Геодезія 2

1.3. В и к о н а н н я нівелювання III та IV класів. Похибки та точність н і в е л ю в а н н я

1.3.1. Порядок роботи на станції під час нівелювання III класу

Під час нівелювання III класу (а також IV) нівелірні рейки встановлюють на репери та перехідні точки. За перехідні точки, зазвичай, використовують так звані "башмаки". Башмак - це невелика металева плита зі сферичним виступом. На цей виступ і встановлюють рейку. Інколи використовують башмаки із двома виступами. Такі башмаки дають можливість виконувати нівелювання односторонніми рейками без зміни горизонту нівеліра.

Повна бригада нівелювання складається із 7 осіб: виконавець - спостерігач; помічник - заповнює польовий журнал; два реєчники; два робочих, що виконують трасування - розмічують за допомогою троса (стрічки) місця встановлення нівеліра та башмаків; робочий, що переносить і встановлює над нівеліром топографічну парасолю. Бригада може бути скорочена на 2-3 особи, якщо реєчники, користуючись "ковшіьком" (сажнем), самі виконують трасування, а помічник буде переносити і встановлювати парасолю.

Нівелювання виконують із середини, нормальну довжину плечей (віддалі від нівеліра до рейки) під час нівелювання ПІ кл - 75 м; під час спокійних зображень поділок рейок та збільшені Гх > 35 крат допускають 100 м. Обов'язковим є захист нівеліра парасолею від прямих променів сонця, які неоднорідно нагрівають різні частини нівеліра, що викликає значні зміни кута і за час роботи на станції.

Розглянемо послідовність роботи на окремій станції нівелювання способом "трьох ниток".

1.Приводять нівелір у робочий стан, встановивши бульбашку сферичного рівня за допомогою підіймальних гвинтів у нуль-пункт.

2.Наводять трубу на чорну сторону задньої рейки й елеваційним гвинтом контактують зображення кінців бульбашки циліндричного рівня, а після цього беруть три відліки рейки, користуючись середньою, верхньою та нижньою нитками сітки.

3.Наводять трубу на чорну сторону передньої рейки й виконують усі дії, вказані в п.2.

4.Подають команду реєчникам: "червоні". Реєчники повертають червоні сторони рейок до нівеліра.

5.Уточнюють наведення труби на червону сторону передньої рейки, контактують зображення кінців бульбашки циліндричного рівня, беруть відлік рейки, користуючись тільки середньою ниткою.

6.Наводять трубу на червону сторону задньої рейки й виконують дії, вказані в п. 5.

20

Під час роботи нівеліром із компенсатором відліки беруть в приведеній вище послідовності, одразу після приведення нівеліра в робочий стан за допомогою сферичного рівня. Результати спостережень на станці; записують у журнал установленої форми або вводять у пам'ять запа- м'ятовуючого пристрою. Приклад записів у журналі подано в таблиці 1.3.1,

Промінь не повинен проходити над землею нижче ЗО см (мінімальний відлік рейки в міліметрах - 0300). Рейки встановлюють прямовисно за допомогою виска або рівня, який кріпиться до них. Перевищення вира-

повинна відрізнятися від відліку середньою ниткою більше, ніж на 3 мм.

Якщо ці контролі виконуються, переходять на наступну станцію. Місця встановлення нівеліра та башмаків розмічуються робочими, що виконують трасування. Передній реєчник залишається на своєму місці й стає заднім реєчником; нівелір переносять вперед за ходом; задній реєчник іде до нової точки встановлення нівеліра і проходить від неї віддаль, яка рівна віддалі до задньої рейки. Якщо бригада працює без робочих, що виконують трасування, тоді задній реєчник міряє "ковильком" кількість метрів від рейки, що стає задньою, до точки нового встановлення нівеліра й таку ж кількість метрів відкладає "ковильком" вперед за ходом від нівеліра, та встановлює передній башмак і рейку.

Нерівність плечей допускають до 2-х метрів (20 поділок). У нашому прикладі, див. дія (13) - дріб +14/+14. Чисельник означає нерівність плечей на даній станції - 1,4 м; знаменник - накопичення нерівностей.

Оскільки в журналі подана перша станція, то й накопичення нерівностей дорівнює +14 (1,4 м). Якщо, наприклад, на другій станції нерівність плечей складатиме +8 поділок (0,8 м), дріб набуде вигляду +8/+22. Якщо накопичення перевищує 5 м (50 поділок), тоді навмисне нівелір установлюють дещо ближче до задньої або передньої рейок так, щоб за декілька станцій позбутися недопустимого накопичення.

Нівелювання III класу виконують у прямому й зворотному напрямах, секціями. Секцією називають частину ходу між суміжними нівелірними

знаками. Перерви в нівелюванні бажано робити, пройшовши секцію (прямо та назад). Якщо виникає необхідність перервати роботу на деякий час, не дійшовши ходом до репера, тоді, замість башмаків забивають у дно ям глибиною 0,3 м три костилі або кілки; в останні вбивають цвяхи зі сферичними головками; знаходять перевищення на двох станціях - між першим і другим колом та між другим і третім. Кілки маскують, прикривши

дерном.

20

Рис. 1.3.1. Вплив невиконання головної умови нівеліра на результати нівелювання.

Це в 15 раз менше за допустиме розходження між перевищеннями на станції (±3 мм). Таким чином, завдяки обмеженню інструкцією нерівності плечей та кута /", неточне виконання головної умови нівелірами не може внести в перевищення на станції похибки, більшої за 0,2 мм. Ця похибка е випадковою.

Нагадаємо, що нерівність плечей викликає необхідність перефокусування зорової труби та врахування кривини Землі. Вплив цих факторів на точність нівелювання розглядався раніше.

1.2.Похибки поділок рейки.

Як відомо, максимальні похибки дециметрових поділок рейок, які допускає інструкція, не повинні перевищувати 0,5 мм і 1,0 мм відповідно для рейок, які використовують для нівелювання III та IV класу. Що стосується різниці висот нулів рейок, то цей недолік рейок компенсується парним числом штативів у секції нівелірного ходу.

1.3-Похибки встановлення рейки у вертикальне (прямовисне). пЩШ:

ження.

На рис. 1.3.2 показано, як непрямовисність рейки впливає на відлік.

66

67

1.5.Похибка встановлення візирної осі в горизонтальний стан. Встановлення середини бульбашки циліндричного рівня в нуль-пункт

виконують із граничною помилкою т"у, що визначається за формулою:

Тільки застосування контактного рівня дещо зменшує цю похибку. До вивчення впливу цієї похибки на результати нівелювання ми ще повернемося.

68

2.Похибки, викликані зовнішнім середовищем.

2.1.Похибки, викликані вертикальною рефракцією.

Скористаємося відомою формулою поправки за вертикальну рефракцію у відлік під нас нестійкої стратифікації повітря [27]-.

Перший член у правій частині - нормальна частина рефракції. Другий член - аномальна рефракція. Зауважимо, що лінійна рефракція під час

геометричного нівелювання пропорційна 52 . Дріб Р можна вважати

сталою величиною, яка для стандартної атмосфери (тиск Р = 986 ГПа (740 мм рт.ст.), абсолютна температура Т = 288°К. (І = 15°С) буде дорівнювати:

Т1 288 Перехід до сталого коефіцієнта не викличе суттєвих похибок під час

Як бачимо, на перевищення впливає диференційна частина рефракції. Для рівних плечей 5 вплив нормальної рефракції на перевищення буде рівний нулеві. На рівнинній місцевості з однорідною підстилаючою поверхнею для рівних плечей, промінь на задню і передню рейку буде проходити на одній висоті; тоді середні вертикальні градієнти температури на шляху променя на задню і передню рейку будуть однаковими:

Слід пам'ятати, що нормальна рефракція завжди додатня, а аномальна для нестійкої стратифікації - завжди від'ємна, тобто, зменшує абсолютне значення перевищення, незалежно від знаку перевищення, Тому для нестійкої стратифікації атмосфери поправка за аномальну рефракцію - додатна, а поправка за нормальну рефракцію - від'ємна.

Максимальні градієнти на висоті 1 м над підстилаючою поверхнею (асфальтом) досягають 2 град/м. Максимальна різниця градієнтів для різниці середніх висот променя на задню і передню рейки 1,2 м може досягти

69

Ьуан(сер - 1,27 град/м. Тоді, для плечей довжиною 75 м гранична похибка

Аг = 3,35 мм. Проте, така різниця градієнтів можлива тільки над асфальтом

о 12-14 годині дня, під час сильних коливань зображень поділок рейки. У таких умовах нівелювання не виконують. Під час незначних коливань ця різниця складатиме 0,2-0,4 град/м, тоді Аг = 0,53-1,05 мм. Але й такий

вплив буде максимальним і може діяти тільки на станціях, де перевищення 2,4-2,5 м, тобто, практично максимальні, для трьохметрових рейок. Дійсно, якщо мінімальний відлік рейки 0,3 м, тоді для перевищення в 2,5 м відлік іншої рейки складатиме 2,8 м.

Крім того, для довжин плечей в 75 м можливий ухил траси і

становить близько 17 проміле. Уже для ухилу 2,5 проміле необхідно виконувати нівелювання плечами довжиною 50 м. Тоді диференційна атмосферна рефракція Аг = 0,23-0,47 мм. Враховуючи, що ця похибка систематична, на хід довжиною 1 км (10 таких станцій) накопичення похибок тільки від цього джерела складатиме майже половину допустимої нев'язки « 5 мм (/кд0„ ІШл = 10 мм/км). В наш час на основі турбулентності атмосфери доведено [15], що для нестійкої стратифікації градієнти темпе-

максимальний розмах коливань візирної цілі (поділки рейки) ггоах. Такі максимальні коливання мають частоту не менше 1 Гц (не менше одного максимального коливання за секунду).

70