3.3. Тригонометрическое нивелирование

Под тригонометрическим нивелированием понимается определение превышения h между точками по измеренному углу наклона ν линии визирования с одной точки на другую и вычисленному горизонтальному проложению d по измеренной длине линии между этими точками. Другими словами, принцип тригонометрического нивелирования основан на определении разности высот двух точек по измеренному вертикальному углу и расстоянию между этими точками. Угол наклона измеряется теодолитом, а расстояние - мерной лентой (L, м) или дальномером (D, м).

Тригонометрическое нивелирование находит широкое применение при производстве тахеометрической съемки, при создании рабочей основы съемочных работ и других случаях.

Рассмотрим сущность тригонометрического нивелирования.

В точке А устанавливается теодолит и измеряется высота прибора i (рисунок 3.4), а в точке В - веха или рейка, высота которой f.

Из рисунка 3.4 видно, что

h = EC – CB .

Учитывая, что EC = ЕF + FC, ЕF = i, FC = d·tg ν, СВ = l. Искомое превышение выразится формулой

, (3.9)

где d - горизонтальное проложение.

Если в формулу (3.9) подставить вместо d выражение (2.54), то после элементарных тригонометрических преобразований окончательно получим

, (3.10)

г де D = 100 l – дальномерное расстояние.

3.4. Нивелиры и нивелирные рейки

3.4.1. Классификация и устройство нивелиров

Нивелир – это геодезический прибор, с помощью которого определяют превышения между точками. Нивелир обеспечивает задание горизонтального визирного луча для производства геометрического нивелирования.

Классификация нивелиров

Нивелиры классифицируются по точности и конструктивным особенностям.

По точности, согласно действующему ГОСТу, нивелиры выпускаются трех типов: высокоточные (Н-05), точные (Н-3) и технические (Н-10).

В основу шифра нивелиров положена средняя квадратическая погрешность измерения превышения в миллиметрах на 1 км двойного нивелирного хода – соответственно 0,5 мм, 3 мм и 10 мм.

По конструктивным особенностям различают нивелиры с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе и с компенсатором углов наклона.

У нивелиров с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе визирная ось приводится в горизонтальное положение вручную. Такие нивелиры часто называют уровенными.

У нивелиров с компенсатором углов наклона визирная ось зрительной трубы приводится в горизонтальное положение автоматически.

Основные технические характеристики отечественных нивелиров приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Технические характеристики отечественных нивелиров

Техническая характеристика	Типы нивелиров
	Уровенные			С компенсатором
	Н-2	Н-3	Н-10Л	Н-3К	Н-10КЛ
1. Увеличение зрительной трубы, крат	40	31,5	23	30	20
2. Угол поля зрения трубы	0055	1020	1024	--	--
3. Коэффициент нитяного дальномера	100	100	100	100	100
4. Наименьшее расстояние визирования, м	2,0	1,0	1,5	2,0	2,0
5. Цена деления уровня: - контактного цилиндрического, с на 2 мм; - круглого (установочного), мин на 2 мм	10 5	15 10	45 10	-- 10	-- 10
6. Диапазон работы компенсатора, мин	-	-	-	10	15
7. Масса нивелира, кг	2,0	1,0	5,6	1,8	1,5

Нивелиры всех типов могут выпускаться в двух исполнениях. Кроме того, нивелиры типов Н-3 и Н-10 могут выпускаться с лимбами для измерения горизонтальных углов. При наличии компенсатора в шифр прибора вводится дополнительная буква «К», а при наличии лимба - буква «Л». При производстве усовершенствованных конструкций приборов в шифре базовой модели добавляют соответствующую цифру, указывающую номер улучшенной модификации базовой модели прибора. Например, 2Н-10КЛ означает вторую модификацию нивелира Н-10 с компенсатором и лимбом.

Для автоматизации процесса определения превышений выпускают лазерные нивелиры, основанные на использовании оптических квантовых генераторов излучающих видимый горизонтальный луч или плоскость. Один лазерный нивелир может одновременно обслуживать несколько реек. Все лазерные нивелиры подразделяются на три группы: с цилиндрическим уровнем на корпусе излучателя, с самоустанавливающимся лазерным лучом (компенсатором) и с вращающимся лазерным лучом. Лазерные нивелиры с вращающейся головкой называют ротационными. В шифре лазерных нивелиров, например НЛ-20К, первые две буквы «НЛ» означают нивелир лазерный, цифра 20 – точность приведения к горизонту 20, а буква «К» - наличие компенсатора.

М арки отечественных нивелиров, выпускаемых Уральским оптико-механическим заводом, представлены на рисунке 3.5.

Устройство нивелиров

Конструкцию нивелиров разберем на примере нивелира Н-3 и Н-3К.

Нивелир Н-3 состоит из двух частей (рисунок 3.6): нижней и верхней.

Нижняя часть представляет собой подставку-треножник 9 с тремя подъемными винтами 2 и пружинящей пластиной 10.

Верхняя часть состоит из вертикальной оси с основанием, на котором жестко закреплена зрительная труба 11 с цилиндрическим уровнем 6. Зрительная труба имеет объектив 4, окуляр 5 и предохранительный колпачок 7. Управление инструментом производится с помощью закрепительного 3, наводящего 13 и элевационного 8 винтов. Горизонтирование прибора осуществляется с помощью круглого уровня 14.

Нивелир крепится на штативе 1 становым винтом 15.

Перед отсчетом по рейке, глядя в окуляр зрительной трубы, наблюдают за положением пузырька цилиндрического уровня и вращением элевационного винта, выводят пузырек в нуль-пункт, т.е. совмещают изображения половинок противоположных концов пузырька, видимых в поле зрения трубы (рисунок 3.6).

1 - штатив; 2 - подъемные винты; 3 - закрепительный винт; 4 - объектив; 5 - окуляр; 6 - цилиндрический уровень; 7 - предохранительный колпачок; 8 - элевационный винт; 9 - подставка; 10 – пружинящая пластина; 11 - зрительная труба; 12 - кремальера; 13 - наводящий винт; 14 - круглый уровень; 15 - становой винт а, б –пузырек цилиндрического уровня вне нуль-пункта, в – в нуль-пункте Рисунок 3.6 – Устройство и поле зрения зрительной трубы нивелира Н-3

Общий вид нивелира Н-3К и его устройство показаны на рисунке 3.7.

Зрительная труба 8 нивелира Н-3К не имеет закрепительного винта. При грубом наведении на рейку труба достаточно легко вращается рукой и надежно фиксируется в нужном направлении. Точное наведение трубы нивелира на рейку выполняется вращением одной из двух головок наводящего винта 3 бесконечной наводки, расположенных с обеих сторон прибора и позволяющих выполнять наведение как правой, так и левой рукой.

Н ивелир Н-3К имеет оптико-механический компенсатор, состоящий из двух призм (рисунок 3.7 б). Призма 15 подвешена на четырех скрещенных нитях, две из которых показаны на рисунке. Компенсатор обеспечивает автоматическую установку линии визирования в горизонтальное положение при возможных отклонениях оси вращения нивелира от вертикали в пределах ±10. Время самоустановки визирного луча обычно исчисляется долями секунд и достигает ±0,4. Этим устраняется трудоемкий и утомительный процесс приведения пузырька уровня в нуль-пункт и необходимость контроля и коррекции положения пузырька перед отсчетом по нивелирной рейке. Отпадает необходимость иметь в конструкции нивелира элевационный винт, что существенно сокращает время подготовки нивелира к работе на станции.

Диафрагма 21 сетки нитей (рисунок 3.7 в) крепится в окулярной части зрительной трубы двумя вертикальными юстировочными винтами 19, с помощью которых сетку при необходимости можно смещать в вертикальной плоскости вверх или вниз. На рисунке 3.7а эти винты закрыты предохранительным колпачком, который легко снимается, если свинтить плоскую гайку окуляра. Нивелир Н-3К обеспечивает выполнение геометрического нивелирования со средней квадратической погрешностью 3-4 мм на 1 км двойного хода.

Нивелир Н-3К может выпускаться в варианте с горизонтальным лимбом под шифром Н-3КЛ. Цена деления лимба 1⁰. Для снятия отсчетов по лимбу имеется окуляр и штриховой микроскоп. Отсчеты берутся с точностью 0⁰,1.