Приборы, применяемые при высокоточном нивелировании

5. Классификация нивелиров и требования, предъявляемые к ним.
Нивелиры по точности разделяются на три группы:
1. Высокоточные – для определения превышений со средней квадратической погрешностью не более 0,5 мм на 1 км двойного хода.
2. Точные – для определения превышений со средней квадратической погрешностью не более 3 мм на 1 км двойного хода.
3. Технические – для определения превышений со средней квадратической погрешностью не более 10 мм на 1 км двойного хода.
По конструкции нивелиры делятся на две группы:
1. Нивелиры с уровнями.
2. Нивелиры с компенсаторами.
В настоящее время используются огромное множество разнообразных нивелиров, однако их по прежнему делят на:
1. Высокоточный Н-05, предназначенный для нивелирования I и II классов.
2. Точный Н-3 – для нивелирования III и IV классов.
3. Технический Н-10, НТ – для нивелирования, проводимого для обеспечения топографических съемок и инженерно-геодезических изысканий в строительстве.

Действующие нормативы предусматривает следующие основные параметры для точных нивелиров:
1. Средняя квадратическая ошибка превышения на станции не более 2 мм при расстоянии от нивелира до реек 100 м.
2. Увеличение зрительной трубы не менее 30х.
3. Наименьшее расстояние визирования не более 2 м.
4. Коэффициент нитяного дальномера 100 ± 1 %.
5. Цена делений уровней на 2 мм дуги:
– установочного 10' ± 2';
– уровня при трубе 15" ± 1,5".
6. Масса нивелира не более 3 кг.

С развитием электроники появились цифровые нивелиры.
Цифровые нивелиры являются нивелирами компенсаторного типа, поэтому они относятся к категории автоматических нивелиров. В отличие от оптико-механических нивелиров измерение обрабатывается электронным способом, поэтому оператор может работать быстрее, затрачивая меньше усилий.
Другим преимуществом такой системы является простота функционирования, отсутствие погрешностей считывания и записи, автоматическое вычисление высот точек во время измерения и регистрация данных.
Принцип измерения цифровым нивелиром основан на обработке закодированного сигнала измерения, считываемого со штрих-кодовой рейки. На основании измеренного сигнала микропроцессор вычисляет показания рейки и соответствующее горизонтальное расстояние между рейкой и нивелиром.

Поверки и исследования нивелиров
Нивелир как прибор для определения превышений должен удовлетворять ряду механико-технологических и геометрических условий.
Главными механико-технологическими условиями, которым должны удовлетворять точные нивелиры, являются свободное, плавное и правильное перемещение всех подвижных частей пpибора; жесткость и прочность конструкции, обеспечивающей постоянство взаимного расположения его рабочих частей; надежность и устойчивость прибора при полевой эксплуатации; высококачественное изготовление уровней, точное и четкое нанесение сеток нитей; обеспечение заданных параметров зрительной трубы и оптического компенсатора; герметичность конструкции и т.д.
Каждый прибор, как обычно, сначала подвергается внешнему осмотру. При этом обращается внимание на плавность вращения подъемных и наводящего винтов, на плавность и легкость вращения верхней части нивелира, перемещение фокусирующей линзы, чистоту оптики, четкость изображения сетки нитей и т.д.
Как и любой точный прибор нивелир раз в год обязан подвергаться проверке в Белорусском государственном институте стандартизации и сертификации (БелГИСС).
Кроме этого перед началом работ и не реже чем раз в неделю необходимо выполнять основные поверки нивелира.

Поверке подлежат следующие геометрические условия, которым должно удовлетворять взаимное расположение частей нивелира:
1. Ось установочного (круглого) уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира.
2. Горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна к оси вращения нивелира.
3. Визирный луч в нивелире с компенсатором, установленном в рабочее положение, должен занимать горизонтальное положение.
У нивелиров с компенсатором угол i – это угол между горизонтальной плоскостью и визирной осью трубы.
Определение угла i нивелира следует проводить одним из следующих способов:
нивелированием вперед;
нивелированием из середины в сочетании с нивелированием вперед;
нивелированием с различными плечами.
Количество приемов измерений в любом способе должно быть не менее трех. Окончательное значение угла i не должно превышать 10" для всех типов нивелиров.

Способ нивелирования вперед основан на принципе двойного нивелирования двух точек 1 и 2, закрепленных на местности костылями или кольями на расстоянии (50±10) м (рис. 1.2).
Нивелир устанавливают над одной из точек, приводят его в рабочее положение, измеряют рулеткой высоту h1 визирной оси трубы над точкой 1 с точностью до 1 мм и берут отсчет l2 по рейке, установленной в точке 2. Меняют местами нивелир и рейку, повторяют описанные выше действия, получают высоту h2 и отсчет l1.
Значение угла i вычисляют по формуле
где Д – расстояние между точками 1 и 2.

Угол i по способу нивелирования из середины в сочетании с нивелированием вперед определяют в такой последовательности. Линию длиной 40 – 60 м закрепляют кольями, на которых устанавливают рейки в точках 1 и 2 (рис. 1.3).
Нивелир устанавливают между точками 1 и 2 на равном расстоянии от них и приводят в рабочее положение, берут отсчеты по рейкам l1 и l2. Переносят нивелир в точку, удаленную от точки 2 на 5 – 10 м, и берут отсчеты l1′ и l2′. Значение угла i вычисляют по формуле

При третьем способе определения угла i (нивелирование с различными плечами) линию длиной (50 ± 10) м закрепляют костылями и определяют превышение между ними с двух станций. Нивелир устанавливают на расстоянии 3 – 5 м от рейки на продолжении створа 1 – 2 (рис. 1. 4).
Производят отсчет l1 по ближайшей рейке и, изменив фокусировку трубы, производят отсчет l2 по дальней рейке. Сохраняя фокусировку трубы, устанавливают нивелир на расстоянии 3 – 5 м от второй рейки на продолжении створа 2 – 1. Производят отсчеты l1' по дальней рейке и l2' по ближней рейке. Угол i вычисляют по формуле
(1.28)

6. Лазерные нивелиры

Лазерным нивелиром или лазерным уровнем, называется оптический прибор, позволяющий быстро и с высокой точностью строить горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости. Некоторые такие инструменты еще имеют функцию отвеса и позволяют отмерять углы в 90 и 45 градусов.
В отличие от оптического нивелира при работе с лазерным достаточно одного человека, а в отличие от уровня, отвеса или гидроуровня работа с лазерным уровнем быстрее и нагляднее. Применение этого класса приборов позволяет выполнять такие операции, как монтаж оборудования в цехах, определение горизонтальности поверхности, вынос проектной отметки, создание линии заданного уклона иногда в разы быстрее и проще. Ведь вы всегда видите луч и ориентируетесь по нему.
Очень широкое распространение лазерный нивелир получил при строительстве тоннелей и линейных сооружений. С его помощью удалось добиться частичной автоматизации процесса.

Как и в случае с оптическими приборами, лазерные нивелиры подразделяются на несколько категорий в зависимости от типа выполняемых работ:
Ротационный нивелир. Этот аппарат оборудован вращающейся на скорости 600 оборотов в минуту головкой с двумя лазерами. За счет этого появляется возможность проецировать лучи на 360 градусов. При необходимости скорость можно изменить, чтобы добиться большей четкости лучей.
Точечный нивелир. Его особенность заключается в том, что на поверхность проецируются только точки. Лазер двигается в вертикальной и горизонтальной плоскости.
Линейный нивелир. При его включении появляется отлично просматриваемая линия луча, в соответствии с которой можно быстро и легко делать отметки.
Комбинированный нивелир. Среди ключевых особенностей данного класса аппаратуры можно выделить проецирование до шести ортогональных линий: отвесную, наклонную, линии вниз, вверх, вправо и влево. Лазер при этом работает как линейно, так и точечно. Совмещение функций нескольких приборов сказалось и на цене нивелира, который стоит несколько дороже прочих аналогов.

Построители плоскостей. Еще один вид довольно дорогих приборов, которыми пользуются обычно профессиональные геодезисты. С их помощью можно определить точки зенита на поверхности, спроектировать линии по диагонали, вертикали, горизонтали, а также определить разницу высот различных предметов.
Нивелиры, оборудованные лазерным излучателем, нашли применение в построении перпендикулярных линий.
Исходя из целей использования прибора задаются техническими характеристиками. Для бытового нивелира дальность может составлять от 10 до 40 метров. Этого достаточно, чтобы выполнять работы внутри помещений и определять горизонтали фундамента. Дальность профессиональных аппаратов значительно больше, она достигает 100 метров и больше. В некоторых моделях предусмотрена возможность установки дополнительных приемников, изменяющих диапазон расстояний до 600 метров.