штативе между ними (рис. 1). Расстояния от нивелира до реек зависят от требуемой точности Н и условий местности, но должны быть примерно равны и не более 100-150 м. Превышение h одной точки над другой определяется разностью отсчетов а и b по рейкам, так что h = a - b. Так как точки, в которых установлены рейки, близки друг к другу, то измеренное превышение одной из них относительно другой можно принять за расстояние между проходящими через них уровенными поверхностями. Если геометрическим Н определены последовательно превышения между точками А и В, В и С, С и D и т.д. до любой удаленной точки К, то путем суммирования можно получить измеренное превышение точки К относительно точки А или исходной точки О, принятой за начало счета высот. Уровенные поверхности Земли, проведенные на различных высотах или в различных точках земной поверхности, не параллельны между собой. Поэтому для определения нивелирной высоты точки К необходимо измеренное превышение относительно исходной точки О исправить поправкой, учитывающей непараллельность уровенных поверхностей Земли.

  Физический смысл геометрического Н состоит в том, что на перемещение единицы массы на бесконечно малую высоту dh затрачивается работа dW = - gdh, где g - ускорение силы тяжести. Применительно к Н от исходной точки О до текущей точки К можно написать



где и k - потенциалы силы тяжести в этих точках, а интеграл вычисляется по пути Н между ними (полученную по этой формуле величину называют геопотенциальной отметкой). Т. о., Н можно рассматривать как один из способов измерения разности потенциалов силы тяжести в данной и исходной точках.

  Исходную точку Н, или начало счета нивелирных высот, выбирают на уровне моря. Нивелирную высоту h над уровнем моря определяют по формуле



где gm - некоторое значение ускорения силы тяжести, от выбора которого зависит система нивелирных высот. В СССР принята система нормальных высот, отсчитываемых от среднего уровня Балтийского моря, определенного из многолетних наблюдений относительно нуля футштока в Кронштадте.

  В зависимости от точности и последовательности выполнения работы по геометрическому Н подразделяются на классы. Государственная нивелирная сеть СССР строится по особой программе и делится на 4 класса. Н класса выполняют высокоточными нивелирами и штриховыми инварными рейками по особо выбранным линиям вдоль и шоссейных дорог, берегов морей и рек, а также по др. трассам, важным в том или ином отношении. По линиям Н класса средняя квадратичная случайная ошибка определения высот не превышает ±0,5 мм, а систематическая ошибка всегда менее ±0,1 мм на 1 км хода. В СССР Н класса повторяют не реже, чем через 25 лет, а в отдельных районах значительно чаще, чтобы получить данные о возможных вертикальных движениях земной коры. Между пунктами Н класса прокладывают линии Н класса, которые образуют полигоны с периметром 500-600 км и характеризуются средней квадратичной случайной ошибкой около ±1 мм и систематической ошибкой ±0,2 мм на 1 км хода. Нивелирные линии и классов прокладываются на основе линий высших классов и служат для дальнейшего сгущения пунктов нивелирной сети. Для долговременной сохранности нивелирные пункты, выбираемые через каждые 5-7 км, закрепляются на местности реперами или марками нивелирными, закладываемыми в грунт, стены каменных зданий, устои мостов и т.д.

  Тригонометрическое Н, часто называемое геодезическим Н, основано на простой связи угла наклона визирного луча, проходящего через две точки местности, с разностью высот этих точек и расстоянием между ними. Измерив теодолитом в точке А угол наклона n визирного луча, проходящего через визирную цель в точке В, и зная горизонтальное расстояние s между этими точками, высоту инструмента l и высоту цели а (рис. 2), разность высот h этих точек вычисляют по формуле:

h = stgn + l - a.

  Эта формула точна только для малых расстояний, когда можно не считаться с влиянием кривизны Земли и искривлением светового луча в атмосфере (см. Рефракция). Более полная формула имеет вид:

h = s tgn + l - a + (1 - k) s2/2R,

где R - радиус Земли как шара и k - коэффициент рефракции.

  Тригонометрическим Н определяют высоты пунктов триангуляции и полигонометрии. Оно широко применяется в топографической съемке. Тригонометрическое Н позволяет определять разности высот двух значительно удаленных друг от друга пунктов, между которыми имеется оптическая видимость, но менее точно, чем геометрическое Н Точность его результатов в основном зависит от трудно учитываемого влияния земной рефракции.

  Барометрическое Н основано на зависимости давления воздуха от высоты точки над уровнем моря (см. Барометрическая формула). Давление воздуха измеряют барометром. Для вычисления высоты в измеренное давление вводят поправки на влияние температуры и влажности воздуха. Барометрическое Н широко применяют в географических и геологических экспедициях, а также при топографической съемке труднодоступных районов. При благоприятных метеорологических условиях погрешности определения высоты не превышают 2-3 м.

  Механическое Н выполняют установленным на велосипеде или автомашине нивелир-автоматом, позволяющим автоматически вычерчивать профиль местности и измерять расстояние по пройденному пути. В нивелир-автоматах вертикаль задается тяжелым отвесом, а расстояние фиксируется фрикционным диском, связанным с колесом велосипеда. Электромеханический нивелир-автомат монтируется на автомашине и позволяет определять не только разность высот смежных точек и расстояние между ними на соответствующих счетчиках, но и профиль местности на фотоленте.

  Гидростатическое Н основано на том, что свободная поверхность жидкости в сообщающихся сосудах находится на одном уровне. Гидростатический нивелир состоит из двух стеклянных трубок, вставленных в рейки с делениями, соединенных резиновым или металлическим шлангом и заполненных жидкостью (вода, диметилфталат и т.п.). Разность высот определяют по разности уровней жидкости в стеклянных трубках, причем учитывают различие температуры и давления в различных частях жидкости гидростатического нивелира. Погрешности определения разности высот этим методом составляют 1-2 мм. Гидростатическое Н применяют для непрерывного изучения деформаций инженерных сооружений, высокоточного определения разности высот точек, разделенных широкими водными преградами, и др.

  Астрономическое и астрономо-гравиметрическое Н применяют для определения высот геоида или квазигеоида над референц-эллипсоидом. Путем сравнения астрономических широт и долгот точек земной поверхности с их геодезическими широтами и долготами сначала находят составляющие отклонения отвеса в плоскостях меридиана и первого вертикала в каждой из этих точек. По этим составляющим вычисляют отклонения отвеса q в вертикальных плоскостях, проходящих через точки А и В, В и С и т.д., и тем самым получают углы наклона геоида относительно референц-эллипсоида в этих плоскостях. Выбирая точки А и В, В и С и т.д. настолько близко друг к другу (рис. 3), чтобы изменение отклонений отвеса между ними можно было считать линейным, разность высот Dz в смежных точках вычисляют по формуле



  Зная высоту геоида в исходном пункте Н и суммируя найденные приращения высот, получают высоту геоида в любом исследуемом пункте. Складывая же высоту геоида с ортометрической высотой, получают высоту точек земной поверхности над референц-эллипсоидом. Отклонения отвеса меняются от пункта к пункту линейно только при малых расстояниях между ними, так что астрономическое Н, требует густой сети астрономо-геодезических пунктов и поэтому невыгодно.

  В СССР влияние нелинейной части уклонений отвеса учитывается по гравиметрическим данным. В этом случае астрономическое Н превращается в астрономо-гравиметрическое Н, которое позволяет определять высоты квазигеоида и широко применяется в исследованиях фигуры и гравитационного поля Земли.

  Историческая справка. Н возникло в глубокой древности в связи со строительством оросительных каналов, водопроводов и т.п. Первые сведения о водяном нивелире связывают с именами римского архитектора Марка Витрувия (1 в. до н. э.) и древнегреческого ученого Герона Александрийского (1 в. н. э.). Дальнейшее развитие методов Н связано с изобретением зрительной трубы (конец 16 в.), барометра - Э. Торричелли (1648), сетки нитей в зрительных трубах - Ж. Пикаром (1669), цилиндрического уровня - английским оптиком Дж. Рамсденом (1768).

  В созданной Петром оптической мастерской в 1715-25 И. Е. Беляев изготовлял различные приборы, включая и ватерпасы с трубой, т. е. нивелиры. В 18 в. высоты пунктов в России определяли барометром, а с начала 19 в. стали применять тригонометрическое Н Под руководством В. Я. Струве в 1836-37 тригонометрическим Н были определены разность уровней Азовского и Черного морей и высота г. Эльбрус. Метод геометрического Н впервые был широко использован в 1847 при инженерных изысканиях Суэцкого канала. Первые применения геометрического Н в России в 19 в. также были связаны со строительством водных и сухопутных путей сообщения.

  В 1871 Военно-топографический отдел Главного штаба России начал работы по созданию нивелирной сети страны, а в 1913 приступил к выполнению Н высокой точности. Русские геодезисты С. Д. Рыльке, Н Я. Цингер, И. И. Померанцев и др. своими исследованиями внесли большой вклад в развитие теорий и методов нивелирных работ. В СССР нивелирные работы интенсивно развивались в связи с решением различных народнохозяйственных и инженерно-технических задач. По результатам повторных нивелировок определены скорости современных вертикальных движений земной коры в пределах почти всей Европейской части территории СССР. В Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэросъемки и картографии выполнены широкие исследования по теоретическим и методическим проблемам Н, которое является одним из основных и важнейших видов современных геодезических работ.

  Лит.: Красовский Ф. Н, Данилов В. В., Руководство по высшей геодезии, ч. 1, в. 2, М., 1939; Закатов П. С., Курс высшей геодезии, 3 изд., М., 1964; Чеботарев А. С., Геодезия, 2 изд., ч. 1-2, М., 1955-62; Еремеев В. Ф. и Юркина М. И., Теория высот в гравитационном поле Земли, М., 1972; Изотов А. А. и Пеллинен Л. П., Исследования земной рефракции и методов геодезического нивелирования, М., 1955 (Тр. Центрального н.-и. института геодезии, аэросъемки и картографии, в. 102); Энтин И. И., Высокоточное нивелирование, М., 1956 (там же, в. Ill); Инженерная геодезия, М., 1967; Прихода А. Г., Барометрическое нивелирование, 2 изд., М., 1972.

  А. А. Изотов, А. В. Буткевич.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 22.08.2017 13:59:38


13:43 Пьяный мужчина угнал Lincoln в Зеленограде и врезался в другую машину
13:24 СК разобрался с отравлением купившего воду в магазине тамбовского пенсионера
13:24 Раскрыты обстоятельства исчезновения солнечного света на Земле
13:23 В сеть слили откровенные фотографии Майли Сайрус и Кристен Стюарт
13:18 Киев снова подсчитал ущерб от потери Крыма
13:02 Верблюд откусил руку своему хозяину в Подмосковье