POMIARY WYSOKOŚCIOWE
Pomiary, których celem jest określenie pionowej odległości punktów terenowych od powierzchni odniesienia (np. poziomu morza) należą do pomiarów wysokościowych i nazywają się niwelacją.
Pomierzona odległość pionowa stanowi wysokość danego punktu.
Jeżeli odległości pionowe wyznacza się w odniesieniu od poziomu morza (geoidy zerowej) – są to wysokości bezwzględne (dodatnie lub ujemne).
Jeżeli odległości pionowe wyznacza się od dowolnej powierzchni – są to wysokości względne.
W Polsce obowiązywał dawniej średni poziom morza w Amsterdamie. Obecnie obowiązuje średni poziom morza w Kronsztadzie.
Zależności pomiędzy poziomami zerowymi:
Kronsztad = Amsterdam –0,08m
Amsterdam = Kronsztad +0,08m
Rozróżnia się następujące metody pomiarów wysokościowych:
1) niwelacja geometryczna
2) niwelacja trygonometryczna
3) niwelacja barometryczna
4) niwelacja hydrostatyczna
Niwelacja geometryczna – polega na wyznaczeniu różnych wysokości punktów na podstawie bezpośrednich pomiarów dokonanych za pomocą niwelatora i łat niwelacyjnych.
Ustawiony na statywie niwelator z lunetą (celową) poziomą (za pomocą libeli), służy do wyznaczania krótkich elementów poziomu geometrycznego.
Nieruchoma nitka widoczna w lunecie daje łacie ustawionej pionowo w punkcie A i B odczyt OA i OB.
ΔH=OA-OB=HB-HA
ΔH – różnica wysokości punktów w punkcie.
W zależności od:
- stosowanych przyrządów
- metod pomiaru
Może to być:
- niwelacja geometryczna zwykła (techniczna)
- niwelacja geometryczna precyzyjna (ścisła)
Niwelacja trygonometryczna (trygonometryczny pomiar wysokości). Pomiar wysokości polega na pomiarze pionowego kata α (za pomocą teodolitu) oraz na pośrednim lub bezpośrednim pomiarze odległości D (poziomej) pomiędzy punktami A i B.
ΔH=Dּtgα=HB-HA
HB=HA+i+h-l=HA+i+Dּtgα-l
gdzie:
i – wysokość instrumentu
h – przewyższenie instrumentu
l – odczyt na łacie
W praktyce wzór ten można stosować do odległości 400m; przy tej odległości wpływ krzywizny Ziemi refrakcji wynosi do 10mm. Dla większych odległości wprowadza się poprawki uwzględniające oba czynniki.
D – odległość
R – średni promień Ziemi (6370 km)
k – współczynnik refrakcji pionowej (0,14 nad lądami, 0,16 nad wodami).
Jeżeli bezpośredni pomiar odległości D jest niemożliwy, to obliczamy ją pośrednio
Niwelacja barometryczna (barometryczny pomiar wysokości). Polega na określeniu wysokości punktów w terenie lub różnic ich wysokości, na podstawie zależności pomiędzy ciśnieniem powietrza, a wysokością nad poziomem morza.
Pomiar ciśnienia wykonuje się za pomocą barometru.
Dokładność niwelacji barometrycznej:
1 : 3m (przy zastosowaniu barometrów zwyczajnych)
0,5 : 1m (przy zastosowaniu barometrów precyzyjnych)
ZASTOSOWANIE: opracowywanie projektów wstępnych w terenach górzystych, itp.
Niwelacja hydrostatyczna – opiera się na wyrównaniu poziomu cieczy w naczyniach połączonych.
Wąż gumowy zakończony dwoma rurkami szklanymi z podziałkami, tworzy najprostszy niwelator hydrostatyczny.
Dokładność wyznaczania wysokości punktów metodą niwelacji hydrostatycznej określona błędem średnim wynosi:
- niwelacja zwyczajna + 1:3mm
- niwelacja precyzyjna + 0,05mm
POMIARY WYSOKOŚCI PUNKTÓW METODĄ NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ
Pomiary wykonuje się za pomocą instrumentu niwelacyjnego (niwelatora) oraz łat niwelacyjnych. Podstawowe części niwelatora:
- libela
- luneta
a) libela – przeznaczenie: poziome lub pionowe ustawianie prostych i płaszczyzn oraz pomiar
małych kątów pionowych. Przykłady: - poziomowanie osi celowej lunety
- poziomowanie stołu do kartowania
- pionowanie osi instrumentu (pośrednie)
Rodzaje libel:
- rurkowe
- okrągłe (pudełkowe)
Libele rurkowe: walcowa rurka szklana, wewnętrzna powierzchnia wyszlifowana i wypełniona lekką cieczą (łuk kołowy bardzo płaski)
Są dwa typy libel:
- libela zwykła
- libela rewersyjna
Bańka zajmuje zawsze położenie najwyższe.
Odstęp dwóch sąsiednich kresek podziału libeli nazywany jest parsem.
1pars = d = 2mm
dawniej: d=1 linia paryska = 2,26mm
Elementy geometryczne libeli rurkowej:
Przekrój pionowy libeli niespoziomowanej.
Oznaczenia:
G – punkt główny libeli
S – środek bańki libeli
l – oś libeli
Poziomowanie libeli polega na sprowadzeniu S->G
Nieco inaczej jest w libelach nowego typu, tzw. libelach koincydencyjnych. Poziomowanie libeli polega na doprowadzeniu do koincydencji (zgodności) obrazów obydwu końców bańki.
Libela koincydencyjna
Przejście: przewaga libeli
ω” – przewaga libeli
g” = 206265” = 1R
I definicja: Przewaga libeli jest to kąt środkowy łuku odpowiadający 1 parsowi
II definicja: Przewaga libeli to kąt, o który należy pochylić oś libeli, aby środek bańki przesunął się o jeden pars.
Płaszczyzna styczna w punkcie G, nazywa się płaszczyzną główną. Libela jest w poziomie jeżeli: S->G lub QL -> w poziomie.
Rektyfikacja - usuwanie stwierdzonych błędów.
Rektyfikacja libeli: za pomocą 3 śrub korekcyjnych.
Przewaga libeli okrągłych (obliczona dla 2 mm) wynosi 3-15mm.
Libele niwelacyjne (rurkowe): 5”<ω<30”
83m>R>13m
Cechy dobrej libeli:
- dokładny podział
- stały promień krzywizny w każdym punkcie
- szybka reakcja na wychylenie l z poziomu
- dobrze wyszlifowane wnętrze
b) luneta
W instrumentach geodezyjnych stosuje się przeważnie lunetę astronomiczną (otrzymujemy obraz odwrócony). W nowszych instrumentach stosuje się lunety dające obraz prosty.
Części lunety:
- obiektyw
- okular
- krzyż nitkowy (siatka celownicza, siatka nitek lub kresek)
Obiektyw i okular tworzą odpowiednio dobrane zestawy soczewek.
Krzyż nitkowy – zasadnicza część lunety geodezyjnej.
Definicja osi celowej w lunecie:
Oś celowa to prosta wyznaczona przez środek optyczny obiektywu i środek siatki.
Typy siatek:
zwyczajna z dalmierzem optycznym precyzyjna
Siatka umocowana jest przeważnie w pierścieniu, który można przesuwać w dwóch kierunkach wzajemnie prostopadłych za pomocą śrubek korekcyjnych siatki.
Przygotowanie lunety do oka obserwatora:
- uzyskanie ostrości krzyża nitkowego (za pomocą okularu – obracanie okularu)
- uzyskanie ostrości obrazu (za pomocą soczewki ogniskowej – obracanie pierścienia soczewki ogniskowej) wraz z usunięciem zjawiska paralaksy.
Jeżeli istnieje paralaksa, to przy przesuwaniu oka przy okularze w kierunku poprzecznym do lunety, otrzymujemy pozorny ruch siatki względem obserwowanego przedmiotu.
Usunięcie paralaksy – za pomocą soczewki ogniskującej (przesunięcie płaszczyzny obrazu przedmiotu do płaszczyzny siatki).
Niwelator przeznaczony jest do wykonywania pomiarów wysokości.
Części niwelatora:
- spodarka
- limbus
- alidada
Spodarka – najniższa część instrumentu. Są tu 3 śruby poziomujące (ustawcze) przeznaczone do pionowego ustawienia osi niwelatora.
Limbus – położony ponad spodarką. Jest to koło poziome z podziałem kątowym przeznaczone do odczytywania kierunków, a więc do pomiarów kątów poziomych (nie we wszystkich niwelatorach)
Alidada – obracalna część instrumentu, na której umieszczona jest luneta z libelą.
Luneta – daje obraz odwrócony lub prosty. Powiększenie lunety:
- niwelatory techniczne 15* - 25*
- niwelatory precyzyjne 30* - 40*
Libela – a) niwelacyjna rurkowa połączona z lunetą. Przeznaczona jest do poziomowania osi celowej lunety lub (pośrednia) do ustawienia osi obrotu instrumentu w położeniu pionowym.
b) okrągła (pudełkowa) przeznaczona do przybliżonego ustawienia osi obrotu
w położeniu pionowym.
Rodzaje niwelatorów libelowych:
- ...
tjorivenn