24niwel.doc

39

2.4. POMIAR RÓŻNICY WYSOKOŚCI

2.4.1. Zasada niwelacji geometrycznej

              Przy wyznaczaniu różnicy wysokości metodą niwelacji geometrycznej podstawową rolę odgrywa linia lub płaszczyzna prostopadła do kierunku siły grawitacji w danym punkcie Ziemi. Jest to tzw. poziom geometryczny. Linia ta oddala się od powierzchni Ziemi z uwagi na krzywiznę (rys.2.31). Rozbieżność w przybliżeniu określa zależność

Przyjmując promień Ziemi R=6438 km wartość r=1mm przy odległości 121m.

              Przyrządem służącym do wyznaczania poziomu geometrycznego jest niwelator, elementami pomocniczymi - łaty niwelacyjne. Łaty - przymiary o metrycznym podziale - ustawiane są w punktach, między którymi wyznaczana jest różnica wysokości (rys.2.3.2).

Rys. 2.32. Zasada niwelacji geometrycznej

              Celowa niwelatora realizująca poziom geometryczny wyznacza na łatach dwa odczyty: wstecz (pierwszy odczyt) i w przód (drugi odczyt). Który  jest odczytem wstecz, a który w przód wynika z kierunku pomiaru. Zgodnie z rys.2.32 różnice wysokości określają wzory:

Przy pomiarze w kierunku przeciwnym (DhBA) odczyt wstecz byłby w punkcie B.             

              Niwelacja ze środka. Ustawienie niwelatora w środku pomiędzy łatami, jak na rys.2.32, jest korzystne z punktu widzenia dokładności pomiaru. Pomiar “ze środka” całkowicie eliminuje wpływ krzywizny Ziemi oraz błąd nierównoległości osi celowej instrumentu do osi libelli lub urządzenia samopoziomującego.

              Niwelacja w przód. W metodzie niwelacji geometrycznej “w przód” niwelator ustawiany jest nad jednym z punktów, jak to pokazano na rys.2.33. Dla wyznaczenia różnicy wysokości pomiędzy punktami A i B trzeba pomierzyć wysokość osi celowej instrumentu oraz wykonać odczyt w przód Op. Wysokość instrumentu mierzy się łatą lub ruletką. Różnica wysokości  DhAB  wynosi:

Rys. 2.33. Niwelacja w przód

2.4.2. Niwelatory

              Klasyfikacja niwelatorów. Niwelatory są klasyfikowane według dokładności lub cech konstrukcyjnych. Według kryterium dokładności podwójnej niwelacji na 1 km, niwelatory dzielą się na

·      budowlane o dokładności 5 ¸ 8 mm,

·      techniczne o dokładności 2.5 mm,

·      precyzyjne o dokładności 1 mm.

              Pod względem konstrukcji niwelatory dzielą się na:

·      libellowe,

·      samopoziomujące (samopoziomujące),

·      laserowe,

·      elektroniczne.

              Niwelatory libellowe. Główne części niwelatora libellowego stanowią: spodarka z trzema śrubami ustawczymi, alidada, luneta z libellą niwelacyjną (rys. 2.34). Ważną część instrumentu stanowi śruba elewacyjna umożliwiająca niewielki ruch lunety w płaszczyźnie pionowej.

Rys. 2.34. Niwelator libellowy, klasy inżynierskiej o dokładności 2 mm  (błąd standardowy podwójnej

                 niwelacji na 1 km), z prawej widok libelli niwelacyjnej  w czasie poziomowania osi celowej

              W każdym instrumencie powinien być spełniony warunek równoległości osi celowej do osi libelli niwelacyjnej. Sprawdzenia dokonuje się poprzez podwójny pomiar różnicy wysokości pomiędzy punktami A i B. Najpierw instrument ustawiany jest w środku odcinka AB (rys.2.35a), a następnie w pobliżu jednej z łat  (rys.2.35b).

Rys.2.35. Sprawdzenie warunku równoległości osi celowej niwelatora

                 do osi libelli niwelacyjnej lub urządzenia samopoziomującego

Wartości  DhAB(1) i DhAB(2) mogą różnić się tylko w granicach błędu pomiaru (± 2 mm). Wystąpienie różnicy większej świadczy o tym, że oś celowa instrumentu nie jest równoległa do osi libelli niwelacyjnej. Prawidłowe ustawienie libelli uzyskuje się przez skorygowanie położenia libelli za pomocą śrubek rektyfikacyjnych. W przypadku instrumentu automatycznego korygowane jest położenie krzyża nitek.

              W praktyce geodezyjnej niwelatory libellowe wykorzystuje się coraz rzadziej, niekiedy jednak wciąż okazują się niezbędne. Tak jest w przypadku, gdy pomiar wykonywany jest w trudnych warunkach, gdy na instrument mają wpływ drgania i wstrząsy pochodzące od maszyn budowlanych i fabrycznych, pojazdów a nawet wiatru. Zaletą libelli jest to, że nie reaguje na drgania.

              Niwelatory samopoziomujące (automatyczne). W niwelatorach automatycznych celowa jest poziomowana za pomocą kompensatora. Kompensator instrumentu samopoziomującego jest to wahadłowe urządzenie optyczno-mechaniczne działające podobnie jak pion i libella na skutek siły grawitacji. Kompensatory są wrażliwe nawet na niewielkie wstrząsy. I jakkolwiek stanowi to pewną niedogodność to w urządzenia samopoziomujące wyposażone są obecnie wszystkie praktycznie instrumenty. Czułość kompensatora decyduje o jakości niwelatora samopoziomującego i różnicuje dokładność instrumentów w klasach od budowlanych do precyzyjnych.

              W niwelatorach samopoziomujących sprawdza się warunek równoległości osi celowej do linii poziomu wyznaczonej przez kompensator. Sprawdzenia dokonuje się identycznie jak w przypadku niwelatora libellowego, poprzez dwukrotne wyznaczanie różnicy wysokości pomiędzy punktami A i B jak na rys.2.32. Rektyfikacja polega na skorygowaniu położenia osi celowej za pomocą śrubek rektyfikacyjnych krzyża nitek.

Rys.2.36. Niwelator optyczny, automatyczny  firmy Wild Leica typu NA 28, NA 24, NA 20

              Powszechnie stosowane niwelatory optyczne zestawiono w tab. 2.5, wszystkie produkcji zagranicznej. Jakkolwiek krajowa produkcja ma pewną tradycję, to obecnie nie produkuje się żadnych instrumentów geodezyjnych. Należy jednak podkreślić, że do końca lat osiemdziesiątych w Polsce produkowano niwelatory libellowe o niższej klasie dokładności. Jest to o tyle istotne, że w niektórych przedsiębiorstwach budowlanych są jeszcze stosowane przy wykonywaniu nieskomplikowanych prac inżynierskich.

Niwelatory optyczne                                                                                                                    Tabela 2.5