барометрическое нивелирование

18.7. БАРОМЕТРИЧЕСКОЕ НИВЕЛИРОВАНИЕ

Для определения высот точек местности в процессе геодезических исследований, а также для съемки рельефа в горной и высокогорной местности может быть использованобарометрическое нивелирование. Задачей барометрического нивелирования является определение разности высот двух точек по результатам одновременного измерения атмосферного давления в этих точках. Атмосферное давление в каждой точке местности зависит от высоты над уровнем моря и метеорологических условий в момент измерений. Эта зависимость выражается полной барометрической формулой, учитывающей атмосферное давление, температуру и влажность воздуха, а также ускорение свободного падения, зависящее от широты места наблюдений. Полная барометрическая формула очень трудоемка для вычислений. Чтобы получить необходимые для ее решения параметры, необходимо специальное зондирование атмосферы, поэтому при барометрическом нивелировании применяют сокращенные барометрические формулы. Их несколько, чаще других пользуются формулой Бабине:

, где В₁ и В₂ — давление в точках 1 и 2, a t₁ и t₂  – соответственно температура воздуха.

По формуле Бабине составлены таблицы барических ступеней высот. Барическая ступень высот — расстояние по вертикали в метрах, на котором атмосферное давление меняется на 1 мм рт. ст. Эти таблицы составлены по аргументам

t_СР = (t₁ + t₂)/2

и

В_СР=(В₁+В₂)/2

Тогда формула определения превышений сведется к виду

h = (B_l – B₂)∆h,

где ∆h — барическая ступень. где B_l и B₂ — давление в точках 1 и 2, a t_l и t₂  – соответственно температура воздуха.

Для получения превышения между двумя точками, отметка высоты одной из которых известна, измеряют атмосферное давление и температуру в каждой из этих точек.

Для измерения атмосферного давления применяют пружинные и частично жидкостные (ртутные) барометры. Пружинные барометры получили название анероидов (греч. а – не,neros – влажный и eidos — вид).

Поскольку на давление существенно влияет температура воздуха, ее измеряют одновременно с давлением на станции при помощи термометра-праща – толстостенного капилляра, в одном конце которого помещена ртуть, а другой заканчивается металлическим наконечником или стеклянным шариком, к которому крепится шнур.

Показания барометра-анероида отличаются от показаний ртутного барометра. Для приведения измеренного анероидом атмосферного давления к показаниям ртутного барометра необходимо в показания анероида А внести три поправки: шкаловую         ∆А_ш, температурную ∆А_t и добавочную ∆А₀. Исправленное давление вычисляют по формуле:

В = А + ∆А_ш + ∆А_t + ∆А₀.

Шкаловую поправку ∆А_ш вводят для учета нелинейности шкалы, вызываемой изменением угла между передаточными рычагами.

Температурную поправку ∆А_t вычисляют по формуле ∆А_t = bt_A,

где b — температурный коэффициент, поправка на 1°С анероида, a t_A – температура прибора.

Добавочная поправка ∆А₀ возникает из-за неточного учета шкаловой и температурной поправок, а также наличия механических погрешностей прибора и некоторого смещения нуля. Ее определяют перед началом проложения хода и после его окончания. Шкаловые и температурные поправки определяют путем сравнения прибора с эталоном в специальныхбаро- и термокамерах перед началом сезона работ и вписывают в паспорт прибора.

Барометрическое нивелирование осуществляют способами: замкнутых ходов (полигонов) с опорой и без опоры на временную барометрическую станцию, передвижной станции, скачущей станции, нескольких опорных станций и др. Выбор способа зависит от объема работы, наличия приборов, количества наблюдений и требуемой точности.

Способ ходов без временной барометрической станции В этом случае наблюдатель, измерив давление и температуру на исходной точке, последовательно обходит все точки хода. Измерив в них давление и температуру, и записав время измерения, он возвращается на исходную точку, где вновь определяет давление и температуру. Разность давлений на исходной точке, полученная в начале и конце обхода, представляет невязку – результат суточного хода атмосферного давления и приборных ошибок. Невязку распределяют пропорционально затраченному на наблюдения времени. Способ позволяет обеспечивать точность определения высот порядка 2 – 2,5 м.

Порядок работы на станции Для определения давления анероидом нужно стать на точке, открыть футляр барометра и держать открытым в течение 4 – 6 мин для того, чтобы анероид принял температуру и давление окружающего воздуха. Затем определяют температуру анероида по его термометру, слегка постучав пальцем по центру стеклянной крышки, читают отсчет давления. При чтении отсчета анероид держат на уровне груди, и после снятия отсчета измеряют его высоту над поверхностью Земли. Отсчет давления определяют 3 – 4 раза. Перед каждым отсчетом слегка постукивают по стеклянной крышке для преодоления инерции стрелки. Вычисляют средний отсчет и фиксируют время. Для определения температуры воздуха термометр-пращ вращают над головой в течение 2 – 3 мин. Полученные отсчеты давления, времени и температуры анероида и воздуха заносят в журнал. Обработку хода барометрического нивелирования начинают с приведения показаний анероида к показаниям ртутного барометра для каждой станции [по формуле (18.16)]. Затем вычисляют изменение давления на первой станции в начале и в конце работ и составляют поправки к вычисленным значениям давления в остальных точках, пропорциональные времени движения по ходу. Определив средние значения давления и температуры воздуха между смежными точками хода, находят из таблиц значения барических ступеней. Вычисляют превышения между смежными станциями и отметки определяемых точек. Точность барометрического нивелирования зависит от типа прибора, равновесия атмосферы, способа нивелирования и других причин:

• при работе на небольших площадях в равнинных и холмистых районах от 0,4 до 0,5м;

• при работе в горных районах с разностью высот, большей 1000 м, – около 3 м.