Poziomowanie to rodzaj pomiarów geodezyjnych. Służy do znajdowania względnych wysokości różnych punktów na powierzchni ziemi. Jako poziom warunkowy w takich pomiarach można przyjąć takie obiekty naturalne jak rzeki, morza, oceany, pola czy inne punkty wyjścia. W rzeczywistości niwelacja to określenie wartości nadmiaru powierzchni każdego obiektu nad zadanym (odniesieniem). Takie pomiary są wymagane do opracowania dokładnej rzeźby terenu objętego badaniem. W przyszłości dane te będą wykorzystywane przy sporządzaniu planów terenu, map lub do rozwiązywania konkretnych problemów aplikacyjnych.
Jakie są rodzaje poziomowania?
Takie pomiary można przeprowadzać różnymi metodami, różniącymi się zastosowanym sprzętem lub technologią. Zastanów się, jakie są główne rodzaje poziomowania. Najczęściej stosuje się pięć metod: pomiar geometryczny, trygonometryczny, barometryczny, mechaniczny i hydrostatyczny powierzchni. Poznajmy każdy z nich bardziej szczegółowo.
Poziomowanie geometryczne
Dzięki tej metodzie pomiaru terenu wyjątkowygeometryczna szyna i poziom urządzenia. Zasada strzelania polega na zainstalowaniu szyny z uderzeniami i podziałami w wymaganym punkcie w pobliżu badanej powierzchni. Następnie za pomocą poziomej belki celowniczej liczona jest różnica wysokości. Niwelacja geometryczna odbywa się zgodnie z zasadą „od środka” lub „do przodu”. Podczas pomiaru pierwszą metodą szyny są instalowane w dwóch punktach na powierzchni, urządzenie znajduje się między nimi w równej odległości. Wynikiem ankiety są dane o nadmiarze jednego z pasków nad drugim. Druga metoda jest klasyczna - jedno urządzenie i jedna szyna. Te metody poziomowania są najczęstsze. Znalazły zastosowanie w budowie zarówno małych obiektów (domów), jak i dużych (mosty).
Poziomowanie trygonometryczne
Przy tego typu pracach pomiarowych zwyczajowo używa się specjalnych urządzeń goniometrycznych, zwanych teodolitami. Za ich pomocą pobierana jest informacja o kątach nachylenia wiązki celowniczej, która przechodzi przez parę podanych punktów na powierzchni. Niwelacja trygonometryczna jest szeroko stosowana w pomiarach topograficznych do wyznaczania różnicy wysokości pomiędzy dwoma obiektami znajdującymi się w znacznej odległości od siebie, ale w strefie widoczności optycznej urządzenia.
Barometryczny pomiar powierzchni
Niwelacja barometryczna jest metodą pomiarową opartą na zależności ciśnienia atmosferycznego od wysokości punktu na mierzonej powierzchni. Proces odczytu odbywa się za pomocąbarometr. Ten system poziomowania musi uwzględniać szereg poprawek na rzeczywistą temperaturę powietrza i jego wilgotność. Metoda ta znalazła zastosowanie w trudno dostępnych terenach (na przykład w warunkach górskich) podczas różnych wypraw geograficznych i geologicznych.
Mechaniczny (techniczny) pomiar powierzchni
Poziomowanie techniczne wiąże się z użyciem specjalnego urządzenia - automatycznego poziomowania. Dzięki niemu profil badanego obszaru jest rysowany w trybie automatycznym za pomocą tarczy ciernej, która rejestruje przebytą odległość oraz ustawionej linii pionu, która wyznacza pion. Takie urządzenie jest zwykle instalowane na pojeździe i przewożone z jednego wyznaczonego punktu do drugiego. Niwelacja techniczna pozwala określić różnicę wysokości między badanymi obiektami, odległość między nimi a profilem terenu, co jest rejestrowane na specjalnej taśmie fotograficznej.
Hydrostatyczny pomiar powierzchni
Poziomowanie hydrostatyczne to metoda oparta na zasadzie naczyń połączonych. Strzelanie w ten sposób odbywa się za pomocą urządzenia hydrostatycznego, które działa z błędem do dwóch milimetrów. Taki poziom składa się z pary szklanych rurek połączonych wężem, system ten jest wypełniony wodą. Proces pomiaru przebiega w następujący sposób - rurki mocowane są do szyn, na których nałożona jest waga. Następnie pręty są instalowane w pobliżu badanych obiektów, podziały oznaczają wartość liczbowąróżnica między dwoma poziomami. Ta konstrukcja ma istotną wadę, a mianowicie ograniczoną granicę pomiaru, którą określa długość węża.
Opisane metody niwelacji (oprócz mechanicznych) są bardzo proste i nie wymagają od operatora żadnej szczególnej wiedzy, dlatego znajdują szerokie zastosowanie w budownictwie i innych dziedzinach gospodarki narodowej.
Zajęcia pomiarowe
Oprócz techniki pomiarowej, niwelacja jest zwykle podzielona na klasy dokładności. Każdy z nich odpowiada określonemu rodzajowi i metodzie wyszukiwania informacji. Zastanówmy się, jakie istnieją klasy poziomujące.
- Pierwsza klasa jest uważana za bardzo dokładną. Odpowiada to losowemu błędowi rms wynoszącemu 0,8 milimetra na kilometr i błędowi systematycznemu 0,08 mm/km.
- Druga klasa jest również uważana za bardzo dokładną. Jednak tutaj błąd jest nieco wyższy - błąd rms to 2,0 mm/km, a błąd systematyczny to 0,2 mm/km.
- Trzecia klasa. Odpowiada to standardowemu błędowi 5,0 mm/km, a systematyczność nie jest brana pod uwagę.
- Czwarta klasa. Odpowiada to błędowi średniokwadratowemu równemu 10,0 mm/km, błąd systemowy również nie jest brany pod uwagę.
W zależności od cech terenu i celów badania, można zastosować różne metody pozyskiwania danych geodezyjnych. Na przykład za pomocą wielokątów, równoległych linii lub wyrównania powierzchni za pomocą kwadratów. Ta ostatnia technika jest najczęściej stosowana, jest szeroko stosowana do zbierania danych zduże otwarte przestrzenie o stosunkowo małych wysokościach przekroju. Rozważmy to bardziej szczegółowo.
Kwadrat
Niwelacja powierzchni tą metodą jest wykonywana w celu uzyskania wielkoskalowych planów topograficznych płaskich obszarów. Gładkie położenie punktów kontrolnych określane jest przez układanie trawersów. I wysokości - metodą pomiaru geometrycznego z wykorzystaniem poziomów technicznych. Proces akwizycji danych można przeprowadzić na dwa różne sposoby: układając ruchy niwelujące ze stopniowym podziałem średnic oraz kwadratami.
Poziomowanie za pomocą kwadratów odbywa się poprzez rozbijanie o ziemię za pomocą taśmy mierniczej i teodolitu (siatki o boku komórki 20 metrów) mierzonego w skali 1:500 i 1:1000, czterdzieści metrów - przy strzelaniu w skali 1:2000 i stu metrów w skali 1:5000.
Jednocześnie ustalana jest sytuacja badanego terytorium i sporządzany jest zarys. Procedury te wykonuje się w taki sam sposób, jak w badaniu teodolitowym. Oprócz wierzchołków komórek na ziemi zamocowane są charakterystyczne reliefowe obiekty - plusy: wierzchołek i podstawa wzniesienia, dno i krawędzie wykopu, punkty na przelewie i liniach zlewni i inne.
Uzasadnienie pomiarów jest tworzone przez układanie przejść niwelacyjnych i teodolitowych wzdłuż zewnętrznych granic siatki kwadratów, które są następnie łączone z punktami jednej sieci państwowej. Wysokości punktów dodatnich i wierzchołków komórek określa się metodą niwelacji geometrycznej. Jeśli długość bokuczterdzieści metrów kwadratowych lub mniej, a następnie z jednej stacji próbują zmierzyć wszystkie wyznaczone punkty. Odległość urządzenia od drążka nie powinna przekraczać 100-150 metrów. Jeśli długość boku kwadratu wynosi sto metrów, poziom jest umieszczany pośrodku każdej komórki. Na podstawie badań terenowych terenu metodą kwadratów sporządza się dziennik niwelacyjny oraz zarys pomiarów.
Zarys dziennika i poziomowania za pomocą kwadratów
Dziennik zawiera dane o rozmiarze boku komórki, wiążące siatkę współrzędnych z ciągami teodolitowymi (uzasadnienie geodezyjne). Dodatkowo wskazane jest powiązanie z obiektami terenowymi - jeziorami, wzgórzami i tak dalej. Należy również zwrócić uwagę, z jakich stanowisk wykonano niwelację terenu. Konspekt zawiera wyniki strzelania do każdego z kwadratów. W górnym i dodatnim punkcie każdej komórki wskazane są odczyty z czarnej strony paska (w metrach), a także obliczone wysokości. Ta kalkulacja jest wykonywana na horyzoncie instrumentu. Wysokości wierzchołków komórki są określane jako różnica między horyzontem instrumentu na stacji a odczytem na szynie.
W celu kontrolowania procesu pomiaru powierzchni dla dwóch wierzchołków komórki, poziomowanie jest wykonywane z dwóch różnych stacji. Sporządzenie planu na podstawie uzyskanych materiałów do pobrania danych powierzchniowych rozpoczyna się od zamocowania na tablecie zgodnie ze współrzędnymi punktów ujednoliconej sieci geodezyjnej, obiektów uzasadnienia pomiarów (przemieszczenia niwelacyjne i teodolitowe), plus punkty, wierzchołki kwadratów i sytuacja.
Metoda aplikacji
Podczas wyrównywania terytorium w pewien sposóbzastosowania teodolitu i przejść niwelacyjnych w rozbiciu na średnice, przejścia układane są wzdłuż naturalnych charakterystycznych linii danego terenu, np. wzdłuż jazów lub działów wodnych. W takich pracach przekroje i pikiety należy ustawiać co czterdzieści metrów przy pomiarach w skali 1:2000 oraz co dwadzieścia metrów przy pomiarach w skali 1:1000 i 1:500. W punktach przegięć stoków zaznaczono obiekty plus. W procesie zakładania pikiet sytuacja powinna zostać naprawiona i sporządzony zarys. W dzienniku dokonywane są zapisy niwelacyjne. Zaznacza numery seryjne pikiet, odczyty na czerwonych i czarnych bokach szyn, odległości obiektów dodatnich od najbliższych pikiet. Na podstawie wyników niwelacji opracowywany jest plan topograficzny terenu, profile poprzeczne i podłużne terenu.
Celowe jest zmierzenie powierzchni w obszarach proponowanej lokalizacji w celu zagospodarowania terenu i planowania pionowego terytorium. Przykładem może być projekt krajobrazu terenu otaczającego dowolny zabytek architektury, czy strefy ogrodnictwa krajobrazowego.
Co to jest poziom?
Do wykonania pomiaru geometrycznego terenu, który jest szeroko stosowany w budownictwie, stosuje się różne poziomy poziomów. Urządzenia te, ze względu na zasadę działania, dzieli się zwykle na: elektroniczne, laserowe, hydrostatyczne i optyczno-mechaniczne. Wszystkie poziomy wyposażone są w teleskop obracający się w płaszczyźnie poziomej. Nowoczesna konstrukcja takiego urządzenia pomiarowego zapewnia automatyczną kompensacjędo ustawiania osi wizualnej w pozycji roboczej.
Historia poziomowania
Pierwsza informacja, jaka dotarła do współczesnego człowieka na temat niwelacji, dotyczy I wieku p.n.e., a mianowicie budowy kanałów irygacyjnych w starożytnej Grecji i Rzymie. Dokumenty historyczne wspominają o urządzeniu do pomiaru wody. Jego wynalezienie i zastosowanie wiąże się z nazwiskami starożytnego greckiego naukowca Herona z Aleksandrii oraz rzymskiego architekta Marka Witruwiusza. Impulsem do rozwoju tych przyrządów pomiarowych i metod niwelacji było stworzenie lunety, barometru, niwelatora cylindrycznego i siatki podziałek w lunetach. Wynalazki te sięgają XVI i XVII wieku i umożliwiły opracowanie systemu do dokładnych pomiarów powierzchni Ziemi.
W Rosji za czasów Piotra Wielkiego powstała pracownia optyczna, w której między innymi produkowano również poziomnice, dopiero wtedy nazywano je poziomicami z rurką. I. E. Belyaev był zaangażowany w rozwój poziomów w warsztacie. W tym samym okresie pojawiły się pierwsze przyrządy pomiarowe oparte na barometrach. Na początku XIX wieku pojawiły się pierwsze poziomy trygonometryczne, przy ich pomocy przeprowadzono bardzo zakrojone na szeroką skalę prace mające na celu określenie różnicy poziomów Morza Azowskiego i Morza Czarnego, zmierzono wysokość Elbrusu. Użycie przyrządów geometrycznych odnotowuje się w połowie XIX wieku. Tak więc w 1847 roku zostały użyte do budowy Kanału Sueskiego. W naszym kraju niwelacja geometrycznanawierzchnia została wykorzystana do budowy dróg wodnych i lądowych. Za początek powstania krajowej sieci państwowej uważa się rok 1871. Następnie rozpoczęto prace nad ustalaniem i instalacją punktów, które służyły jako podstawa do pomiarów topograficznych.
Zastosowanie poziomowania
Rezultatem niwelacji jest utworzenie pojedynczej referencyjnej osnowy geodezyjnej, która służy jako podstawa do pomiarów topograficznych terenu lub różnych pomiarów geodezyjnych. Strzelanie jest szeroko stosowane do celów badawczych i naukowych: podczas badania kuli ziemskiej, ruchu skorupy ziemskiej, w celu ustalenia wahań poziomu mórz i oceanów.
Niwelacja jest również wykorzystywana do rozwiązywania różnych problemów aplikacyjnych, które są związane z budową różnych obiektów, układaniem linii komunikacyjnych, uzbrojenia itp. Na przykład pomiar terenu jest niezbędny do przeniesienia decyzji projektowych na wysokość, dodatkowo podczas prace instalacyjne przy montażu konstrukcji budowlanych. Przy rozwiązywaniu takich problemów zawsze wykorzystuje się dane pozyskane przez służbę geodezyjną. Również bezpośrednio do rozwiązywania różnych wysokospecjalistycznych zadań wykorzystywane są systemy automatycznego wyszukiwania informacji. Do takich zadań należy np. remont i budowa jezdni. Czujniki wchodzące w skład automatycznego urządzenia poziomującego są instalowane na wagonach kolejowych, wagonach, dzięki czemu w możliwie najkrótszym czasie uzyskuje się gotowy profil badanego terenu.
Nowoczesne technologie
Do tej poryze względu na niezwykle szybki rozwój nauki i technologii do wyrównywania powierzchni wykorzystuje się różne techniczne know-how.
- Laser. Ich praca opiera się na odczycie parametrów terenu za pomocą skanera laserowego.
- Ultradźwiękowe. Głównym elementem takiego urządzenia jest ultradźwiękowy czujnik emitujący fale.
- technologia GNSS, która jest związana z pozyskiwaniem informacji o aktualnych współrzędnych za pomocą komunikacji satelitarnej. Taki sprzęt zapewnia bardzo wysoką dokładność poziomowania.
Aby zapewnić sprawne przetwarzanie dużej liczby przepływów informacji uzyskanych w procesie stosowania powyższego know-how, wymagane jest posiadanie odpowiedniego specjalnego oprogramowania, które będzie wykonywać zadania związane z przechowywaniem, zarządzaniem, wizualizacją i przetwarzaniem dane.
Nowoczesne systemy poziomowania w budownictwie drogowym
Systemy zautomatyzowane są szeroko stosowane w nowoczesnym budownictwie drogowym. Pozwalają zarządzać sprzętem do budowy dróg, biorąc pod uwagę jego aktualną pozycję. Jednocześnie automatyczne niwelowanie trasy wyróżnia się dużą dokładnością prowadzonych prac, co znacznie poprawia jakość produkowanej jezdni, a także skraca czas budowy. Takie urządzenia, montowane na rozściełaczach asf altu, frezarkach drogowych, buldożerach, pozwalają wyeliminować uszkodzenia i ubytki starej nawierzchni podczas układania nowej warstwy. Poziomy te kontrolują nachylenie poprzeczne drogi, wykonują to według ściśle określonego projektuparametry. Nowoczesne systemy pomiaru powierzchni sprzętu do budowy dróg dzielą się na kilka typów w zależności od zastosowanej technologii.
- Urządzenia ultradźwiękowe z różną liczbą czujników.
- Systemy odbioru laserowego.
- Urządzenie oparte na technologii satelitarnej GPS.
- System 3D oparty na zasadzie tachimetru.
W razie potrzeby, w zależności od złożoności i specyfiki wykonywanej pracy, można zastosować jedną lub inną technologię automatycznego poziomowania.
