Високоточне нівелювання

Зазначена похибка при нівелюванні може бути визначена практично з будь-якою точністю з урахуванням еліптичності Землі, тобто з урахуванням параметрів референцеліпсоїда Красовського.

Вплив рефракції атмосфери.

Візирні промені (3), проходячи в атмосфері через шари повітря, що мають різну щільність, викривляються, відхиляючись в бік земної поверхні. Похибка у відліку, зумовлена

рефракцією, r (З3 З2 ), r (П3 П2 ), може бути визначена за наближеною формулою:

r 0,07 L2 .

R

Якщо умови вимірювань стабільні для візирних променів в напрямку А і В, то можна вважати, що при симетричній схемі вимірювань похибка зумовлена рефракцією атмосфери виключається з різниці відліків, як і при впливі кривизни Землі. Часто похибки k і r об'єднують і визначають загальну похибка впливу кривизни Землі і рефракції:

r 0,43 L2 .

R

Наведемо в якості порівняльних характеристик значення похибок k і r і сумарної похибки f для радіуса Землі R = 6371,11 км і різних відстаней L від нівеліра до рейки (табл. 3.2)

Таблиця 3.2

Значення похибок, зумовлених рефракцією та кривизною Землі

При нівелюванні з середини (при симетричній схемі) rз = rп, тобто виключаються з значення отриманого перевищення, а при нівелюванні вперед rз значно менше rп, що призводить до похибки у визначенні перевищення.

Таким чином, при нівелюванні з середини вплив рефракції атмосфери, як систематична похибка, значно послаблюється і в багатьох випадках виключається в різниці відліків по рейках.

Невиконання основної умови нівеліра.

Якщо у нівелірі не виконується головна умова, то після установки нівеліра в робоче положення візирний промінь не займає горизонтальне положення і відхилений від нього на кут i.

При нівелюванні з середини, при використанні симетричною схеми вимірювань, похибки у відліках по рейках через невиконання головної умови нівеліра будуть однаковими і будуть виключені в різниці відліків. При нівелюванні вперед перевищення буде містити систематичну похибку, якщо візирна вісь зорової труби не буде при вимірах збігатися з горизонтальною площиною.

Таким чином, при нівелюванні з середини залишковим невиконанням головної умови нівеліра можна знехтувати.

Загалом, при будь-якій нерівності плечей на станції, якщо залишкова похибка в перевищенні буде більшою встановленого допуску, схему вимірів слід характеризувати як нівелювання вперед.

Похибка встановлення зорової труби.

Похибка обумовлена неточністю установки бульбашки циліндричного рівня в нульпункт, а також недостатньою чутливістю рівня до невеликих переміщень труби елеваціонним гвинтом.

Похибка взяття відліків по рейці.

Вказана похибка визначається недостатньою роздільною здатністю зорової труби нівеліра.

Похибки спричинена нахилом рейки.

Очевидно, що чим більший нахил рейки, тим більшою буде і похибка взяття відліку.

При точному і високоточному нівелюванні використовують нівелірні рейки, оснащені круглим або циліндричним рівнем. В цьому випадку реєчник утримує рейку або закріплює її у вертикальному положенні орієнтуючись на покази рівня.

Нестійке положення штатива і рейок.

Штатив повинен бути міцним і стійким. Ніжки штатива розташовують в напрямках, які не перешкоджають зручному підходу до окуляра при спостереженнях задньої і передньої рейок і вдавлюють в грунт. Становий гвинт затискають без великого зусилля, але міцно. Рейки слід встановлювати на пункти, які не змінюють свого положення по висоті під дією ваги рейки: на черевики, костилі або на цвяхи зі сферичною головкою вбиті в торець кілків, довжиною приблизно 30см і діаметром 5 см забитих в землю.

В деяких випадках необхідно захищати прилад від температурних впливів. Виконувати нівелювання за сприятливих умов (коли спостерігаються найменші коливання повітря) або зменшити довжину плеч. Внаслідок коливання зображення рейки, які зумовлені конвекційними потоками повітря, амплітуда коливання відліку по рейці при довжині плеча 50 м в сочні дні може досягати 1 мм і збільшуватися при зростанні довжини променя. Також, необхідно строго дотримуватися методики спостережень, вимог інструкцій, послідовності взяття відліків на станції. Вимірювання необхідно виконувати за так званою симетричною програмою, перед початком робіт, а також при переходах з приміщення на вулицю і з вулиці в приміщення, приладу необхідно не менше 45 хв для «адаптації» перед початком вимірювань.

Оптичні нівеліри суттєво програють в автоматизації процесу вимірювань цифровим, які за рахунок автоматичного фіксування відліків по рейці дозволяють значно збільшити швидкість виконання геодезичних робіт, підвищити точність і надійність отриманих даних.

Як при використанні оптичних, так і цифрових нівелірів існують «спільні» джерела помилок, однак є суттєво відмінні. Отже, при виконанні повірки цифрового нівеліра необхідно виконувати наступні операції:

1.Зовнішній огляд;

2.Перевірка правильності встановлення та юстування круглого рівня;

3.Перевірка правильності встановлення сітки зорової труби;

4.Перевірка правильності встановлення круглого рівня рейки;

5.Визначення (контроль) метрологічних характеристик;

6.Перевірка електронного нівелювання - визначення кута між візирної віссю зорової труби і горизонтальною лінією за допомогою комплекту штрих-кодових рейок;

7.Перевірка діапазону роботи компенсатора;

8.Визначення систематичної похибки роботи компенсатора на 1' нахилу осі нівеліра;

9.Визначення середньої похибки встановлення лінії візування компенсатора;

10.Перевірка симетрії віддалемірних ниток і коефіцієнта ниткового віддалеміра;

11.Визначення СКП вимірювань відстаней нівеліром по штрих-кодової рейці;

12.Перевірка зміщення візирної осі при перефокусуванні зорової труби;

13.Визначення СКП вимірювань перевищення на 1 км подвійного нівелірних ходу;

14.Визначення СКП вимірювань перевищення в лабораторних умовах;

15.Визначення похибки вимірювань цифрового нівеліра.

Інструментальна точність нівеліра залежить від точності визначення положення і масштабу штрихів коду в зображенні, від точності нанесення штрихів коду, від якості формування зображення оптичною системою, від точності установки чутливого елемента компенсатора, від стабільності горизонтального положення візирної осі при нахилі вертикальної осі нівеліра, від шумів квантування і дискретизації в електронному тракті приладу. Ці внутрішні чинники, що визначають точність, враховувалися при конструюванні нівеліра і розробці концепції обробки зображення.

Вплив орієнтування приладу і фокусування зорової труби (чітке зображення штрихів коду) на точність результатів вимірювання цифровим нівеліром мінімальні. Однак хороше фокусування скорочує час вимірювань, так як положення фокусної лінзи визначає область пошуку максимуму кореляційної функції. При цифровому нівелюванні атмосферна турбулентність сильно зменшує контраст зображення у зв’язку з мерехтінням (миготінням) і

спотворює розташування рейки. Вібрації компенсатора при вимірах поблизу транспортних магістралей за своїм впливом на процес кореляції ідентичні тремтіння атмосфери.

При високоточному нівелюванні необхідно враховувати такі фактори як вітер, рух автомобілів та інші фактори, які викликають тремтіння компенсатора і таким чином впливають на стабільність положення візирної осі. За програмою «Повторні вимірювання» виконуються кілька вимірів поспіль. Їх кількість і отримана середня квадратична похибка вказуються на табло. Повторні вимірювання дозволяють мінімізувати вищезгадані впливи і оцінити якість вимірювань.

Освітлення нівелірної рейки відіграє важливу роль. Залежно від ступеня освітленості (сонце, дощ, сутінки) змінюється час накопичення заряду ПЗС-приймачем. Воно змінюється від 4 мсек при великій освітленості до 2 сек при малій. Вимірювальною системою враховується неоднорідність освітлення. Якщо вимірювання виконуються при штучному освітленні, потрібно, щоб спектральний розподіл випромінювання джерела був рівним сонячному.

Термооптичні аберації, що виникають при зміні температури, спричиняють в оптикомеханічній конструкції зміну положення візирної осі приладу. Датчик температури повідомляє мікропроцесору актуальну зараз температуру і у виміряне значення висоти вноситься поправка з урахуванням показників, збережених в пам'яті приладу за результатами його досліджень.