Нивелирование в геодезии это: Нивелирование, виды и способы, методы и допуски

Нивелирование, виды и способы, методы и допуски

Нивелирование — это измерения по определению превышений между точками на земной поверхности и вычисление их высот относительно начальной высотной точки отсчета с применением различных геометрических, физических методов и приборов.

Самые первые упоминания об уровневых построениях были известны еще в Древнем Риме и Греции. Связаны они с водяным уровнем, то есть с первым гидростатическим способом нивелирования. Все последующие методы получали с развитием технического прогресса, конкретными изобретениями и их практическим применением. Изобретения зрительной трубы и сетки нитей (Пикар) в XVI и XVII веке, барометра в XVII (Торричелли), цилиндрического уровня в XVIII (Рамсден) позволили развивать способы барометрического, геометрического и тригонометрического нивелирования. Построение стереокомпаратора и стереофотоаппарата создало предпосылки для стереофотограмметрического нивелирования. На основе физических принципов лазерных излучений и новых цифровых технологий появляются современные лазерные и цифровые нивелиры.

Ставить в уровень вот что означает с французского нивелир. Именно благодаря прибору с таким наименованием получили распространение геодезические способы точного нивелирования. Наиболее точным, популярным и востребованным в современном приборостроении, строительстве, геологической разведке и других отраслях считается способ геометрического нивелирования.

Геометрическое нивелирование

Заключается в использовании инструментальной способности построения горизонтального луча (оси) конструкцией нивелиров для выполнения высотных измерений. Характерным способом геометрического нивелирования является так называемый метод «из середины» с использованием нивелирных реек со специально нанесенными на них шкалами. Типовая схема его показана на рис.1.

Рис.1. Схема геометрического нивелирования.

Суть способа состоит в установлении нивелиров ориентировочно посередине между точками, на которых необходимо измерить высотные отметки. Именно на них устанавливаются в вертикальное (отвесное) положение рейки, по которым снимаются отсчеты в миллиметрах (0123). Сначала измерения осуществляют с задней (З) рейки после этого нивелир разворачивается в направлении передней точки (П). Изначально задней точкой выступает исходный репер с известным значением абсолютной отметки.

Превышение (h) между точками, на которых устанавливались рейки, вычисляют по формуле:

h = З – П,

где

З – задний отсчет по рейке;

П – передний отсчет.

Точность снятия отсчетов по рейкам колеблется в пределах 1-2 мм при техническом нивелировании и 0,1 мм при нивелировании I класса.

Определение превышений между точками с однократной установкой инструмента именуется станцией стояния. Многократное число станций на значительном удалении друг от друга на протяжении многих сотен метров и даже километров называют нивелирным ходом. Методики нивелировок регламентируются выполнением измерений в прямом и обратном направлении, при различных горизонтах инструментов и требуют соблюдения предельных значений среднеквадратических и допустимых погрешностей.

Другие виды нивелирования

Могут использоваться в условиях, в которых они более предпочтительны к применению.  Так тригонометрическое нивелирование за счет возможности изменения наклона зрительной трубы и соответственно визирного луча в теодолитах (тахеометрах) производится на местности с характерным гористым рельефом, на возвышенностях и поверхностях где использование геометрического нивелирования просто имеет значительные физические и экономические затраты. Современные электронные приборы (тахеометры) позволяют применять тригонометрический способ в прикладных задачах передачи и определения высотных отметок на значительно удаленные и возвышающиеся предметы, сооружения, при топографических съемках.

В последние годы с появлением новых методов съемок и построений плановых сетей возникли технологические и технические возможности измерений превышений между пунктами по спутниковым наблюдениям и измерениям через ГЛОНАСС и GPS. Точные их вычисления (до 1-2 см) с одновременным получением всех трех пространственных координат делают такой способ одним из ведущих в современной геодезии.

Особым интересом именно для геодезических работ высокой точности пользуются новейшие приборы цифровой технологии, высокоточные цифровые нивелиры и лазерные ротационные для прикладных работ.

Методы построения и типы высотных нивелирных сетей

Можно рассматривать в ракурсе распространения единой и однозначной высотной системы координат по всей территории страны. Она имеет название Балтийская. Известно, что за ее начальную точку отсчета принят уровень Кронштадтского футштока. Все построения происходят «от общего к частному» и соединения нивелирных ходов между собой представляют высотные сети. По точности результатов измерений они подразделяются на пять типов нивелирования:

• I-го класса;
• II-го класса;
• III-го класса;
• IV-го класса;
• технического нивелирования.

Сети I и II класса создаются как основа всей высотной системы страны. С их помощью решаются крупные научные задачи по отслеживанию вертикальных перемещений физической поверхности Земли, исследований земной поверхности, измерения уровней всех морей окружающих нашу страну.

Сети III, IV класса развиваются от пунктов более высоких классов и выступают высотной основой для топосъемок, изыскательских и прикладных геодезических работ. Ориентировочная схема по развитию нивелирных сетей показана на рис.2.

Рис.2. Схема высотных сетей.

Сети I класса формируются из нивелирных ходов, полигонов с общей протяженностью порядка 1200 км в освоенных районах страны и 2000 км в малоосвоенных. При построении полигонов II класса их периметры составляют 400 и 1000 км соответственно. Они выстраиваются внутри полигонов I класса системой линий и ходов. Периодически в сетях I и II класса производятся повторные измерения через 25 и 35 лет соответственно. Это дает возможность поддерживать их на соответствующем современном уровне.

 Построение сетей III, IV класса опирается на пункты государственного высотного обоснования высших классов и осуществляется внутри этих полигонов. При создании высотной съемочной основы для топосъемок возможно прокладывание сетей с применением технического нивелирования.

 

Каждый класс нивелирования исполняется с наилучшей точностью с соблюдением соответствующих требований по допустимым значениям среднеквадратических погрешностей нивелировок и предельных погрешностей в полигонах и отдельных линиях ходов. Параметры и формулы допустимых значений отображены таблице ниже, где L – длина линии хода, полигона в км.

 

Нивелирование геодезия. 15.Линейные измерения. Способы. Приведение к горизонту измеренных наклонных расстояний.

Нивелировка, основные методы нивелирования

Введите ваш запрос для начала поиска.

Что такое нивелировка, расскажем о основных методах нивелирования в геодезии. Инструменты и основы геометрического и других принципов нивелирования.

Современное строительство похоже на масштабное производство какого – ни будь завода автогиганта, где существует масса отдельных производственных конвейеров, готовящих узлы будущего автомобиля. Кто-то собирает двигатель, а другие специалисты, к примеру, управляют процессом автоматической сварки кузова. Но и там и здесь четкое взаимодействие групп специалистов направлено на достижение конечного результата – производство технически сложного изделия, к примеру, машины, здания или сооружения.

От их слаженной подконтрольной работы зависит не только качественный результат, но и в первую очередь безопасность людей, которым впоследствии предстоит эксплуатация объекта. Применительно конкретно к строительству это означает точность заранее выверенных точек, горизонтали и вертикальных плоскостей. Да, профессия геодезиста высококвалифицированный труд, поскольку подразумевает владение точными, дорогими и технически сложными приборами, такими как электронный теодолит и т.д.

Но все же, для большинства строителей, хорошей практикой контроля качества работ, послужит регулярное применение более простого в обращении устройства, получившего название нивелир. К примеру, разметить высоты на строительном участке, согласно плану, будет основной частью геодезических работ. Изучив рельеф местности, строители получат необходимую информацию для оптимального выбора места под котлован и расчета точек сброса (вывода) сточных вод.

Таким образом, основной задачей нивелирования можно назвать определение разницы точек будущего здания по отношению к земле по высоте. Получив данные о отметке цоколя здания, легко рассчитать точку вывода сточной воды или же привязать по месту врезку стока канализации.

Для осуществления контроля над ходом строительных работ, у мастера прораба, могут быть разные приборы локального значения, но они не дадут общей информации по всему объекту. Так, к примеру, для определения влажности строительных материалов существуют так называемые гигрометры. Но с его помощью невозможно определить степень критического увеличения всего здания.

С помощью нивелира реально точно снять значения высот по периметру здания и затем сравнить их с контрольными точками. На фасады здания по всему периметру устанавливаются специальные маркеры, затем высчитывают превышение между ними. Таким образом, допустимым показателем можно считать нахождение всех маркеров в одной плоскости с учетом допустимых отклонений. Если это так, значит, здание можно эксплуатировать дальше, в противном случае обнаруживается просадка и возможно потребуется эвакуация.

Нивелировка и ее методы

В целом все виды превышений можно сгруппировать на основные (преимущественные) и дополнительные. Основные подразумевают:

• Использование горизонтального визира луча зрительной трубы нивелира (геометрическое нивелирование)
• Принцип наклона визира луча зрительной трубки теодолита (тригонометрическое нивелирование)
• Выравнивание жидкости в сообщающихся емкостях водяного уровня (гидростатическое нивелирование)

В качестве дополнительных методов нивелирования используют:

• Барометрическое нивелирование, которое применяют в горах и основано на разнице показателей атмосферного давления по отметкам высоты
• Автоматическое нивелирование, применяемое при производстве строительно-дорожных работ, принцип действия которых основан на считывание показаний с датчиков, установленных на автомобиле. Они в свою очередь высчитывают наклонный вектор при перемещении
• Стереофотограмметрическое нивелирование выполняется на сложной аппаратуре в комплексе. Основано на паре снимков с космоса или самолета, которые потом частично перекрывают и загружают в цифровое устройство. Это самый догорай и современный метод, в результате которого выводится эффект трехмерного изображения

В качестве примера можно привести аэрофотосъемку современного микрорайона. Осуществив привязку четких контуров снятой местности к системе координат, можно получить трехмерную модель, с определением точек высот с использованием метода интерполяции.

Инструментарий геометрической нивелировки

Как было указано данный тип работ проводиться с помощью нивелира. Он представляет классический прибор с оптико-механической начинкой, обеспечивающий горизонт для визирного луча. Прибор монтируется на штативе и выставляется в точку стояния, затем при помощи специальных винтов выводиться в горизонтальную плоскость. Трубка нивелира бывает двух видов, прямого и обратного изображения. Трубкой прямого изображения оснащаются в основном нивелиры современного типа.

Приборы старого образца, хоть и имеют систему обратного изображения, но имеют отличную видимость. К тому же при работе с трубками обратного изображения применяется измерительная линейка в перевернутом виде и система поворотных линз. Стоимость таких приборов высока, да к тому же система линз для поворота изображения страдает одним недостатком. В условии рефракции наблюдаются незначительные искажения объектов, при использовании в жаркий период года.

И все же качество советских приборов цениться, по причине высокой четкости по сравнению с современными аналогами. В качестве примера возьмем советский теодолит и сравним его с электронным геодезическим тахеометром имеющий оптическую систему Carl Zeiss . Результат будет не в пользу последнего, так как советский хорошо подходит для локальной выверки с адекватным изображением. Если нужна глобальная картинка, необходимо использовать метод спутниковой геодезии.

Существует три типа конструкций нивелиров: цилиндрического уровня зрительной трубы, с компенсатором автоматом и электронные. Нивелиры так же принято делить по классу точности: технические (H -10), точные (Н-3, Н-3К, Н-3КЛ) и приборы высокой точности (Н-05, Н-1, Н-2).

Как можно наблюдать все нивелиры имеют маркировку буквами, основная из которых Н. Она собственно означает слово нивелир. Цифры означают погрешность (среднеквадратическую) в миллиметрах, на  километр расстояния. Буквы Л и К означают лимб, а так же компенсатор, указывающие на конструктивную особенность нивелиров.

Компенсаторы предназначены для устранения погрешности при установке нивелиров, и бывают ручного и автоматического типа. То есть, вывод в горизонтальную плоскость при ручном компенсаторе выполняется непосредственно человеком, а при автоматическом соответственно самовыравниванием.

Принципиальные основы геометрического нивелирования

При работе с нивелиром существует ряд методов позволяющих эффективно добиваться точного результата:

• Методом нивелирования из середины
• Методом нивелирования вперед

В основе каждого из них лежит свой принцип работы. Так первый способ подразумевает отсчет показаний по геодезическим рейкам, которые устанавливаются в точках стояния, сзади и спереди нивелира. Затем снимаются данные разницы превышения и записываются в журнал. Способ расположения нивелира по отношению к рейкам получил название «метод нивелирования из середины», который является основным методом при строительстве.

Данный метод основан на принципе отсчета, по аналогии с теодолитным ходом, ведущимся с заранее известных высот, называемых реперами. Принцип хорошо иллюстрирует картинка, где есть точки А и Б. Естественно разница между точками по рекам составляет превышение, которое может быть как отрицательным, так и положительным. Данные одного превышения на местности, на практике нельзя считать окончательным, поскольку для объективной картины ее рельефа, необходимо снять как можно больше таких превышений.

Система сравнивания высот, применяемая в топографических планах, носит название «Балтийская». Она имеет начальную точку нуля Кронштадтского футштока, который в свою очередь находится на балтийском побережье. В данном случае на картинке, абсолютная высота (точка Б) рассчитывается, как h = А + а – б. Точка А – это отметка государственной системы высот, а считывание с реек ведется по отрезкам а, б.

Нивелирование методом «вперед» основано на использовании прибора и одной рейки, устанавливаемой перед ним. Сам нивелир устанавливается на заранее известную точку, а формула, по которой рассчитывается превышение, имеет вид:

h = А + i – б, где i — высота нивелира, измеряемая рулеткой. Такой способ применяется реже, так как имеет сложности в установки прибора на вертикальной поверхности стен. К тому же работа дистанционным способом намного легче и позволяет не приближаться к объектам.

Здесь за начальную точку отсчета, условно принято брать урез воды водоемов сообщающихся с любым мировым океаном. Но в таком случае мы будем иметь дело с условной системой высот, точности которой будет не хватать для проведения масштабных строительных работ. И все-таки, данный принцип геометрического нивелирования, отлично подойдет для локальных строительных площадок, где не требуется увязка высот здания с региональными системами.

Тригонометрическая нивелировка

Она построена на принципе использования одного из двух измерительных приборов, тахеометра или теодолита. Для считывания превышения используют угол от горизонта до верхнего края измерительной рейки, а в случае большой удаленности объекта его вершины. К примеру, этим способом измеряют высоты опор линий электропередач. Он хоть и дает незначительную погрешность расчета, но зато позволяет производить расчеты превышений на больших расстояниях и углах рельефа местности.

Формула высоты тригонометрического измерения выглядит так: h = s * tg ν + i – б или h = S * sin ν + i – б. Значения величин подставляются в нее с учетом того, что:

1. ν —  это угол луча по отношению к горизонту
2. s — горизонт линии
3. S — длина отрезка визирной линии
4. i — высота измерительного прибора
5. б — высота визировки

Принцип гидростатического нивелирования

Гироскопы (гидроуровня) хороши для использования в любых условиях, доступны по цене, а главное позволяют определять превышения в ускоренном автоматизированном режиме. Обычно их принято использовать:

• при монтаже оборудования крупных габаритов
• в отделочных и в архитектурных работах
• для выверки горизонта фундамента
• при укладке труб и монтаже сантехнических узлов
• для выставления горизонтальных направляющих
• для передач отметок высоты через преграды (перегородки, барьеры, водоемы)
• для отслеживания просадок зданий и деформации сооружений

Работа гидроуровня демонстрируется рисунком ниже, и как было указано ранее, основана на выравнивании уровня воды (любой другой жидкости, к примеру, антифриз) в сообщающихся емкостях (сосудах). Здесь для нахождения превышения h, используют разницу в отметках, со специальных шкал, нанесенных на сосуды (отметки а, б). Принцип, положенный в основу этого измерения допускает считывание превышения в условиях малых пространств. Пользование приборами такого типа, не потребуют специальных знаний, но не даст точного результата. При измерении гидроуровнем погрешность может составлять до 1 см, как в минус, так и в плюс.  Еще одним недостатком применения, можно считать неудобное перемещение прибора, а точнее его соединительного шланга.

Принцип работы лазерных уровней

Современные электронные нивелиры построены на визуализации отметок проецируемых самим прибором с помощью лазера. При этом разметка может производиться лучом сразу в нескольких плоскостях предметов и помещений. В качестве примера рассмотрим работу ротационного уровня, скорость вращения луча которого, достигает 400 -550 об/мин.

Преимущество использования такого нивелира в том, что им можно производить разметку, высчитывать превышение в условиях закрытых узких пространств помещений и на открытой местности, с минимальной погрешностью и под любым углом. Работать можно, как при дневном освещении, так и в темное время суток. Его удобно использовать при поклейки плитки на стену, оклейки обоев и выставления иных конструкций. С его помощью выполняют:

• нивелировку
• превышение точек
• размечать угол наклона конструкций

Лазерные уровни особенно незаменимы, там, где необходимо производить разметку на больших и удаленных плоскостях, так как они более удобны в отличие от веревочных отвесов, угольников и реечных уровней. Они безопасны в применении и относятся к 2 классу излучения. Сам луч прибора так же не представляет угрозы для человека, за исключением длительного воздействия на глаза. Все лазерные уровни ударопрочны и влагонепроницаемы, поскольку такие факторы влияют на работу и защита от них изначально заложена в разработку приборов. Для большего удобства, при интенсивном солнечном свете, рекомендовано использовать специализированные очки.

Все приборы необходимо подвергать проверке на точность периодично (раз в год). Желательно приобретать приборы известных марок и производителей. Использование непроверенного инструмента, может стоить вам больших ошибок, особенно при строительстве многоэтажных или многоярусных конструкций. Ошибки в сантиметрах на начальных этапах строительства, могут привести к невозможности его завершения, по причине не соответствия размеров верхних помещений или консолей, типовым завершающим конструкциям (фермам, плитам перекрытий и т.д.). Помните о том, что от кропотливой работы геодезистов, зависит весь ход строительного процесса, где задействовано множество ресурсов, как людских, так и машин (механизмов). А переделывать всю работу порой невозможно и дорого.

stroy-masterden.ru

15.Линейные измерения. Способы. Приведение к горизонту измеренных наклонных расстояний.

Линейные (геодезические) измерения – вид геодезических измерений, в которых измеряемой геодезической величиной являются длины сторон геодезических сетей (расстояния или их разности).

Способы: 1)Импульс; 2)Светодальномеры; 3)Фактическая длина 4)Мерные проволоки; 5)Шкаловая лента

Вычисление горизонтального проложения измеренных длин линий, приведенных к центрам, выполняется по формуле: Dr = D + δh

где δh– поправка за приведение к горизонту.

16.Назначение и виды нивелирования. Нивелирные знаки.

Нивелирование – процесс геодезических измерений для определения превышения точек одной над другой и высот точек над уровнем моря.

Назначение – для определения высот точек при топографической съемке, составлении карт, планов, профилей, для установки строительных конструкций, для наблюдения за осадкой и деформациями зданий.

Существуют следующие виды нивелирования:

1)Геометрическое состоит в непосредственном измерении разности высот (превышений) точек с помощью горизонтального луча зрения. При 2)тригонометрическом (геодезическое) нивелировании разность высот точек определяется вычислением по формулам тригонометрии, по измеренному углу наклона и горизонтальному расстоянию между точками. 3)Барометрическое (физическое) нивелирование состоит в определении разности высот точек вычислением по показаниям барометра, показывающего давление воздуха в данных точках. Наиболее точным видом нивелирования, применяемым обычно в строительной геодезии, является геометрическое, а менее точным, применяемым лишь в частных случаях, — тригонометрическое нивелирование.

Геодезический знак может быть в виде простого сигнала, сложного сигнала, пирамиды, тура или штатива, в зависимости от высоты, на которую необходимо поднять визирную цель или прибор, и исходя из местных условий. В равнинных районах наиболее распространены сигналы и пирамиды, в горных — штативы и туры. По материалу изготовления геодезические знаки могут быть из дерева, камня, ж/б или металла.

17.Сущность и способы геометрического нивелирования. Проложение нивелирных ходов.

Геометрическое нивелирование — выполняют с помощью нивелира, задающего горизонтальную линию визирования. Сущность в следующем. Нивелир устанавливают горизонтально и по рейкам с делениями, стоящими на точках А и В, определяют превышение h как разность между отрезками а и b: h = а — b.

Если известна отметка НА точки А и превышение h, отметку Нв точки В определяют как их сумму: Нв= НА+ h

Место установки нивелира называется станцией. С одной станции можно брать отсчеты по рейкам, установленным во многих точках. Для вычисления отметки искомой точки можно применять способ вычисления через горизонт прибора (ГП). Очевидно, что если к отметке точки А прибавить отсчет по рейке на точке А, то получится отметка визирной оси нивелира. Эта отметка и называется горизонтом прибора. Если теперь из горизонта прибора вычесть отсчеты на всех точках, взятые на этой станции, получатся отметки этих точек. Если для определения превышения между точками А и В достаточно один раз установить нивелир, то такой случай называется простым нивелированием (см. рис. 7.9, а). Если же превышение между точками можно определить только после нескольких установок нивелира, то такое нивелирование условно называют сложным (рис. 7.9, б). В этом случае точки D и С называют связующими. Если известна отметка точки А, можно определить отметку точки В: HB = HA+∑hi. Такую схему нивелирования называют нивелирным ходом (Х.Н.). В зависимости от требуемой точности определения отметок нивелирование делят на 1 …4-й классы и техническое. Ходы нивелирования 1-го класса прокладывают вдоль железных и шоссейных дорог в различных направлениях. Х.Н. 2-го класса, прокладываемые вдоль дорог и больших рек, образуют полигоны периметром 500…600 км, которые опираются на пункты нивелирования 1-го класса. Х.Н. 3-го класса прокладывают между пунктами нивелирования 1-го и 2-го классов. Х.Н. 4-го класса и техническое применяют для сгущения нивелирной сети более высоких классов. Эти сети являются высотным обоснованием для топографических съемок при составлении карг и планов

studfiles.net

геодезия ОТВЕТЫ

7. Нивелирование. Задачи и методы. Приборы, нивелирные рейки.

Нивелирование-вид геодезических измерений, в результате которых определяют превышение точек и их высоты над уровенной поверхностью.

Нивелирование обычно используют для определения высот точек при составлении топографических планов, карт, профилей, при перенесении проектов застройки и планировки территории по высоте. При производстве строительно-монтажных работ с помощью нивелирования устанавливают строительные конструкции в проектное положение по высоте. Применяют нивелирование при наблюдениях за осадками и деформациями зданий, для определения вертикальных перемещений точек зданий и сооружений.

Различают следующие методы нивелирования:

1) геометрическое нивелирование;

2) тригонометрическое нивелирование;

3) физическое нивелирование:

— гидростатическое нивелирование;

— барометрическое нивелирование;

— радиолокационное нивелирование;

4) автоматическое.

Геометрическое нивелирование — это метод определения превышения с помощью горизонтального визирного луча и нивелирных реек. Для получения горизонтального луча используют прибор, который называется нивелиром. Геометрическое нивелирование широко применяется в геодезии и строительстве.

Тригонометрическое нивелирование — это метод определения превышения по измеренному углу наклона и расстоянию между точками. Его применяют при топографических съемках и при определении больших превышений.

К физическому нивелированию относят методы, основанные на использовании различных физических явлений: метод гидростатического нивелирования, основанный на применении сообщающихся сосудов; барометрического нивелирования, основанный на определении превышений по разностям атмосферного давления в наблюдаемых точках; радиолокационного нивелирования, основанного на отражении электромагнитных волн от земной поверхности и определении времени их прохождения.

Нивелиры классифицируются по точности на высокоточные, точные и технические.

При работе со зрительной трубой наблюдатель совмещает перекрестие сетки нитей с наблюдаемым предметом. Линия, соединяющая оптический центр объектива и перекрестие сетки нитей, называется визирной

Рис. 7.2. Цилиндрический уровень и уклоны при положении пузырька: а) вид сбоку, 6) вид сверху; 1 — ампула, 2 — жидкость, 3 — пузырек, 4 — исправительный винт, 5 — уклон ампулы

осью трубы. Процесс наведения зрительной трубы на точку наблюдения называют визированием. В момент совмещения перекрестия сетки нитей с какой-либо точкой визирная ось трубы проходит через эту точку. Вращением фокусировочно-го кольца, или кремальеры, 3 перемещают фокусирующую линзу 2, добиваясь четкого изображения наблюдаемого предмета. Такое действие называют фокусированием. Перемещением окуляра 5 относительно сетки нитей фокусируют изображение сетки. Окуляр перемещают вращением окулярного кольца. Геодезические приборы оборудуют уровнями.

Уровни геодезических приборов бывают цилиндрические и круглые.

Подставка и штатив служат для крепления и установки геодезических приборов.

Нивелиры с компенсатором угла наклона зрительной трубы называются самоустанавливающимися Компенсация угла наклона визирной оси или автоматическое приведение ее в горизонтальное положение у этих нивелиров происходит за счет автоматического поворота компенсирующего элемента (компенсатора) оптической системы.

В соответствии с государственным стандартом на нивелиры шифр типа нивелира включает букву «Н», цифровой код, соответствующий средней квадратической погрешности превышения на 1 км двойного хода, например Н-05, Н-3, Н-10; для нивелиров с компенсатором в шифр прибора добавляется буква «К», для нивелиров с лимбом — буква «Л», напрмер, Н-3 КЛ, Н-10 КЛ. Для модификаций нивелиров перед буквой «Н» добавляется цифра, означающая серию или типоразмерный ряд приборов, например, 3Н-2К, 3Н-3КЛ.

Рис. 7.8. Нивелирная рейка (а), костыль (б), башмак (в) и отсчеты по рейке (г)

оцифрованного дециметрового интервала контрольной стороны смещено по отношению к началу первого оцифрованного дециметрового интервала основной стороны.

Для удобства и быстроты установки нивелирные рейки иногда снабжают круглыми уровнями и ручками. На торцах нивелирной рейки укрепляют пятки в виде металлических полос толщиной 2 мм.

Рейки маркируют так: например тип РН-10П-3000С означает, что это рейка нивелирная, со шкалой деления (разграфкой с 10 мм, подписью цифр «прямо», длиной 3000 мм, складная). Для точных и технических работ выпускают рейки длиной 3 и 4 м.

Нивелирные рейки могут применять в разное время года при различных метеорологических условиях. Температурный диапазон работы реек -40… + 50 °С.

Во время работы рейки устанавливают на деревянные колья, костыли или башмаки.

Костыль (рис. 7.8, б) — металлический стержень с заостренным концом с одной стороны и сферической шляпкой с другой. Для забивки костыля в грунт на верхний торец его надевают крышку.

Башмак (рис. 7.8, в) — толстая круглая или треугольная металлическая пластина на трех ножках. В середине пластины укреплен стержень со сферической шляпкой, на которую опирают нивелирные рейки.

Рейки устанавливают вертикально «на глаз» или с помощью уровня. Если уровня нет, отсчет по рейке берут при покачивании рейки в сторону нивелира и от него. Из всех видимых отсчетов берут наименьший — он соответствует отвесному положению рейки.

Отсчеты по рейкам (рис. 7.8, г) производят по средней нити нивелира — по месту, где проекция средней нити пересекает рейку. Сделать отсчет по рейке — это значит определить высоту визирной оси нивелира над нулем (основанием) рейки. Цифры считывают в такой последовательности: сначала меньшую, видимую вблизи средней нити, подпись (сотни миллиметров), потом прибавляют к ней целое число делений, на которое нить сетки отстоит от меньшей подписи в сторону большей (десятки миллиметров), затем наименьший десятимиллиметровый отрезок делят

«на глаз» (количество миллиметров). Отсчет записывают в миллиметрах (на рис. 7.8, г он равен 1514).

8. Тригонометрическое нивелирование

— метод определения разностей высот точек на земной поверхности по измеренному углу наклона и длине наклонной линии визирования или её проекции на горизонтальную плоскость.

Превышение h (рис.) определяют по формулам:

h = s * tg ν + i — V или h = S * sin ν + i — V,

где ν — угол наклона визирного луча; S — длина линии визирования; s — горизонтальная проекция; i — высота прибора; V — высота визирования. T. н. применяется при топогеодезич. работах на земной поверхности и маркшейдерских съёмках в горн. выработках, наклоны к-рых св. 8°.

Tригонометрическое нивелирование: i — высота прибора; V — высота визирования; h — разность высот (превышение) между точками A и B; S — линия визирования; s — горизонтальная проекция линии визирования; n — угол наклона визирного луча.

studfiles.net

Лекция 12 Тема: Геометрическое нивелирование

1. Сущность геометрического нивелирования

Геодезические измерения, выполняемые для определения превышений

между точками земной поверхности, называются нивелированием.

Существуют различные методы нивелирования. В инженерной практике наибольшее распространение получили методы геометрического и тригонометрического нивелирования. Наиболее точным является метод геометрического нивелирования.

Геометрическое нивелирование выполняется с помощью геодезического прибора – нивелира – и нивелирных реек.

Существует два способа геометрического нивелирования.

формула нивелирования «вперед»:

формула нивелирования из «середины»:

Наиболее целесообразно производить нивелирование способом «из середины», так как в этом случае повышается производительность нивелирования вследствие увеличения расстояния между рейками, кроме того исключается ряд ошибок, присущих методу нивелирования.

При нивелировании на значительные расстояния применяют последовательное нивелирование.

Места постановки нивелира называют станциями.

Точки, на которые отсчеты берутся с соседних станций, называются связующими точками.

При создании высотных государственных геодезических сетей и сетей сгущения применяется нивелирование I–го, II–го, III–го и IV–го классов.

При создании съемочных геодезических сетей, а также при изысканиях и строительстве инженерных сооружений применяется техническое нивелирование.

В зависимости от назначения работы и характера местности техническое нивелирование делится на продольное и нивелирование поверхности.

2. Продольное нивелирование

2.1. Продольное нивелирование

Выполняется при изыскании и проектировании сооружений, вытянутых в длину

(дорог, подземных коммуникаций и т.д.). По результатам нивелирования строится профиль, и по нему ведется проектирование.

Вдоль оси трассы будущего сооружения прокладывается нивелирный ход – в виде магистрали с возможно более длинными сторонами. Ход обязательно должен быть привязан к точкам высотной геодезической сети – реперам или маркам.

Подготовка трассы для нивелирования заключается в разбивке пикетажа.

Пикеты намечаются через 100 м. Нумерация пикетов начинается с нуля. Между пикетами могут встретиться перегибы местности, эти точки закрепляются кольями и называются промежуточными, или плюсовыми.

На поворотах трассы теодолитом измеряют горизонтальные углы (Уг.1). Вправо и влево от трассы снимается ситуация. Результаты съемки, а также пикеты и плюсовые точки заполняются в пикетажный журнал.

Пикетажный журнал изготовляется из миллиметровой бумаги, все расстояния наносятся в масштабе. Углы поворота трассы показываются стрелками, подписывается их величина.

5.2. Порядок нивелирования трассы

Нивелирование пикетных точек в основном выполняется методом «из середины». Расхождение в размерах плеч (5 м), то есть L1–L2 = 5 м.

ЛЕКЦИЯ 13

Тема: Устройство нивелира

1. Нивелиры и рейки

1.1. Нивелиры

Выпускаемые нашей промышленностью нивелиры делятся на:

Цифры показывают среднеквадратическую ошибку, определяемого превышения в миллиметрах, на один километр хода.

1.2. Нивелирные рейки

Нивелирные рейки бывают трехметровые. На одной стороне нанесены сантиметровые деления черной краской, на другой – красной. Низ рейки называется пяткой.

На черной стороне нуль рейки совмещен с пяткой. На красной стороне (контрольной) какое–то целое число.

Например, 4687 или 4787.

Цифры на рейке перевернутые, а в трубе они будут видны прямыми. Отсчет делают по средней нити.

2. Основные части нивелира

Основные части нивелира – это подставка с тремя подъемными винтами, зрительная труба. Труба имеет закрепительный и наводящий винты.

Для приближенной установки оси вращения нивелира в отвесное положение служит круглый уровень.

Осью круглого уровня называется прямая, проходящая через нуль –пункт уровня перпендикулярно плоскости, касательной к внутренней поверхности уровня в его нуль–пункте.

Установка трубы для наблюдений выполняется диоптрийным кольцом (по глазу) и кремальерой (по предмету).

В настоящее время применяются нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования. В этих нивелирах используются компенсатор.

Сбоку от трубы располагается цилиндрический уровень, помещенный в металлическую коробку.

При помощи оптических линз, расположенных над уровнем, изображение концов пузырька уровня передается в поле зрение окуляра. Совмещение изображений концов пузырька уровня производится с помощью элевационного винта, который выполняет медленные перемещения визирной оси в вертикальной плоскости.

studfiles.net

7.1. Задачи и виды нивелирования

Нивелированием называется совокупность геодезических измерений для определения превышений между точками, а также их высот.

Нивелирование производят для изучения рельефа, определения высот точек при проектировании, строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений. Результаты нивелирования имеют большое значение для решения научных задач как самой геодезии, так и для других наук о Земле.

В зависимости от применяемых приборов и измеряемых величин нивелирование делится на несколько видов.

1. Геометрическое нивелирование – определение превышения одной точки над другой посредством горизонтального визирного луча. Осуществляют его обычно с помощью нивелиров, но можно использовать и другие приборы, позволяющие получать горизонтальный луч.

2. Тригонометрическое нивелирование – определение превышений с помощью наклонного визирного луча. Превышение при этом определяют как функцию измеренного расстояния и угла наклона, для измерения которых используют соответствующие геодезические приборы (тахеометр, кипрегель).

3. Барометрическое нивелирование – в его основу положена зависимость между атмосферным давлением и высотой точек на местности.

4. Гидростатическое нивелирование – определение превышений основывается на свойстве жидкости в сообщающихся сосудах всегда находиться на одном уровне, независимо от высоты точек, на которых установлены сосуды.

5. Аэрорадионивелирование — превышения определяются путем измерения высот полета летательного аппарата радиовысотомером.

6. Механическое нивелирование —  выполняется с помощью приборов, устанавливаемых в путеизмерительных вагонах, тележках, автомобилях, которые при движении вычерчивают профиль пройденного пути. Такие приборы называются профилографы.

7. Стереофотограмметрическое нивелирование основано на определении превышения по паре фотоснимков одной и той же местности, полученных из двух точек базиса фотографирования.

8. Определение превышений по результатам спутниковых измерений. Использование спутниковой системы ГЛОНАСС – Глобальная Навигационная Спутниковая Система позволяет определять пространственные координаты точек. 

7.2. Способы геометрического нивелирования

Геометрическое нивелирование – это наиболее распространенный способ определения превышений. Его выполняют с помощью нивелира, задающего горизонтальную линию визирования.

Устройство нивелира достаточно простое. Он имеет две основные части: зрительную трубу и устройство, позволяющее привести визирный луч в горизонтальное положение.

Геометрическое нивелирование можно выполнять по следующей схеме:

Рис. 61. Способы нивелирования

При нивелировании из середины нивелир располагают между двумя точками примерно на одинаковых расстояниях (рис.61, а). В точках устанавливают отвесно рейки с сантиметровыми делениями. Их ставят на колышек, вбитый вровень с землей, или на специальный костыль, так как рейка под собственной тяжестью будет давить на землю и отсчет по ней будет меняться. Визирный луч зрительной трубы нивелира последовательно наводят на рейки и берут отсчеты З и П, которые записывают в миллиметрах в журнал нивелирования. Отсчет по рейке производят по средней нити нивелира, т.е. по месту, где проекция средней нити пересекает рейку. Превышение между точками определяют по формуле

h = З – П

где З – отсчет назад на заднюю точку А; П – отсчет вперед на переднюю точку B.

При нивелировании вперед прибор устанавливают над точкой А (рис. 61, б), измеряют его высоту V и берут отсчет П по рейке в точке В. Превышение определяют вычитанием из высоты прибора V отсчета П.

h = V – П.

Высоту передней точки В вычисляется по формуле:

Высоту визирного луча на уровенной поверхностью называют горизонтом инструмента HГИ (рис. 61) и вычисляют

НГИ = НА + З = НА + V. 

 

Место установки нивелира называется станцией. Если для определения превышения между точками А и В достаточно установить прибор один раз, то такой случай называется простым нивелированием.

Если же превышение между точками определяют только после нескольких установок нивелира, такое нивелирование называют сложным или последовательным (рис. 62).

Рис. 62. Последовательное нивелирование.

В этом случае точки С и D называют связующими. Превышение между ними определяют как при простом нивелировании:

;  ;   

h = ∑З – ∑П

Такую схему нивелирования называют нивелирным ходом.

studfiles.net

Геодезическое нивелирование

В ходе современного строительства специалисты руководствуются различными методами и применяют точные геодезические приборы. От их слаженной работы зависит конечный результат на площадке. Подходящую роль играет устройство, которое называют нивелиром. С его помощью проводятся основные подготовительные работы на любом строительном объекте.

Принцип действия прибора достаточно прост. Геодезисты выверяют точки высот на окружающей местности и составляют точный план, по которому будут дальше работать строители. Это необходимо для определения наиболее точного места расположения котлована будущего объекта строительства, а также при расчете точек вывода сточных вод.

Рисунок 1. Определение и значение нивелирования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Методы нивелирования

Геодезическое нивелирование имеет основную задачу. Она заключается в определении разницы точек здания, которое необходимо возвести, по отношению к нулевому уровню. Эти точные данные о нулевой отметке позволяют рассчитать точные данные в первом этапе строительства. В частности, специалисты определяют расположения точек выводы сточных вод, отметку цокольного этажа и другие важные инженерные данные.

Замечание 1

При проведении процесса нивелирования специалисты, работающие на строительном объекте, могут пользоваться различными измерительными приборами, однако не все они способны предоставить полные необходимые данные о строительной площадке и местности, окружающей ее.

Прорабы на стройке используют приборы локального значения. Например, гигрометры способны определить влажность используемых на строительном объекте материалов, однако с их помощью нельзя понять критических значений увеличения здания.

Нивелир используется для более практичных задач. Специалисты с его помощью снимают точные значения высот по периметру будущего здания и сопоставляют данные с промежуточными контрольными значениями.

Это процесс проводится в несколько основных этапов:

• по периметру здания на фасадной части наносятся специальные маркерные отметки;
• рассчитываются различия между этими точками.

В результате, все точки должны совпадать с контрольными отметками в пределах допустимой погрешности. Нивелирование может применяться в уже построенных зданиях. Таким образом, специалисты смотрят на степень отклонения основных показателей на фасаде здания и после просчета результата составляют экспертное заключение о возможности дальнейшей эксплуатации действующего сооружения. Если итоговые данные превышают максимально допустимые значения, то принимается решение об эвакуации людей из здания и признания его аварийным.

Все виды превышений подразделяются на основные и дополнительные виды. Основные виды подразумевают под собой:

• геометрическое нивелирование;
• тригонометрическое нивелирование;
• гидростатическое нивелирование.

Дополнительные методы нивелирование разделяются на:

• автоматическое нивелирование;
• барометрическое нивелирование;
• стереофотограмметрическое нивелирование.

При использовании геометрического нивелирования применяется горизонтальный визир луча у зрительной трубы нивелира. В тригонометрическом методе нивелирования используется принцип наклона визира луча зрительной трубки. При гидростатическом методе происходит процесс выравнивания жидкости в двух емкостях.

При использовании дополнительных методов нивелирования происходит более длительная обработка данных. В горной местности обычно имеет смысл сопоставлять разницу показателей атмосферного давления по отметкам определенных высот. В этом состоит барометрический метод измерения.

В условиях проведения работ при строительстве дорожных объектов используется автоматическое нивелирование. Оно представляет собой принятие принципа действия считывания показаний датчиков, которые установлены на специальной автомобильной технике. В процессе перемещения автомобиля производится обработка необходимых данных и составляется «портрет» окружающей местности.

Еще один метод нивелирования производится с использованием сложной вычислительной техники, которая работает как единый комплекс. Сначала делают ряд фотоснимков из космического пространства. Затем эти материалы перерабатывают в цифровой вид. После обработки изображений составляется трехмерная модель местности или объекта. Таким образом, можно составить трехмерный план местности целого города или микрорайона, а затем привязать получившиеся данные к системе координат с определением точек высот. В этом состоит стереофотограмметрическое нивелирование.

Приборы нивелирования

Геометрическое нивелирование проводится в основном при помощи одного главного инструмента – нивелира. У этого классического точного прибора мощное оптико-механическое внутреннее содержание. Оно в полной мере обеспечивает горизонт, необходимый для визирного луча. Сам прибор удерживается на специальном штативе.

Нивелир выставляют в определенную точку, откуда будут произведены необходимые замеры. Прибор состоит из трубки, которые бывают двух типов. В них формируются прямые и обратные изображения. В современных приборах обычно используется труба прямого изображения. В более старых образцах можно увидеть трубку обратного изображения. Они отличаются очень хорошим качеством картинки и также используются специалистами.

Нивелиры по типу конструкции делятся на электронные устройства, приборы с компенсатором и на приборы с цилиндрическим уровнем зрительной трубы.

Основы геометрического нивелирования

В работе с нивелиром применяют ряд специальных методов, которые позволяют добиваться наиболее точных результатов измерений. Специалисты используют метод нивелирования из середины и метод нивелирования вперед. Согласно первому методу работы нивелира, отсчет показаний производится по геодезическим рейкам. Они устанавливаются в определенных точках стояния. Обычно это положение спереди и сзади самого прибора. Данные, которые были получены нивелиром, записывают в журнал измерений. Этот метод стал основным при проведении строительных работ.

Второй метод предполагает брать за основу урез воды любого водоема и сопоставлять с уровнем мирового океана. В этом случае геодезист имеет дело с условной системой высот. Ее точности не хватает, чтобы провести полномасштабные измерения на строительном объекте, однако он практически идеально подходит для локальных измерений, где не требуется жесткая привязка высот здания с другими региональными системами.

Тригонометрическая нивелировка

Рисунок 2. Тригонометрическое нивелирование. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Тригонометрическая нивелировка строится на принципе использования в работе теодолита и тахеометра. Эти точные измерительные приборы считывают превышение угла от горизонта до верхнего края используемой рейки. Подобный способ измерения часто используют при выявлении высот опор линий электропередач и других подобных высоких нестандартных объектов. Такой способ нивелировки позволяет производить максимально точные расчеты превышений, где есть большие расстояния между объектами и присутствуют углы рельефа местности.

Для тригонометрической нивелировки используют ряд значений величин, с помощью которых составляются формулы высоты измерения. При определении результата вычислений используется угол луча по отношению к горизонту, высота измерительного прибора, длина отрезка визирной линии и горизонт линии.

spravochnick.ru

Нивелирование

Физическое нивелирование его ошибки и точность

Нивелирование, определение высот точек земной поверхности относительно исходной точки («нуля высот») или над уровнем моря. Нивелирование — один из видов геодезических измерений, которые производятся для создания высотной опорной геодезической сети (т. е. нивелирной сети) и при топографической съёмке (см. Топография), а также в целях проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений, железных и шоссейных дорог и т.д. Результаты Нивелирование используются в научных исследованиях по изучению фигуры Земли, колебаний уровней морей и океанов, вертикальных движений земной коры и т.п.

По методу выполнения Нивелирование различают: геометрическое, тригонометрическое, барометрическое, механическое и гидростатическое Нивелирование. При изучении фигуры Земли высоты точек земной поверхности определяют не над уровнем моря, а относительно поверхности референц-эллипсоида и применяют методы астрономического или астрономо-гравиметрического нивелирования.

Геометрическое Нивелирование выполняют путём визирования горизонтальным лучом трубой нивелира и отсчитывания высоты визирного луча над земной поверхностью в некоторой её точке по отвесно поставленной в этой точке рейке с нанесёнными на ней делениями или штрихами (см. Геодезические инструменты). Обычно применяют метод Нивелирование из середины, устанавливая рейки на башмаках или колышках в двух точках, а нивелир — на штативе между ними (рис. 1). Расстояния от нивелира до реек зависят от требуемой точности Нивелирование и условий местности, но должны быть примерно равны и не более 100-150 м. Превышение h одной точки над другой определяется разностью отсчётов а и b по рейкам, так что h = a — b. Так как точки, в которых установлены рейки, близки друг к другу, то измеренное превышение одной из них относительно другой можно принять за расстояние между проходящими через них уровенными поверхностями. Если геометрическим Нивелирование определены последовательно превышения между точками А и В, В и С, С и D и т.д. до любой удалённой точки К, то путём суммирования можно получить измеренное превышение точки К относительно точки А или исходной точки О, принятой за начало счёта высот. Уровенные поверхности Земли, проведённые на различных высотах или в различных точках земной поверхности, не параллельны между собой. Поэтому для определения нивелирной высоты точки К необходимо измеренное превышение относительно исходной точки О исправить поправкой, учитывающей непараллельность уровенных поверхностей Земли.

Физический смысл геометрического Нивелирование состоит в том, что на перемещение единицы массы на бесконечно малую высоту dh затрачивается работа dW = — gdh, где g — ускорение силы тяжести. Применительно к Нивелирование от исходной точки О до текущей точки К можно написать

где WO и Wk — потенциалы силы тяжести в этих точках, а интеграл вычисляется по пути Нивелирование между ними (полученную по этой формуле величину называют геопотенциальной отметкой). Т. о., Нивелирование можно рассматривать как один из способов измерения разности потенциалов силы тяжести в данной и исходной точках.

Исходную точку Нивелирование, или начало счёта нивелирных высот, выбирают на уровне моря. Нивелирную высоту h над уровнем моря определяют по формуле

где gm — некоторое значение ускорения силы тяжести, от выбора которого зависит система нивелирных высот. В СССР принята система нормальных высот, отсчитываемых от среднего уровня Балтийского моря, определённого из многолетних наблюдений относительно нуля футштока в Кронштадте.

В зависимости от точности и последовательности выполнения работы по геометрическому Нивелирование подразделяются на классы. Государственная нивелирная сеть СССР строится по особой программе и делится на 4 класса. Нивелирование I класса выполняют высокоточными нивелирами и штриховыми инварными рейками по особо выбранным линиям вдоль железных и шоссейных дорог, берегов морей и рек, а также по др. трассам, важным в том или ином отношении. По линиям Нивелирование I класса средняя квадратичная случайная ошибка определения высот не превышает ±0,5 мм, а систематическая ошибка всегда менее ±0,1 мм на 1 км хода. В СССР Нивелирование I класса повторяют не реже, чем через 25 лет, а в отдельных районах значительно чаще, чтобы получить данные о возможных вертикальных движениях земной коры. Между пунктами Нивелирование I класса прокладывают линии Нивелирование II класса, которые образуют полигоны с периметром 500-600 км и характеризуются средней квадратичной случайной ошибкой около ±1 мм и систематической ошибкой ±0,2 мм на 1 км хода. Нивелирные линии III и IV классов прокладываются на основе линий высших классов и служат для дальнейшего сгущения пунктов нивелирной сети. Для долговременной сохранности нивелирные пункты, выбираемые через каждые 5-7 км, закрепляются на местности реперами или марками нивелирными, закладываемыми в грунт, стены каменных зданий, устои мостов и т.д.

Тригонометрическое Нивелирование, часто называемое геодезическим Нивелирование, основано на простой связи угла наклона визирного луча, проходящего через две точки местности, с разностью высот этих точек и расстоянием между ними. Измерив теодолитом в точке А угол наклона n визирного луча, проходящего через визирную цель в точке В, и зная горизонтальное расстояние s между этими точками, высоту инструмента l и высоту цели а (рис. 2), разность высот h этих точек вычисляют по формуле:

h = stgn + l — a.

Эта формула точна только для малых расстояний, когда можно не считаться с влиянием кривизны Земли и искривлением светового луча в атмосфере (см. Рефракция). Более полная формула имеет вид:

h = s tgn + l — a + (1 — k) s2/2R,

где R — радиус Земли как шара и k — коэффициент рефракции.

Тригонометрическим Нивелирование определяют высоты пунктов триангуляции и полигонометрии. Оно широко применяется в топографической съёмке. Тригонометрическое Нивелирование позволяет определять разности высот двух значительно удалённых друг от друга пунктов, между которыми имеется оптическая видимость, но менее точно, чем геометрическое Нивелирование Точность его результатов в основном зависит от трудно учитываемого влияния земной рефракции.

Барометрическое Нивелирование основано на зависимости давления воздуха от высоты точки над уровнем моря (см. Барометрическая формула). Давление воздуха измеряют барометром. Для вычисления высоты в измеренное давление вводят поправки на влияние температуры и влажности воздуха. Барометрическое Нивелирование широко применяют в географических и геологических экспедициях, а также при топографической съёмке труднодоступных районов. При благоприятных метеорологических условиях погрешности определения высоты не превышают 2-3 м.

Механическое Нивелирование выполняют установленным на велосипеде или автомашине нивелир-автоматом, позволяющим автоматически вычерчивать профиль местности и измерять расстояние по пройденному пути. В нивелир-автоматах вертикаль задаётся тяжёлым отвесом, а расстояние фиксируется фрикционным диском, связанным с колесом велосипеда. Электромеханический нивелир-автомат монтируется на автомашине и позволяет определять не только разность высот смежных точек и расстояние между ними на соответствующих счётчиках, но и профиль местности на фотоленте.

Гидростатическое Нивелирование основано на том, что свободная поверхность жидкости в сообщающихся сосудах находится на одном уровне. Гидростатический нивелир состоит из двух стеклянных трубок, вставленных в рейки с делениями, соединённых резиновым или металлическим шлангом и заполненных жидкостью (вода, диметилфталат и т.п.). Разность высот определяют по разности уровней жидкости в стеклянных трубках, причём учитывают различие температуры и давления в различных частях жидкости гидростатического нивелира. Погрешности определения разности высот этим методом составляют 1-2 мм. Гидростатическое Нивелирование применяют для непрерывного изучения деформаций инженерных сооружений, высокоточного определения разности высот точек, разделённых широкими водными преградами, и др.

Астрономическое и астрономо-гравиметрическое Нивелирование применяют для определения высот геоида или квазигеоида над референц-эллипсоидом. Путём сравнения астрономических широт и долгот точек земной поверхности с их геодезическими широтами и долготами сначала находят составляющие отклонения отвеса в плоскостях меридиана и первого вертикала в каждой из этих точек. По этим составляющим вычисляют отклонения отвеса q в вертикальных плоскостях, проходящих через точки А и В, В и С и т.д., и тем самым получают углы наклона геоида относительно референц-эллипсоида в этих плоскостях. Выбирая точки А и В, В и С и т.д. настолько близко друг к другу (рис. 3), чтобы изменение отклонений отвеса между ними можно было считать линейным, разность высот Dz в смежных точках вычисляют по формуле

Зная высоту геоида в исходном пункте Нивелирование и суммируя найденные приращения высот, получают высоту геоида в любом исследуемом пункте. Складывая же высоту геоида с ортометрической высотой, получают высоту точек земной поверхности над референц-эллипсоидом. Отклонения отвеса меняются от пункта к пункту линейно только при малых расстояниях между ними, так что астрономическое Н, требует густой сети астрономо-геодезических пунктов и поэтому невыгодно.

В СССР влияние нелинейной части уклонений отвеса учитывается по гравиметрическим данным. В этом случае астрономическое Нивелирование превращается в астрономо-гравиметрическое Нивелирование, которое позволяет определять высоты квазигеоида и широко применяется в исследованиях фигуры и гравитационного поля Земли.

Историческая справка. Нивелирование возникло в глубокой древности в связи со строительством оросительных каналов, водопроводов и т.п. Первые сведения о водяном нивелире связывают с именами римского архитектора Марка Витрувия (1 в. до н. э.) и древнегреческого учёного Герона Александрийского (1 в. н. э.). Дальнейшее развитие методов Нивелирование связано с изобретением зрительной трубы (конец 16 в.), барометра — Э. Торричелли (1648), сетки нитей в зрительных трубах — Ж. Пикаром (1669), цилиндрического уровня — английским оптиком Дж. Рамсденом (1768).

В созданной Петром I оптической мастерской в 1715-25 И. Е. Беляев изготовлял различные приборы, включая и ватерпасы с трубой, т. е. нивелиры. В 18 в. высоты пунктов в России определяли барометром, а с начала 19 в. стали применять тригонометрическое Нивелирование Под руководством В. Я. Струве в 1836-37 тригонометрическим Нивелирование были определены разность уровней Азовского и Чёрного морей и высота г. Эльбрус. Метод геометрического Нивелирование впервые был широко использован в 1847 при инженерных изысканиях Суэцкого канала. Первые применения геометрического Нивелирование в России в 19 в. также были связаны со строительством водных и сухопутных путей сообщения.

В 1871 Военно-топографический отдел Главного штаба России начал работы по созданию нивелирной сети страны, а в 1913 приступил к выполнению Нивелирование высокой точности. Русские геодезисты С. Д. Рыльке, Нивелирование Я. Цингер, И. И. Померанцев и др. своими исследованиями внесли большой вклад в развитие теорий и методов нивелирных работ. В СССР нивелирные работы интенсивно развивались в связи с решением различных народнохозяйственных и инженерно-технических задач. По результатам повторных нивелировок определены скорости современных вертикальных движений земной коры в пределах почти всей Европейской части территории СССР. В Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэросъёмки и картографии выполнены широкие исследования по теоретическим и методическим проблемам Нивелирование, которое является одним из основных и важнейших видов современных геодезических работ.

studfiles.net

Нивелирование

Нивелирование является одной из разновидностей геодезических работ, которые используются для определения превышений.

Нивелирование используют при работах по составлению топографических планов, карт, профилей, в ходе которых необходимо определение высот точек. Также оно используется и в ситуациях, когда осуществляется перенос проектов застройки, в ходе планировки территории по высоте.

В ходе осуществления строительных работ, используя нивелирование производят установку в проектном положении по высоте. Также нивелирование используется и в процессе наблюдение за осадками, деформациями, возникающими в несущих конструкциях здания. Это позволяет определить вертикальные перемещения точек зданий и сооружений.

В настоящее время выделяют следующие методы нивелирования: геометрическое, тригонометрическое, физическое и автоматическое.

Геометрическое нивелирование является методом, который используется для определения превышения при помощи визирного луча и нивелирных реек. Чтобы получить горизонтальный луч используется прибор, называемый нивелиром. Наиболее широкое распространение геометрическое нивелирование получило в геодезии и строительстве.

Тригонометрическое нивелирование – метод, при котором определение превышения производится по измеренному углу наклона и расстоянию между точками. Он применяется при проведении топографических съемок, а также при определении значительных превышений.

Физическое нивелирование – это методы, в основе которых лежит использование различных явлений физического характера: метод гидростатического нивелирования, в основе которого применение сообщающихся сосудов;

барометрическое нивелирование – этот метод использует превышения по разностям уровня атмосферного давления в наблюдаемых точках; радиолокационное нивелирование, которое основано на отражении электромагнитных волн от земной поверхности, а также определении времени их прохождения.

Метод гидростатического нивелирования широкое распространение получил при строительных работах, в которых его используют для выверки конструкций в стесненных условиях. Довольно часто этот метод используется при наблюдениях за деформациями в инженерных сооружениях.

Барометрическое нивелирование применяется на начальном этапе инженерных изысканий, а радиолокационное при проведении аэрофотосъемке местности.

При проведении автоматического нивелирования используют специальные приборы, установка которых производится на автомобилях, железнодорожных вагонах. При осуществлении данного метода на специальной ленте производится вычерчивание профиля местности. Наиболее широко этот метод используют при изысканиях линейных сооружений. Также он используется для контроля высоты железнодорожных путей.

Геометрическое нивелирование

Рельеф местности – это совокупность неровностей поверхности земли; он является одной из важнейших характеристик местности. Знать рельеф – значит знать отметки всех точек местности. Отметка точки – это численное значение ее высоты над уровенной поверхностью, принятой за начало счета высот. Отметку любой точки местности можно определить по топографической карте, однако, точность такого определения будет невысокой.

Отметку точки на местности определяют по превышению этой точки относительно другой точки, отметка которой известна. Процесс измерения превышения одной точки относительно другой называется нивелированием. Начальной точкой счета высот в нашей стране является нуль Кронштадтского футштока (горизонтальная черта на медной пластине, прикрепленной к устою одного из мостов Кронштадта). От этого нуля идут ходы нивелирования, пункты которых имеют отметки в Балтийской системе высот. Затем от этих пунктов с известными отметками прокладывают новые нивелирные ходы и так далее, пока не получится довольно густая сеть, каждая точка которой имеет известную отметку. Эта сеть называется государственной сетью нивелирования; она покрывает всю территорию страны.

Отметки всех пунктов нивелирных сетей собраны в списки – “Каталоги высот”. Эти списки непрерывно пополняются, издаются новые каталоги по новым нивелирным ходам. Для нахождения отметки любой точки местности в Балтийской системе высот нужно измерить ее превышение относительно какого-либо пункта, отметка которого известна и есть в каталоге. Иногда отметки точек определяют в условной системе высот, если поблизости нет пунктов государственной нивелирной сети. Вследствие того, что измерение превышений выполняют различными приборами и разными способами, различают:

геометрическое нивелирование (нивелирование горизонтальным лучом),
тригонометрическое нивелирование (нивелирование наклонным лучом),
барометрическое нивелирование,
гидростатическое нивелирование и некоторые другие.

Геометрическое нивелирование или нивелирование горизонтальным лучом выполняют специальным геодезическим прибором – нивелиром; отличительная особенность нивелира состоит в том,что визирная линия трубы во время работы приводится в горизонтальное положение.

Различают два вида геометрического нивелирования: нивелирование из середины и нивелирование вперед.

При нивелировании из середины нивелир устанавливают посредине между точками А и В, а на точках А и В ставят рейки с делениями (рис.4.29). При движении от точки A к точке B рейка в точке А называется задней, рейка в точке В – передней. Сначала наводят трубу на заднюю рейку и берут отсчет a, затем наводят трубу на переднюю рейку и берут отсчет b. Превышение точки B относительно точки А получают по формуле:

h = a – b.                   (4.49)

Если a > b, превышение положительное, если a < b -отрицательное. Отметка точки В вычисляется по формуле:

Hв = Hа + h.                   (4.50)

Рис.4.29 Рис.4.30

 

 

Высота визирного луча над уровнем моря называется горизонтом прибора и обозначается Hг:

Hг = HА + a = HВ + b.                     (4.51)

При нивелировании вперед нивелир устанавливают над точкой А так, чтобы окуляр трубы был на одной отвесной линии с точкой. На точку В ставят рейку. Измеряют высоту нивелира i над точкой А и берут отсчет b по рейке (рис.4.30). Превышение h подсчитывают по формуле:

h = i – b.                  (4.52)

Отметку точки B можно вычислить через превышение по формуле (4.50) или через горизонт прибора:

Hв = Hг – b.

Если точки А и В находятся на большом расстоянии одна от другой и превышение между ними нельзя измерить с одной установки нивелира, то на линии AB намечают промежуточные точки 1, 2, 3 и т.д. и измеряют превышение по частям (рис.4.31).

Рис.4.31

 

 

На первом участке A-1 берут отсчеты по задней рейке – a1 и по передней – b1. Затем переносят нивелир в середину второго участка, а рейку с точки A переносят в точку 2; берут отсчеты по рейкам: по задней – a2 и по передней – b2. Эти действия повторяют до конца линии AB. Точки, позволяющие связать горизонты прибора на соседних установках нивелира, называются связующими; на этих точках отсчеты берут два раза – сначала по передней рейке, а затем по задней.

Превышение на каждой установке нивелира, называемой станцией, вычисляют по формуле (4.49), а превышение между точками A и B будет равно:

hAB = h = a – b .                          (4.53)

Отметка точки B получится по формуле:

HB = HA + h.                           (4.54)

При последовательном нивелировании получается нивелирный ход.

Рекомендовать Google:

Нивелирование трассы, котлована, местности, площадки акт нивелировки

Во время проектирования и строительства на площадке проводится целый ряд различных инженерных работ. Они помогают в решении множества задач, возникающих в процессе работы над объектом. К примеру, нивелирование участка позволяет измерить относительную высоту характерных точек участка. Эти данные используются в дальнейшем при ориентировании запроектированного сооружения на местности. Также нивелировка местности применяется при построении топографических карт и планов местности – с ее помощью производится съемка рельефа.

Заказать нивелирование площадки вы можете в нашей компании «ГеоГИС». Мы работаем в городе Москва и по Московской области, и выполняем работы с учетом всех требований нормативных документов, используя при этом самые современные геодезические инструменты.

Какими методами может проводиться нивелирование?

Наши специалисты определяют превышения характерных точек местности различными методами. Мы подбираем способ исходя из задачи, которую необходимо решить в каждом конкретном случае. Среди наиболее востребованных методов, которыми выполняется нивелирование, чаще всего мы применяем такие:

1. Геометрический. Самый распространенный метод. При выполнении измерений геометрическим методом наши сотрудники используют нивелиры и рейки. Высота характерных точек в данном случае определяется путем установки на них рейки и направлением визирного луча нивелира. В этом случае съемка может выполняться двумя способами – из середины и вперед. Первый позволяет компенсировать систематические ошибки, так как в этом случае нивелир устанавливается между двумя пунктами с рейками на примерно равном удалении от обоих. Во втором случае съемка производится последовательно.
2. Тригонометрический. В этом случае нивелирование местности проводится при помощи тахеометров. Этим методом выполняется топографическая съемка местности, нивелирование трассы, подкрановых путей.
3. Гидростатический. Выполняется при помощи гидростатических нивелиров, которые представляют собой две стеклянные трубки, соединенные шлангом с водой. Метод основывается на свойстве жидкостей занимать один уровень в соединенных сосудах. Высокая точность позволяет использовать данный способ при мониторинге за деформациями зданий. Но сфера применения сильно ограничена из-за длины шланга.

Прочие виды нивелировки (барометрическое, механическое, спутниковое нивелирование) не столь распространены. Последнее может использоваться при построении опорных сетей для топографической съемки или когда площадь снимаемой местности достаточно велика. В прикладной геодезии основной объем задач решается посредством геометрического нивелирования.

Все работы по нивелированию местности должны выполняться согласно соответствующим инструкциям, где указаны методика проведения работ, их точность и состав.

Нивелирование трассы и котлованов – какие особенности?

При возведении линейных объектов (дорог, инженерных коммуникаций) нивелирование трассы является одним из важнейших этапов ее разбивки.  Вдоль главной оси устанавливаются пикеты, по которым и проводится нивелирная съемка. Поперечники, отмечающие места на трассе со значительным уклоном, также снимаются. Высотной привязке также подлежит начало и конец трассы. Полученные данные служат основой для создания продольных и поперечных профилей линейных сооружений. Согласно этим графическим документам производятся все последующие работы по возведению линейного объекта.

С помощью тригонометрического нивелирования в составе планово-высотной съемки наши специалисты также проводят контроль положения подкрановых путей на предприятиях. Это позволяет выявить возможный уклон или отклонение рельсового пути от его проектного положения и вовремя предотвратить возникновение аварийных ситуаций на производстве.

На строительных площадках широко распространено нивелирование по квадратам или прямым линиям. Оба способа мы применяем при работе с котлованами. В данном случае нивелировка котлована подразумевает под собой передачу высотных отметок из проекта в натуру, на дно, а также нивелировку его внешнего контура. Все работы производятся до зачистки дна котлована.

Важно! Результаты нивелирной съемки является акт нивелировки, к которому также прилагаются таблицы с измеренными данными.

Кто выполняет нивелирование в Москве?

Наша компания «ГеоГИС» предоставляет услуги по нивелирной съемке различной сложности и назначения. Наши инженеры обладают должным уровнем знаний и профессиональной подготовки, в их распоряжении – лучшее геодезическое оборудование (высокоточные тахеометры, нивелиры), которое проходит обязательную поверку согласно всем требованиям. Мы выполняем нивелировку по Москве и области. Наши сотрудники проконсультируют вас и помогут определить стоимость и сроки работ для вашего участка. Мы гарантируем вам качество и надежность полученных результатов.

ПОЛЕЗНЫЕ СТАТЬИ:

1. Нивелировка и рихтовка подкрановых путей
2. Маркшейдерские работы
3. Инженерно-геодезические изыскания для строительства

Геометрическое и тригонометрическое нивелирование | ООО «Геосфера»

Нивелирование — это процесс определения разности высотных отметок точек. Сущность нивелирования, или задача нивелирования, состоит в том, чтобы определить, насколько одна точка конструкции или местности выше или ниже другой. Виды нивелирования: геометрическое нивелирование, тригонометрическое нивелирование, гидростатическое нивелирование, барометрическое нивелирование, механическое нивелирование и спутниковое нивелирование. Радиолокационное нивелирование, или аэронивелирование, когда отметки земли определяются с воздушного судна, рассматривать не будем из-за его пригодности только для целей мелкомасштабного картографирования.

 

Тригонометрическое нивелирование, сущность которого в измерении превышения наклонным визирным лучом на основе измерения угла наклона и расстояния, широко применяется в строительной геодезии при нивелировании по квадратам для построения картограммы земляных работ и планов земляных масс. Кроме того, при услугах практически любой топосъемки участка электронным тахеометром или теодолитом, тригонометрическое нивелирование присутствует по умолчанию. Точность такого нивелирования — до 3 мм относительно каждой станции тахеометрической съемки (для электронного прибора, конечно же). Периодическая нивелировка путей крана также может выполняться электронным тахеометром с высокой точностью высотных отметок.

 

Геометрическое нивелирование, самое распространённое в инженерной геодезии, выполняется простыми по конструкции нивелирами (техническое нивелирование, нивелирование 3 класса и нивелирование 4 класса) и нивелирами с плоско-параллельной пластиной (нивелировка 2 и 1 классов точности). Виды инженерных изысканий по геометрическому нивелированию основаны на определении превышений относительно горизонтального визирного луча, задаваемого цифровым или оптическим нивелиром. Точность нивелирования при этом составляет от 5 до 0,1 мм, в зависимости от класса нивелира. Для каждого класса измерений (класса нивелирования) Инструкция по нивелированию определяет методику производства работ, состав и тип геодезического оборудования. Делается нивелирование от геодезических пунктов Государственных нивелирных сетей и реперных систем при выполнении работ на железнодорожных путях.

 

Наша компания «Геосфера» предоставляет услуги по нивелирной съемке различной сложности и назначения. Наши инженеры обладают должным уровнем знаний и профессиональной подготовки, в их распоряжении – лучшее геодезическое оборудование (высокоточные тахеометры, нивелиры), которое проходит обязательную поверку согласно всем требованиям. Мы выполняем нивелировку по Подольску, Москве и области. Наши сотрудники проконсультируют вас и помогут определить стоимость и сроки работ для вашего участка. Мы гарантируем вам качество и надежность полученных результатов.

Геометрическое нивелирование

Нивелирование — это вид геодезических работ по определению превышений.

Нивелирование обычно используют для определения высот точек при составлении топографических планов, карт, профилей, при перенесении проектов застройки и планировки территории по высоте. При производстве строительно-монтажных работ с помощью нивелирования устанавливают строительные конструкции в проектное положение по высоте. Применяют нивелирование при наблюдениях за осадками и деформациями зданий, для определения вертикальных перемещений точек зданий и  сооружений.

Различают следующие методы нивелирования: геометрическое, тригонометрическое, физическое и автоматическое.

Геометрическое нивелирование — это метод определения превышения с помощью горизонтального визирного луча и нивелирных реек. Для получения горизонтального луча используют прибор, который называется нивелиром. Геометрическое нивелирование широко применяется в геодезии и строительстве.

Тригонометрическое нивелирование — это метод определения превышения по измеренному углу наклона и расстоянию между точками. Его применяют при топографических съемках и при определении больших превышений.

К физическому нивелированию относят методы, основанные на использовании различных физических явлений: метод гидростатического нивелирования, основанный на применении сообщающихся сосудов; барометрического нивелирования, основанный на определении превышений по разностям атмосферного давления в наблюдаемых точках; радиолокационного нивелирования, основанного на отражении электромагнитных волн от земной поверхности и определении времени их прохождения.

Метод гидростатического нивелирования применяют в производстве строительно-монтажных работ для выверки конструкций в стесненных условиях. Его часто используют при наблюдениях за деформациями инженерных сооружений.

Барометрическое нивелирование применяют в начальный период инженерных изысканий. Радиолокационное нивелирование выполняют при аэрофотосъемке местности.

Автоматическое нивелирование осуществляют с помощью специальных приборов, устанавливаемых на автомобилях, железнодорожных вагонах и т. п. При автоматическом нивелировании сразу вычерчивается на специальной ленте профиль местности. Этот метод находит применение при изысканиях линейных сооружений и для контроля положения железнодорожных путей.

Gravity для Geodesy II: Applications

3. Геодезические приложения, основанные на измерении силы тяжести » 3a. Геодезическая нивелир

Геодезическое нивелирование (более точная форма нивелирования) — это метод топографической съемки для точного измерения разницы в высоте между двумя точками. Для выполнения нивелирной съемки нивелирный инструмент (по сути, горизонтальный телескоп) устанавливают между двумя вертикальными стержнями с точными отметками высоты на них. Каждый вертикальный стержень выровнен перпендикулярно эквипотенциальной поверхности в этом месте за счет использования уровней (обычно набора пузырьковых уровней).Это называется отвесить. Нивелирный инструмент также выравнивается и используется для визирования каждой штанги, во время которой инспектор считывает значения высоты на штангах. Для получения более подробной информации о нивелировании обратитесь к руководствам и стандартам, опубликованным Национальной геодезической службой: https://geodesy.noaa.gov/PUBS_LIB/Geodeticleveling_nos_3.pdf.

Выполняя эти измерения уровня последовательно, геодезисты создают линии уровня — линейный набор сегментов, измеряющих изменение высоты.Часто отправной точкой является репер, металлический диск, установленный в бетоне или на вершине глубоко укоренившегося металлического стержня, с установленной высотой, опубликованной Национальной геодезической службой США. Например, именно такая линия уровня была измерена во время Проверки откосов геоида в 2014 году (GSVS14, показано выше), когда геодезисты Национальной геодезической службы измерили ортометрические высоты на близко расположенных реперных отметках вдоль линии, проходящей через центральную Айову. Исследование GSVS14 было специальным проектом, требующим множества реперов.В большинстве обследований, проводимых для рутинных обследований, используется гораздо меньше критериев.

Итак, где поле силы тяжести входит в это измерение? Как описано выше, когда геодезисты устанавливают свои нивелирные инструменты, они нивелируют их. Это действие выравнивает их измерения с эквипотенциальными поверхностями гравитационного поля Земли в этом месте. Помните из раздела 2а, что эквипотенциальные поверхности не параллельны и не распределены равномерно, потому что Земля эллипсоидальная, неровная и имеет разную плотность.

Дипломная работа или диссертация | Плоскостей и отвесов: проекции карт и дифференциальное нивелирование в трехмерной геодезической системе на основе GNSS | ID: 0k225h48j

Аннотация

Современные геопространственные данные часто представлены в некотором типе трехмерной (3D) системы координат, например геодезической широты, долготы и высоты эллипсоида (φ, λ, h), полученных из глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS). Но для инженерных и изыскательских работ координаты φ, λ, h обычно преобразуются в топоцентрическую систему, состоящую из пары горизонтальных координат — например, север и восток (N, E) — в сочетании с «высотой» (часто ортометрическая высота, H ).Компоненты N, E, H рассматриваются как взаимно ортогональные, хотя в физической реальности горизонтальная плоскость, представленная буквами N, E, обычно не идеально перпендикулярна отвесу H. Тем не менее, это разумное и практическое приближение, которое обеспечивается математически путем определения горизонтали отдельно от высоты. Затем компоненты могут быть объединены в триплет координат, который по соглашению часто упорядочивается так, чтобы представлять левую систему N, E, H. Для координат, полученных с помощью GNSS, обычно используется подход к вычислению N, E по φ, λ с использованием картографической проекции и вычислению H по h с использованием модели геоида.Такой подход сохранится и в будущем, когда Национальная геодезическая служба (NGS) перейдет на новые наземные системы отсчета и связанную с ними Государственную плоскую систему координат 2022 года (SPCS2022) вместе с геопотенциальными данными Северной Америки и Тихого океана 2022 года (NAPGD2022). Эти системы заменят существующие в США «горизонтальные» (геометрические) и вертикальные системы координат. В этом исследовании изучаются методы, которые могут быть применены к горизонтальному и вертикальному компонентам систем 2022 года или к обоим.Для горизонтального компонента представлены два подхода к разработке систем координат проекции конформной проекции, которые могут быть включены в SPCS2022. Оба связаны с уменьшением линейного искажения, которое представляет собой разницу в расстоянии между парой проецируемых (сеточных) координат и фактическим горизонтальным расстоянием на топографической поверхности (земле). Одним из них является проектирование проекций с низким уровнем искажений (LDP), которые минимизируют линейные искажения для конкретных областей интереса, так что разница между расстояниями между сеткой и землей пренебрежимо мала, обычно в пределах ± 20 частей на миллион (ppm).Другой — это проектирование зон SPCS2022 для всех состояний и замена существующих зон SPCS. Эти области настолько велики, что в них слишком много искажений, чтобы служить LDP. Таким образом, в процессе проектирования также учитывается распределение населения, так что искажения можно более эффективно минимизировать там, где проживает большинство людей. Для вертикального компонента был разработан метод интеграции наблюдений GNSS и нивелирования в единую трехмерную сеть для одновременной корректировки методом наименьших квадратов.Цель состояла в том, чтобы определить роль спиритического нивелирования в NAPGD2022, доступ к которому будет осуществляться в основном с помощью GNSS и гравиметрической модели геоида. Это важно, потому что нивелирование по вертикали более точное, чем GNSS, на расстояниях менее нескольких километров. Ключевым элементом была разработка модели ошибки уклона геоида для правильного взвешивания преобразованных наблюдений нивелирования. Высокая избыточность GNSS и ее точность на больших расстояниях компенсировали низкую избыточность нивелирования и ее быстрый рост погрешности с увеличением расстояния.И наоборот, высокая относительная точность нивелирования компенсирует более низкую вертикальную точность GNSS на малых расстояниях. Комбинированная сеть дала оценки ошибок и остатков, которые были меньше, чем у отдельных сетей.

Ортометрические высоты по данным GPS-нивелирных наблюдений — Geospatial World

B Нагараджан
Директор, геодезический и исследовательский отдел
Survey of India, Дехрадун
[электронная почта защищена]

S K Singh,
Геодезический и исследовательский отдел,
Survey of India, Дехрадун, Индия

Необходимо преобразовать эллипсоидальные высоты в ортометрические высоты, и эта процедура управляется фундаментальной математической зависимостью между двумя системами высот.Применение GPS для обеспечения контроля высоты в области с существующими данными нивелирования может сочетать задачи определения локального геоида и его смещения с местной датой нивелирования

1. Введение:
Разработка спутниковой системы глобального позиционирования (GPS) способствовала более точному, практическому и экономичному использованию в геодезических и геодезических профессиях. Сегодня GPS обслуживает очень широкий спектр геодезических приложений, от мониторинга деформации земной коры до создания основы для ГИС (Географическая информационная система).Созданная надежная геодезическая инфраструктура в рабочей зоне является необходимым условием для наиболее эффективного использования GPS. Геоид — одна из важнейших частей геодезической инфраструктуры. Хорошо известно, что в глобальном масштабе средний уровень моря наилучшим образом соответствует, в смысле наименьших квадратов, геоиду, который представляет собой эквипотенциальную поверхность гравитационного поля Земли и используется в качестве эталона для системы физических высот, таких как ортометрические высоты. С развитием теории и методологии за последние несколько лет точное моделирование геоида стало возможным во многих частях мира (Denker et.al. 2000; Куроиси 2001; Смит и Роман 2001). Геоид, определенный гравиметрическим методом с использованием достаточно плотной информации о гравитации и ландшафте вместе с глобальной моделью геопотенциала, хорошо вписывается в региональный / местный масштаб на коротких волнах. В большинстве приложений расстояние точки над геоидом выражается ортометрической высотой, которая представляет собой физическую концепцию, с помощью которой однозначно определяется вертикальное положение точки. С другой стороны, вертикальное положение точки, полученной с помощью GPS, определяется в геометрическом смысле, который не имеет никакого практического значения.Следовательно, необходимо преобразовать эллипсоидальные высоты в ортометрические высоты, и эта процедура управляется фундаментальной математической зависимостью между двумя системами высот. Применение GPS для обеспечения контроля высоты в области с существующими данными нивелирования может сочетать задачи определения локального геоида и его смещения с местными данными нивелирования. Даже если доступна разреженная гравитация, высоту новых точек можно определить с помощью эллипсоидальных высот GPS в этих точках (Tscherning et.др., 2001).

Настоящее исследование было проведено в рамках проектной работы по обеспечению наземных контрольных точек (GCP) для инициирования всеобъемлющего плана развития столичного региона Бангалор. Рассматриваемая территория была от умеренной до густонаселенной, с интенсивным движением по дорогам. Рельеф местности лучше всего описывают пологие склоны и невысокая холмистая местность. Хотя было довольно просто предоставить планиметрические координаты наземных контрольных точек с помощью GPS, но основная проблема заключалась в том, чтобы связать их обычным нивелированием, чтобы сформировать опорную сеть для создания крупномасштабных карт местности с интервалом изолиний 1 м.Проложить линии выравнивания по всему городу было практически невозможно из-за интенсивного движения и движения людей по густонаселенным и оживленным рынкам. Следовательно, было сочтено необходимым разработать альтернативный метод, с помощью которого можно было бы получить ортометрические высоты, используя высоты эллипсоида GPS. За последние несколько лет GPS, наряду с подходящей моделью геоида, стала прогрессивным инструментом в создании вертикальной сети для инженерных приложений. Измерения GPS, выполненные на контрольных отметках нивелирования, дают точечные неровности геоида и содержат полный диапазон сигналов геоида.Высоты геоида, полученные с помощью GPS / нивелирования, являются только приблизительными, поскольку GPS относится к глобальной геоцентрической системе отсчета, в то время как нивелирование относится к местной вертикальной системе отсчета. Наиболее точным и надежным методом определения геоида с высоким пространственным разрешением может быть объединение локальных гравиметрических моделей с GPS / нивелированием высот геоида (Милберт, 1995; Куроиши и др., 2002). GPS / нивелирование особенно полезно для получения ортометрических высот в областях, которые либо недоступны обычными методами, либо там, где аномальные условия нарушают процедурные требования для нивелирования.

Поэтому было решено использовать нивелирование по GPS как альтернативу обычному нивелированию местности. Было довольно трудно ожидать некоторых оптимистичных результатов в отсутствие точного гравиметрического геоида для региона, и оставался единственный выбор — смоделировать геометрические различия между эллипсоидальными и ортометрическими высотами GPS, наблюдаемыми в общих точках, и последующей интерполяцией в желаемых местах.

2. GPS / Нивелир геоидных высот.

2.1 Соотношение высот:
Процедура геодезического нивелирования обеспечивает высоту, которая обычно известна как высота над средним уровнем моря. Процесс дает разницу уровней между двумя последовательными контрольными показателями, что выражается выравниванием пузырька уровня с градуированными значениями на ножках прямого и обратного уровня. Полученные таким образом ортометрические высоты отражают местные изменения силы тяжести, а также топографические градиенты.

Опорная точка ортометрической высоты, геоид, в этом случае аппроксимируется средним уровнем моря (MSL).По сути, необходимо установить взаимосвязь между ортометрическими высотами, полученными при геодезическом нивелировании, и высотами эллипсоида, полученными с помощью GPS, с использованием общей опорной точки. Этот метод часто называют геометрическим подходом для оценки «смещения высоты».

Основное уравнение, связывающее ортометрическую и эллипсоидальную высоты:
h = N + H ……………… .. (1)
или
N = h — H ———————- (2)
Где H = Ортометрическая высота, измеренная по изогнутой линии отвеса.
h = Эллипсоидальная высота, измеренная по нормали к эллипсу.
N = высота геоида, расстояние между геоидом и эллипсоидом. Эллипсоидальная высота является чисто геометрической величиной, тогда как ортометрическая высота имеет физический смысл и зависит от гравитационного поля Земли. Это соотношение показано на рис. 1. Теоретически, поскольку эллипсоидальная высота и ортометрические высоты измеряются по нормали к эллипсоиду и по направлению отвеса, соответственно, соотношение, определенное в уравнении (1), является только приближением, но служит цели для большинства инженерных приложений.

Рис. 1: Взаимосвязь между высотой эллипсоида, ортометрической высотой, геоидальной высотой и отклонением по вертикали (e)

Использование GPS и данных нивелирования при локальном точном определении геоида и тематическом исследовании

Абстрактные

Важным результатом развития высоких технологий стало использование спутниковой системы позиционирования в геодезии и геодезии. Эти разработки сделали измерения более точными, практичными и экономичными.Сегодня одной из самых последних используемых спутниковых систем позиционирования является GPS (Global Positioning System), и она служит для очень широкого спектра геодезических приложений, от мониторинга деформаций земной коры до создания основы для ГИС (географических информационных систем). Наиболее эффективным способом использования системы измерения GPS для указанных целей является наличие надежной геодезической инфраструктуры в рабочей зоне. Геодезическая инфраструктура — это внеземная и временная система, включающая 4D геодезические опорные сети.Четвертым элементом упомянутой геодезической системы координат является время, потому что наличие точной и надежной геодезической инфраструктуры необходимо обновлять в соответствии с физическими реалиями региона. С помощью хорошо спроектированной геодезической инфраструктуры точные и надежные координаты точки можно каждый раз экономично генерировать в глобальной и современной системе. Геоид — одна из важных частей геодезической инфраструктуры. Как хорошо известно, геоид — это эквипотенциальная поверхность гравитационного поля Земли, которая наилучшим образом соответствует, в смысле наименьших квадратов, глобальному среднему уровню моря и является эталоном для систем физических высот, таких как ортометрическая и нормальная высота.В большинстве приложений вертикальное положение точки выражается ортометрической или нормальной высотой. Ортометрическая или нормальная высота — это физическое понятие, которое однозначно определяет вертикальное положение точки. С другой стороны, вертикальное положение точки определяется в геометрической системе согласно измерениям GPS. Датум GPS — WGS84, и в этой системе эллипсоидальная высота точки вычисляется в соответствии с эллипсоидом WGS84. Таким образом, необходимо преобразовать эллипсоидальные высоты в ортометрические высоты, и эта процедура управляется с помощью основного математического уравнения; N = h-H.В уравнении «h» — это эллипсоидальная высота точки P, «H» — ортометрическая высота той же точки, «N» — значение «волнистости геоида». Обычно ортометрическая высота «H» получается из измерений нивелирования, но эти измерения утомительны. Таким образом, имея модель геоида в регионе в качестве важной части геодезической инфраструктуры, количество измерений нивелирования может быть сокращено из процедуры и, таким образом, сэкономлено время и труд. Определение геоида — это моделирование данных таким образом, чтобы высоту геоида можно было получить в цифровом или аналоговом формате в точке, горизонтальное положение которой известно.Модели геоида могут быть разработаны для локальных, региональных или глобальных регионов. Использование спутниковых методов, особенно GPS, в геодезических измерениях увеличивает важность геоида. Потому что геоид — это естественная связь между геодезическими координатами высокой точности и координатами, полученными со спутников. Существует несколько методов определения геоида по используемым данным и моделям. Одним из таких методов является метод GPS / нивелирования, который также известен как геометрический метод. Этот метод подходит для локального точного определения геоида на относительно небольших участках.В этой статье будет предоставлена ​​информация о методе определения геоида GPS / нивелирования и математических моделях, которые используются при определении геоида с помощью этого метода. В качестве примера будет представлена ​​модель местного геоида Измира. Измир — один из мегаполисов на западе Турции, расположенный недалеко от Эгейского моря. Рельеф местности чрезвычайно грубый. Есть два различных исследования по определению геоида, которые были проведены в 1996 и 2001 годах в Измире. Обе модели были выполнены с использованием метода GPS / нивелирования.Здесь исследуются эти две модели геоида столичного региона Измир, обсуждается их конфликт. Была проанализирована связь между распределением общих реперных точек и различиями значений волнистости геоида, которые рассчитываются по обеим моделям отдельно, а также исследовано влияние топографии на конфликт обеих моделей геоида. Результаты исследования и предложения будут представлены в статье.

1-средний уровень моря, GPS и геоид

Средний уровень моря, GPS и геоид Витольд Фракчек, Лаборатория прототипов приложений Esri Геоид приблизительно соответствует среднему уровню моря.Форма эллипсоида была рассчитана на основе гипотетической эквипотенциальной гравитационной поверхности. Между этой математической моделью и реальным объектом существует существенная разница. Однако даже самый математически сложный геоид может лишь приблизительно описать реальную форму Земли. Часто исследовательские и технологические усилия приводят к непредвиденным, но положительным результатам. Когда европейские исследователи намеревались найти кратчайший путь в Индию, они открыли Новый Свет.Когда культура стафилококков была ошибочно заражена обычной плесенью, чистое пространство между плесенью и бактериальной колонией привело к заключению, что плесень, Penicillin notatum , продуцирует соединение, которое ингибирует рост бактерий. Это случайное открытие привело к разработке антибиотика пенициллина. То, что Земля не имеет геометрически совершенной формы, хорошо известно, и геоид используется для описания уникальной и неправильной формы Земли.Однако только недавно были обнаружены более существенные неровности поверхности, создаваемые глобальным средним уровнем моря (MSL). Этих нарушений на порядок больше, чем прогнозировали эксперты. Эти неровности, контролируемые гравитационным потенциалом Земли, образуют очень пологие, но массивные «холмы» и «долины». Это удивительное открытие стало возможным благодаря использованию GPS, технологии, разработанной Министерством обороны США, чтобы произвести революцию в навигации для США.С. Военно-морской флот и авиация. GPS сделал это — и многое другое. Что такое средний уровень моря? Точность измерения высоты с помощью GPS зависит от нескольких факторов, но наиболее важным из них является «несовершенство» формы Земли. Рост можно измерить двумя способами. GPS использует высоту (h) над опорным эллипсоидом, который приблизительно соответствует земной поверхности. Традиционная ортометрическая высота (H) — это высота над воображаемой поверхностью, называемой геоидом, которая определяется силой тяжести Земли и аппроксимируется с помощью MSL.Разница со знаком между двумя высотами — разница между эллипсоидом и геоидом — и есть высота геоида (N). На рисунке выше показаны отношения между различными моделями и объясняются причины, по которым эти две модели почти никогда не совпадают в пространстве. Для поколений единственный способ выразить топографическую или батиметрическую высоту — это связать ее с уровнем моря. Геодезисты когда-то считали, что море находится в равновесии с земным притяжением и образует совершенно правильную фигуру.MSL обычно описывается как приливные данные, которые представляют собой среднеарифметическое значение почасового повышения уровня воды, наблюдаемого в течение определенного 19-летнего цикла. Это определение усредняет приливные максимумы и минимумы, вызванные изменяющимся действием гравитационных сил Луны и Солнца. MSL определяется как нулевая отметка для локальной области. Нулевая поверхность, привязанная к отметке, называется вертикальной точкой отсчета. К сожалению для картографов, уровень моря — непростая поверхность. Поскольку морская поверхность соответствует гравитационному полю Земли, MSL также имеет небольшие холмы и долины, которые похожи на поверхность земли, но намного более гладкие.Однако нулевая отметка, определенная Испанией, не совпадает с нулевой отметкой, определенной Канадой, поэтому локально определенные вертикальные точки отсчета отличаются друг от друга. Поверхность МСЛ находится в состоянии гравитационного равновесия. Его можно рассматривать как простирающееся под континентами и являющееся близким приближением геоида. По определению, геоид описывает неправильную форму земли и является истинной нулевой поверхностью для измерения высот. Поскольку поверхность геоида нельзя наблюдать напрямую, высоты над или под поверхностью геоида нельзя измерить напрямую, и они могут быть вычислены путем измерения силы тяжести и математического моделирования поверхности.Раньше не было возможности точно измерить геоид, поэтому он был приблизительно аппроксимирован методом MSL. Хотя для практических целей предполагается, что на береговой линии поверхности геоида и MSL по существу одинаковы, в некоторых местах геоид может фактически отличаться от MSL на несколько метров. Разные измерения GPS изменил способ измерения высоты в любой точке. GPS использует эллипсоидную систему координат как для горизонтальных, так и для вертикальных датумов. Эллипсоид — или сплющенная сфера — используется для представления геометрической модели Земли. Поверхность глобальных волн была рассчитана на основе альтиметрических наблюдений и очень точных (до двух сантиметров) измерений со спутника TOPEX / POSEIDON. Эти данные были представлены в геодезической модели Земли (EGM96), которую также называют сферической гармонической моделью гравитационного потенциала Земли. Концептуально этот точно рассчитанный эллипсоид, называемый сплюснутым эллипсоидом вращения, был предназначен для воспроизведения MSL в качестве основной геодезической точки отсчета или вертикальной точки отсчета.Если использовать этот эллипсоид по вертикали, высота над эллипсоидом не будет такой же, как MSL, и прямые показания высоты для большинства местоположений будут неприятно отключены. Частично это вызвано тем, что определение высоты GPS не относится к MSL, а скорее к гравитационной поверхности, называемой опорным эллипсоидом. Поскольку эталонный эллипсоид был предназначен для близкого приближения к MSL, было удивительно, когда эти две цифры сильно различались. Спутник TOPEX / POSEIDON, запущенный в 1992 году, был специально разработан для выполнения очень точных альтиметрических наблюдений.Эти измерения продемонстрировали, что ни человеческая ошибка, ни неточности GPS не являются причиной иногда значительных расхождений между измерениями эллипсоида и MSL. Фактически, трехмерная поверхность, созданная уровнем моря Земли, не является геометрически правильной, и ее значительные неровности невозможно вычислить математически; это объясняет разницу между показаниями высот GPS на основе эллипсоидов и высотами, показанными на точных топографических картах. Краткое изучение показаний высоты для штаб-квартиры Esri в Редлендсе, Калифорния, демонстрирует эти различия.Высота кампуса показана на топографических четырехугольных картах и ​​цифровых моделях высот (ЦМР) с высоким разрешением для области примерно на 400 метров над уровнем моря. Однако точные, нескорректированные показания GPS для того же места обычно показывают высоту 368 метров. На карте показаны области земного шара, в которых уровень моря будет ниже теоретической поверхности эллипсоида WGS84 или теоретически и геометрически правильный уровень моря (показан синим цветом).Резкий контраст между синим и зеленым указывает на пересечение эллипсоида и геоида. Когда континенты отображаются как непрозрачные, оставшаяся площадь, покрытая водой, показывает, где уровень моря фактически находится на нулевой отметке относительно эллипсоида WGS84. Почему разница в 32 метра? Приемник GPS использует теоретический уровень моря, рассчитанный с помощью эллипсоида Всемирной геодезической системы (WGS84), который не полностью соответствует теоретическому MSL. MSL, аппроксимируемый эллипсоидом, связан с гравитацией или центром масс Земли.Расхождения между эллипсоидом WGS84 и геоидом зависят от местоположения. Продолжая этот пример, показания высоты для Юкайпы, города, расположенного менее чем в 10 милях к востоку от Редлендса, отличаются на 31,5 метра. Продолжение на стр.2

Инженерный центр — Модернизация базы данных IGS 2022 NSRS

Вертикальный базис

Середина 20-го века претерпела различные изменения в науке о геодезическом нивелировании или процессе определения высот над средним уровнем моря.Изменения включали в себя широкомасштабные межведомственные усилия по сбору измерений земной силы тяжести, разработку новых поправок к нивелированию и более глубокое понимание различий между местным средним уровнем моря (LMSL) на разрозненных водомерных станциях — все это способствовало сомнению Национальной геодезической вертикали. Датум 1929 г. (НГВД 29). Эти научные разработки, а также 625000 километров нивелировки, которые были выполнены после NGVD 29, были использованы для создания NAVD 88.

NAVD 88 был улучшением по сравнению с датой 1929 года: 100 000 контрольных точек выросли до 450 000, а нивелирные числа увеличились с 102 724 км до 1 001 500 км.Однако с момента введения в действие он не корректировался. Согласно официальному документу Смита, некоторые локализованные нивелиры позволяли заменять исходные высоты, в то время как в некоторых случаях, например, в штате Луизиана, ряд сомнительных высот удалялся в пользу обновленного нивелирования и высот на основе GPS. NAVD 88 использует единственную точку (Отец-Пойнт в Римовском, Канада) в качестве фиксированной точки. Без активного плана технического обслуживания или каких-либо соображений по корректировке региональные искажения влияют на его стоимость.

Смит далее упоминает шесть основных проблем с NAVD 88, которые требуют его замены в 2022 году. Эти проблемы включают:

1. Поперечное накопление погрешностей геодезического нивелирования;
2. Хрупкость и расположение пассивных памятников;
3. Смещение опорной поверхности NAVD 88 H = 0 по сравнению с геоидом;
4. Проседание, поднятие и другие движения земной коры;
5. Изменения уровня моря; а также
6. Изменения гравитационного поля Земли.

В результате этих проблем в сочетании с проблемами, связанными с природой системы вертикального геодезического контроля на основе пассивных памятников в целом, NGS разработала и выпустила свой 10-летний план.

Хотя ошибка в горизонтальных координатах вызывает беспокойство, ошибка по вертикали также проблематична. Смит отмечает, что важно учитывать одно из самых фундаментальных уравнений геодезии высоты, которое преобразует высоты эллипсоида (h), полученные из GPS, в ортометрические высоты (H), используемые на топографических картах, с помощью модели геоидных волн. (N).Это уравнение: H = h — N.

В настоящее время в NAVD 88 это уравнение неверно на несколько метров из-за ошибок в ортометрических высотах и ​​наклонного набора систематических ошибок в высотах эллипсоидов. Эта ошибка колеблется от 1,5 метра во Флориде до 0,3 метра на северо-западе Тихого океана. Чтобы «закрыть» предыдущее уравнение, NGS разработала модель «гибридного геоида» (N *). С этой модификацией уравнение выглядит так: [H + систематические ошибки в NAVD 88] = [h + систематические ошибки в NAD 83] — N *.Это яркий пример того, почему NGS заменяет и данные NAD 83, и данные NAVD 88, потому что они так тесно взаимосвязаны.

Как обсуждалось ранее, NAVD 88 реализуется через геопотенциальные числа и ортометрические высоты на сотнях тысяч памятников пассивного геодезического контроля по всей Северной Америке. Эти числа были вычислены путем корректировки геодезического нивелирования, удерживая единственную фиксированную точку Отец-Пойнт / Римуски. Хотя это устранило искажение, обнаруженное в NGVD 29, оно создало возможность накопления систематических ошибок.

Ошибки наблюдений объясняют некоторые из этих проблем, но виноваты также теоретические ошибки, такие как формулы, используемые для преобразования разницы высот в геопотенциальные числа в гористой местности. Такие ошибки (комбинация ошибок нивелирования, моделирования геоида и ошибок VLBI) указывают на расхождения в диапазоне от -105 до +76 сантиметров в разных местах по всей стране.

Еще одна оценка накопления ошибок в результате выравнивания была выполнена в 2004 году (Wang и др., 2004).В этой оценке использовались высоты NAVD 88, совмещенные с высотами эллипсоидов, полученными с помощью GPS, и длинноволновая модель геоида, завершающая эксперимент по гравитационному восстановлению и климату (GRACE). Пространственная фильтрация данных нивелирования и GPS по длинам волн, предлагаемая GRACE, устранила любые локальные проблемы и позволила увидеть расхождения в масштабах всего континента. Из-за высокой точности данных как от GPS, так и от GRACE (обычно в диапазоне от 1 до 3 сантиметров) любые существенные несоответствия могут быть идентифицированы как ошибка в NAVD 88.

Изображение из официального документа доктора Дру Смит под названием «Улучшение национальной пространственной системы отсчета»

Показатель накопления ошибок NAVD 88. Они варьируются от примерно 16 см во Флориде до -112 см в Тихом океане. Северо-Запад.

Важно отметить, что ошибки, показанные на Фото 4, не коррелируют с расстоянием от Отцовской точки. Это явное указание на сложный характер проблемы и показывает, как трудно ожидать, что модель стандартной ошибки геодезического нивелирования даст истинные оценки ошибок для разных континентов.

При выполнении ограниченной регулировки, которая в конечном итоге привела к NAVD 88, был сделан выбор в пользу сохранения высоты LMSL как «фиксированной» в исходной точке. Однако этот выбор не был сделан из-за особой близости LMSL к геоиду в этой точке. Это было сделано для минимизации воздействия на национальные картографические продукты по просьбе пользователей. Поскольку эти продукты, по сравнению с NGVD 29, существовали в бумажной форме, выбор новой системы координат, хорошо согласованной с этим, устранил значительные усилия по перекомпиляции карты.Окончательная погрешность между отцовской точкой и фактическим геоидом оставалась неопределенной величиной из-за отсутствия хорошего моделирования геоида в то время. Были попытки исправить это смещение, но последняя оценка смещения в эталонной системе NAVD 88, в которой использовалась модель геоида на основе GRACE, составляла приблизительно 50 сантиметров. То есть разница между истинной ортометрической высотой и высотой по NAVD 88 составляет в среднем около полуметра.

NAVD 88 был предназначен для предоставления пользователям ортометрических высот, называемых «высотами над средним уровнем моря».Однако эти ортометрические высоты с научной точки зрения определяются как высоты над геоидом, поскольку уровень моря технически не существует нигде, кроме моря, а геоид — это поверхность с равной потенциальной энергией гравитации. Важным здесь является вопрос о том, как изменяется геоид при изменении уровня моря. Уровень моря повышается каждый год в глобальном масштабе, поэтому это изменение необходимо учитывать. Несмотря на то, что NAVD 88 привязан к LMSL в точке отца, не было предпринято никаких попыток обновить его на основе изменения LMSL.

Точно так же масса Земли также постоянно находится в потоке, что влияет на гравитационное поле и, следовательно, на геоид. Согласно Смиту, исходя из определения ортометрической высоты, изменения геоида должны приводить к соответствующим изменениям ортометрической высоты. Но это не учтено в NAVD 88.

Также важно отметить хрупкость и расположение пассивных памятников НАВД 88. Тысячи теряются каждый год. Многие из них расположены рядом с автомагистралями и дорогами, что обеспечивает легкий доступ и хороший участок для выравнивания.Однако любой строительный объект или авария могут закончиться сносом огромного количества реперов.

Связанным с этим движением пассивных знаков является проседание или постепенное обрушение или опускание участка земли. Как говорит Смит, цель геодезического контроля — обеспечить точную начальную высоту для съемки и картографирования, поэтому незарегистрированное движение пассивного памятника, установленного в оседании, составляет цель памятника. Это усугубляется, когда решения принимаются на основе памятников, установленных в этих разрушающихся корках.Это может привести к непреднамеренному ущербу для жизни или собственности, например, строительство домов в районах, подверженных наводнениям, или дороги, неправильно объявленные достаточно высокими для использования в качестве путей эвакуации. В таких случаях неточная высота может иметь разрушительные последствия.

Изображение взято с веб-сайта Геологической службы США

На этой карте показаны некоторые районы, где проседание было связано с уплотнением систем водоносных горизонтов на всей территории США

Атомные часы, обеспечивающие геодезию ниже сантиметрового уровня

1.

Chou, C. W., Hume, D. B., Koelemeij, J. C. J., Wineland, D. J. & Rosenband, T. Сравнение частот двух высокоточных оптических часов Al ⁺ . Phys. Rev. Lett . 104 , 070802 (2010).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

2.

Nicholson, T. L. et al. Систематическая оценка атомных часов при общей неопределенности 2 × 10 ⁻¹⁸ . Nat. Коммуна . 6 , 6896 (2015).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

3.

Huntemann, N., Sanner, C., Lipphardt, B., Tamm, C. & Peik, E. Одноионные атомные часы с систематической неопределенностью 3 × 10 ⁻¹⁸ . Phys. Rev. Lett . 116 , 063001 (2016).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

4.

Schioppo, M. et al. Сверхстабильные оптические часы с двумя ансамблями холодных атомов. Nat. Фотон . 11 , 48–52 (2017).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

5.

Takano, T. et al. Измерения геопотенциала с помощью синхронно связанных часов на оптической решетке. Nat. Фотон . 10 , 662–666 (2016).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

6.

Чжоу, К. В., Хьюм, Д. Б., Розенбанд, Т.И Вайнленд, Д. Дж. Оптические часы и теория относительности. Science 329 , 1630–1633 (2010).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

7.

Делва П. и Лодевик Дж. Атомные часы: новые перспективы в метрологии и геодезии. Acta Futura 7 , 67–78 (2013).

Google ученый

8.

Lion, G. et al. Определение модели геопотенциала с высоким пространственным разрешением с использованием сравнений атомных часов. Дж. Геод . 91 , 597–611 (2017).

ADS Статья Google ученый

9.

Grotti, J. et al. Геодезия и метрология с переносными оптическими часами. Nat. Phys . 14 , 437–441 (2018).

CAS Статья Google ученый

10.

Бондареску Р. и др. Наземные оптические атомные часы как инструмент для отслеживания вертикального движения поверхности. Geophys. J. Int . 202 , 1770–1774 (2015).

ADS Статья Google ученый

11.

Kolkowitz, S. et al. Детектирование гравитационных волн с помощью атомных часов на оптической решетке. Phys. Ред. D 94 , 124043 (2016).

ADS Статья Google ученый

12.

Delva, P. et al. Проверка специальной теории относительности с использованием волоконной сети оптических часов. Phys. Rev. Lett . 118 , 221102 (2017).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

13.

Деревянко А., Поспелов М. Поиск топологической темной материи с помощью атомных часов. Nat. Phys . 10 , 933–936 (2014).

CAS Статья Google ученый

14.

Арванитаки А., Хуанг Дж. И Ван Тилбург К.Поиск дилатонной темной материи с помощью атомных часов. Phys. Ред. D 91 , 015015 (2015).

ADS Статья Google ученый

15.

Wcisło, P. et al. Экспериментальное ограничение на обнаружение темной материи с помощью оптических атомных часов. Nat. Astron . 1 , 0009 (2016).

Артикул Google ученый

16.

Хис, А., Гена, Дж., Абгралл, М., Бизе, С. и Вольф, П. Поиск осциллирующего массивного скалярного поля в качестве кандидата на темную материю с использованием атомных сравнений сверхтонких частот. Phys. Rev. Lett . 117 , 061301 (2016).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

17.

Робертс Б. М. и др. Поиск темной материи доменной стенки с помощью атомных часов на борту спутников глобальной системы позиционирования. Nat. Коммуна . 8 , 1195 (2017).

ADS Статья Google ученый

18.

Soffel, M. et al. Резолюции IAU 2000 по астрометрии, небесной механике и метрологии в релятивистской системе координат: пояснительное приложение. Astron. J . 126 , 2687–2706 (2003).

ADS Статья Google ученый

19.

Vanicek, P., Castle, R.О., Балаш Э. И. Геодезическое нивелирование и его приложения. Ред. Geophys . 18 , 505–524 (1980).

ADS Статья Google ученый

20.

Ван, Ю. М., Салех, Дж., Ли, X. и Роман, Д. Р. Гравиметрический геоид США 2009 г. (USGG2009): разработка и оценка модели. Дж. Геод . 86 , 165–180 (2012).

ADS Статья Google ученый

21.

Denker, H. et al. Геодезические методы определения релятивистского красного смещения на уровне 10 ⁻¹⁸ в контексте международных шкал времени: обзор и практические результаты. Дж. Геод . 92 , 487–516 (2018).

ADS Статья Google ученый

22.

Beloy, K. et al. Атомные часы с неопределенностью Штарка черного тела при комнатной температуре 1 × 10 ⁻¹⁸ . Phys. Rev. Lett .113 , 260801 (2014).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

23.

Beloy, K. et al. Экранированные по Фарадею оптические часы на решетке постоянного тока без штарковского сдвига. Phys. Rev. Lett . 120 , 183201 (2018).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

24.

Brown, R.C. et al. Гиперполяризуемость и операционная магическая длина волны в часах на оптической решетке. Phys. Rev. Lett . 119 , 253001 (2017).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

25.

Ушиджима, И., Такамото, М., Дас, М., Окубо, Т. и Катори, Х. Криогенные часы на оптической решетке. Nat. Фотон . 9 , 185–189 (2015).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

26.

Акацука, Т., Такамото, М.& Катори, К. Часы на оптической решетке с невзаимодействующими бозонами и фермионами. Nat. Phys . 4 , 954–959 (2008).

CAS Статья Google ученый

27.

Campbell, S. L. et al. Вырожденные по Ферми трехмерные часы на оптической решетке. Science 358 , 90–94 (2017).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

28.

Гиббл, К. Рассеяние когерентности холодных атомов горячими атомами: сдвиги частоты из-за столкновений с фоновым газом. Phys. Rev. Lett . 110 , 180802 (2013).

ADS Статья Google ученый

29.

Lemke, N. D. et al. Часы на оптической решетке Спин-1/2. Phys. Rev. Lett . 103 , 063001 (2009).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

30.

Zhang, X. et al. Спектроскопическое наблюдение SU (N) -симметричных взаимодействий в орбитальном магнетизме Sr. Science 345 , 1467–1473 (2014).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

31.

Павлис, Н. К. и Вайс, М. А. Переоценка релятивистского красного смещения на стандартах частоты в NIST, Боулдер, Колорадо, США. Метрология 54 , 535–548 (2017).

ADS Статья Google ученый

32.

Bruinsma, S. L. et al. Модель гравитационного поля, разработанная ЕКА только для спутников, с использованием прямого подхода, основанного на всех данных GOCE. Geophys. Res. Lett . 41 , 7508–7514 (2014).

ADS Статья Google ученый

33.

Смит, Д. Проект GRAV-D: Гравитация для нового определения американской вертикальной базы https://www.ngs.noaa.gov/GRAV-D/pubs/GRAV-D_v2007_12_19.pdf (NOAA, 2007).

34.

Curtis, E. A., Oates, C. W. и Hollberg, L. Закаленное узкополосное лазерное охлаждение второй и третьей ступеней ⁴⁰ Ca. J. Opt. Soc. Являюсь. B 20 , 977–984 (2003).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

35.

Nemitz, N. et al. Частотное отношение часов Yb и Sr с погрешностью 5 × 10 ⁻¹⁷ при времени усреднения 150 секунд. Nat. Фотон . 10 , 258–261 (2016).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

36.

Lemke, N. D. et al. p -волновые холодные столкновения в оптических часах на решетке. Phys. Rev. Lett . 107 , 103902 (2011).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

37.

Жюльен, П. С. и Мис, Ф. Х. Столкновения ультрахолодных атомов в ловушках. J. Opt. Soc. Являюсь.B 6 , 2257–2269 (1989).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

38.

Дзуба В. А., Деревянко А. Динамические поляризуемости и связанные с ними свойства часовых состояний атома иттербия. J. Phys. В 43 , 074011 (2010).

ADS Статья Google ученый

39.

Swallows, M. D. et al. Подавление столкновительных сдвигов в сильно взаимодействующих часах решетки. Science 331 , 1043–1046 (2011).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

40.

Катори, Х., Такамото, М., Пальчиков, В. Г., Овсянников, В. Д. Ультрастабильные оптические часы с нейтральными атомами в сконструированной ловушке со сдвигом света. Phys. Rev. Lett . 91 , 173005 (2003).

ADS Статья Google ученый

41.

Ma, L., Jungner, P., Ye, J. & Hall, J. L. Обеспечение одинаковой оптической частоты в двух местах: точное подавление фазового шума, вносимого оптическим волокном или другим изменяющимся во времени путем. Опт. Lett . 19 , 1777–1779 (1994).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

42.

Фалке, С., Мисера, М., Стерр, У. и Лисдат, К. Доставка импульсного и фазостабильного света на атомы оптических часов. Appl. Phys. B 107 , 301–311 (2012).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

43.

Порсев С.Г., Деревянко А. Мультиполярная теория чернотельного радиационного сдвига уровней атомной энергии и ее значение для часов на оптической решетке. Phys. Ред. A 74 , 020502 (2006).

ADS Статья Google ученый

44.

Катори Х., Овсянников В. Д., Мармо С. И., Пальчиков В. Г. Стратегии уменьшения светового сдвига в атомных часах. Phys. Ред. A 91 , 052503 (2015).

ADS Статья Google ученый

45.

Boyd, M. et al. Ядерные спиновые эффекты в часах на оптической решетке. Phys. Ред. A 76 , 022510 (2007).

ADS Статья Google ученый

46.

Лодевик Дж., Завада М., Лорини Л., Гуров М. и Лемонде П. Наблюдение и устранение возмущающего штарковского сдвига постоянного тока в часах на оптической решетке стронция. IEEE Trans. Ультразвуковой. Сегнетоэлектр. Freq. Контроль 59 , 411–415 (2012).

Артикул Google ученый

47.

Lemonde, P. & Wolf, P. Часы на оптической решетке с атомами, заключенными в мелкую ловушку. Phys. Ред. A 72 , 033409 (2005).

ADS Статья Google ученый

48.

Ли, У. Д., Ширли, Дж. Х., Уоллс, Ф. Л. и Друллинджер, Р. Е. Систематические ошибки в стандартах частоты цезиевых пучков, вносимые цифровым управлением микроволновым возбуждением. Proc. IEEE Int. Freq. Control Symp. Экспо . 113–117 (1995).

49.

Hofmann-Wellenhof, B. & Moritz, H. Physical Geodesy (Springer, Вена, 2005).

Google ученый

50.

Bize, S. et al. Подавление шума опросного генератора при сравнении атомных фонтанов. IEEE Trans. Ультразвуковой. Сегнетоэлектр. Freq. Контроль 47 , 1253–1255 (2000).

CAS Статья Google ученый

51.

Такамото, М., Такано, Т. и Катори, Х.