Нівелювання - вид геодезичних вимірювань (вертикальне знімання), в процесі яких визначають перевищення одних точок місцевості над іншими, а також самі висоти цих точок щодо прийнятої вихідної (відлікової) рівної поверхні (як уже зазначалося, в Росії висоти точок місцевості визначаються в Балтійській системі висот - від нуля Кронштадтського футштока).
За методами вимірювань і застосовуваним приладів нівелювання ділиться на геометричне, тригонометрическое (геодезичне), фізичне, стереофотограмметрічеськие і механічне.
Геометричне нівелювання - визначення перевищення між двома суміжними точками за допомогою горизонтально встановленого візирного променя, щодо якого проводяться відліки на прямовисно стоять рейках з поділами. Горизонтальне положення променя візування може бути задано приладами: нівеліри, теодолітами з рівнем при трубі і кіпрегелями. З усіх видів нівелювання геометричне найточніше. Його недолік - невелика довжина променя візування від приладу до рейки.
Тригонометричні нівелювання засноване на використанні геодезичної залежності між перевищенням, кутом нахилу візирного променя і відстанню між нівельована точками. У порівнянні з геометричним воно зручно при великих відстанях і перевищення між точками, але поступається йому в точності. Воно є основним видом визначення висот рейкових (пікетні) точок при топографічних зйомках місцевості.
Фізичне нівелювання буває барометричним, гідростатичним і радіолокаційним (Аерорадіонівелірованіє).
Барометричний нівелювання виконується за допомогою барометрів. При цьому нівелюванні по величинам атмосферного тиску в двох точках визначається перевищення між ними з урахуванням температури повітря, а іноді і вологості. За точністю барометричний нівелювання нижче геометричного і тригонометричного. Похибки можуть досягати 1 2 м. Однак на невеликих територіях при певній методиці робіт точність може бути підвищена до ± 0,5 м.
Гідростатичний нівелювання базується на фіксації різниці рівнів рідини в двох сполучених посудинах. Воно дозволяє встановлювати перевищення з похибками порядку ± 0,5 мм, а з використанням високоточних приладів - до 0,1 мм. Застосовується при монтажі технологічного обладнання, визначенні осад будівель і споруд.
Радіолокаційне нівелювання засноване на отриманні абсолютних висот з літака за допомогою спеціальних висотомірів. Похибки визначення висот від десятих часток до декількох метрів в залежності від рельєфу місцевості і використовуваного обладнання.
За результатами супутникових вимірів можна визначити просторові координати точок місцевості в автономному режимі з точністю близько 1 м і в диференціальному, тобто щодо точок з відомими координатами, з точністю до сантиметрів і точніше. Для цього використовуються супутникові системи ГЛОНАСС (Глобальна Наві-гаціонная Супутникова Система, Росія) і NAVSTAR (NAVigation Sattelite providing Time and Range - навігаційна супутникова система, США).
Стереофотограмметрічеокое нівелювання базується на визначенні висотного положення точок місцевості з літальних апаратів та подальшої обробки стереомодель місцевості. Воно є основним методом зйомки вираженого рельєфу при складанні планів і карт великих територій. Точність вимірювань може досягати декількох сантиметрів.
Механічне нівелювання проводиться приладами, встановленими на рухомих по земній поверхні механізмах (велосипедах, автомашинах і т. Д.). При цьому профіль місцевості викреслюється автоматично для траєкторії механізму. Точність цього нівелювання 0,2-0,3 м на 1 км відстані, що досить при вишукуваннях доріг, ліній електропередач і т. Д.
Основним видом нівелювання є геометричне, яке проводиться за допомогою геодезичних приладів - нівелірів.
Геометричне нівелювання по технології і точності робіт поділяється на I, II, III і IV класи і технічне нівелювання.
Нівелювання I, II, III і IV класів становить державну мережу нівелювання, яка є висотною основою топографічних зйомок всіх масштабів і геодезичних вимірювань, проведених для задоволення потреб народного господарства і оборони країни.
Нівелірна мережу I і II класів є головною висотною основою, за допомогою якої встановлюється єдина система висот на всій території Росії. Вона також призначається для наукових цілей, пов'язаних з вивченням коливань земної кори. Периметри полігонів нівелювання I і II класів на європейській території країни складають в середньому відповідно 2800 і 600 км.
Нівелірні мережі III і IV класів і технічного нівелювання служать висотною основою топографічних зйомок і призначаються для рішення різних інженерних завдань (планування, забудова та благоустрій населених пунктів; проектування і будівництво доріг, зрошувальних і осушувальних систем; водопостачання, каналізація і т. П.).
Нівелірні ходи закріплюють на місцевості постійними знаками (реперами, марками) і тимчасовими знаками - точками знімальної мережі.
На забудованій території поширеним типом постійного нивелирного знака є стінний репер з чавуну, який закладають в стіні (фундаменті) кам'яної будівлі (споруди) на цементному розчині так, щоб його торцева частина виступала від поверхні стіни приблизно на 5 см. Поруч з репером до стіни будівлі прикріплюють охоронну металеву табличку з написом: «Геодезичний пункт охороняється державою». На торцевій стороні репера вказані номер і установа, яка заклала репер.
На незабудованій території в землю закладаються грунтові репери - залізобетонні стовпи, металеві труби з якорем у вигляді усіченої піраміди з бетону або використовують пункти планової геодезичної мережі. Поруч з репером встановлюють залізобетонний розпізнавальний знак з охоронною табличкою.
Для закріплення результатів технічного нівелювання в якості грунтового репера застосовують металеві труби або залізобетонні пілони з привареною або вправленої в бетон маркою. В якості тимчасових знаків нівелювання також використовують відмічені олійною фарбою характерні виступи залізобетонних опор ЛЕП, мостів, фундаментів будівель, великих каменів (валунів) і ін. А також милиці або цвяхи, що забиваються в дерев'яні будови, опори ліній зв'язку та ін. А також вкопані в землю відрізки залізобетонних або дерев'яних стовпів, азбестоцементних і металевих труб, рейок, уголкового заліза, на які встановлюють рейки при виконанні нівелювання робіт.
5.12.2. Способи визначення перевищень і висот точок при геометричному нівелюванні
Геометричне нівелювання виконують за допомогою нівеліра і нівелірних рейок.
Нівелір - геодезичний прилад, що забезпечує при роботі горизонтальну лінію візування. Він являє собою поєднання зорової труби з циліндричним рівнем або з компенсатором. Рівень і компенсатор служать для приведення візирної осі в горизонтальне положення.
Нівелірні рейки - це дерев'яні або металеві бруски довжиною 1,5; 3; 4 або 5 м (ріс.5.37).
За конструкцією вони бувають: цілісні, складні і розсувні. На нижньому кінці рейки закріплена сталева пластина (п'ята); ділення рейок - сантиметрові. На одній зі сторін рейки (чорної) ділення нанесені чорним кольором на білому тлі, на інший (червоної) - червоним. Нуль поділів чорної сторони рейки збігається з нижньою площиною п'яти. Ділення червоною боку нанесені і підписані так, що з нижньою площиною п'яти збігається відлік, рівний 4687 або 4787.
Мал. 5.37. нівелірні рейки
а - цільна, чорна сторона; б - складна.
Для зручності і швидкості установки в робоче положення рейки іноді постачають круглими рівнями і ручками. Нівелірні рейки розрізняють по точності нівелювання. Наприклад, шифр РН-10П-3000С означає, що це рейка нівелірна, зі шкалою розподілу 10 мм, підписом цифр «прямо», довжиною 3000 мм, складна.
Нівелірних відліком по рейці називають відрізок прямовисній лінії від точки, на якій стоїть рейка, до горизонтальної візирної осі. Відлік і перевищення висловлюють в міліметрах і записують їх з округленням до міліметра.
Геометричне нівелювання полягає у визначенні перевищення hАВ (рис. 5.38) точки В над точкою А.
Мал. 5.38. Схема геометричного нівелювання
а) - з середини; б) - вперед
Точки закріплюють на місцевості забитими в землю дерев'яними кілками, металевими милицями та ін. Забезпечують міцне, без осад положення їх по висоті.
Існують два способи геометричного нівелювання: вперед і з середини.
Нівелювання з середини. Якщо в процесі вимірювання перевищення між двома точкаміА і В посередині між ними розташувати нівелір, що задає горизонтальний візирний промінь, а на точках встановити прямовисно рейки (ріс.5.39, а), то такий спосіб називається нівелюванням «з середини».
Місце установки нівеліра для роботи називають станцією. Якщо нівелювання виробляють в напрямку від точки А до точки В. то рейка, що стоїть на точці А. називається задній, а на точці В - передній. Висота горизонтального променя візування над точкою А визначається відліком «а» по задній рейці, отриманим за середньої горизонтальної нитки сітки, видимої в поле зору зорової труби нівеліра. Висота горизонтального променя візування над точкою В визначається відліком вперед «в» по передній рейці.
На ріс.5.38 видно, що перевищення між точками
тобто при нівелюванні з середини перевищення одно відліку по задній рейці «а» мінус відлік по передній рейці «в».
Нівелювання вперед. Якщо ж нівелір встановити над точкою А на одній прямовисній лінії з нею (ріс.5.38, б), а в точці В - прямовисно рейку, то перевищення визначимо способом "вперед". Тоді
тобто при нівелюванні вперед перевищення дорівнює висоті нівеліра «i» мінус відлік по передній рейці «в».
В обох випадках при відомій висоті НА точки А і измеренном перевищенні між обумовленою точкою В матимемо