NIWELACJA
description
Transcript of NIWELACJA
NIWELACJA
WYKŁAD 5
NIWELACJA
Pomiary wysokościowe wykonuje się w celu wyznaczenia wysokości punktów w terenie w stosunku do przyjętych poziomów porównawczych.
Najczęściej w tym celu wykonywane są pomiary niwelacyjne.
NIWELACJA
Niwelacja polega na wyznaczeniu wysokości wybranych punktów terenowych, przez pomiar ich odległości od ustalonego poziomu odniesienia.
Powierzchnią odniesienia dla pomiarów wysokościowych jest geoida zerowa nazywana potocznie „poziomem morza".
NIWELACJA
Wyróżniamy dwa poziomy odniesienia: bezwzględny poziom odniesienia; względny (lokalny) poziom odniesienia;
W pomiarach geodezyjnych w zależności
od poziomu odniesienia określa się: wysokości bezwzględne; wysokości względne.
WYSOKOŚCI BEZWZGLĘDNE
Wysokości bezwzględne są to wyniesienia punktów nad
powierzchnią geoidy (nad poziomem morza) mierzone wzdłuż linii pionowych przechodzących przez te punkty.
GEOIDA
1. Morze 2. Elipsoida 3. Pion lokalny 4. Kontynent 5. Geoida
ELIPSOIDA I GEOIDA
Elipsoida ziemska - spłaszczona elipsoida obrotowa, której powierzchnia jest najbardziej zbliżona do hydrostatycznej powierzchni Ziemi.
Geoida – bryła, której powierzchnia w każdym miejscu jest prostopadła do pionu wyznaczonego przez siłę ciężkości.
NIWELACJA
W Polsce za „punkt zerowy” przyjmuje się obecnie średni poziom morza na podstawie wieloletnich obserwacji w Kronsztadzie (Zatoka Fińska).
Pomiary poziomu morza wykonuje się za pomocą urządzenia samopiszącego, zwanego mareografem.
POMIAR WYSOKOŚCI
POZIOMY PORÓWNAWCZE
Morze Bałtyckie Morze Północne Morze Adriatyckie Morze Śródziemne
Kronsztad Amsterdam Triest Marsylia
0.000 -0.114m +0.450m -0.932m
-0.114m 0.000 +0.564m -0.818m
-0.450m -0.564m 0.000 -1.382m
+0.932m +0.818m +1.382m 0.000
WYSOKOŚĆ WZGLĘDNA
Wysokość względna jest to wysokość punktu nad dowolnie wysoko przyjętą powierzchnią poziomą (względnym lub lokalnym poziomem odniesienia), ale obraną tak, aby nie otrzymywać wysokości ujemnych.
LOKALNY POZIOM ODNIESIENIA
OSNOWA WYSOKOŚCIOWA
Nawiązanie pomiarów niwelacyjnych do bezwzględnego poziomu odniesienia możliwe jest dzięki istniejącej na terenie całego kraju osnowie wysokościowej.
OSNOWA WYSOKOŚCIOWA
Osnowa wysokościowa jest to usystematyzowany zbiór punktów niwelacyjnych, których położenie względem poziomu odniesienia zostało wyznaczone przy zastosowaniu odpowiedniej, precyzyjnej techniki geodezyjnej.
ZNAKI WYSOKOŚCIOWE
W punktach, których wysokość ma być określona z wymaganą dokładnością za pomocą niwelacji, osadza się znaki wysokościowe.
Znaki te mogą mieć charakter: - stały; - tymczasowy.
ZNAKI WYSOKOŚCIOWE
Za pomocą znaków wysokościowych stałych utrwala się punkty wysokościowe:
- sieci państwowej; - sieci miejskich; - kolejowe; - drogowe; - rzeczne i inne.
REPERY
Elementem zasadniczym każdego znaku wysokościowego jest reper, wykonany najczęściej z metalu i mający jednoznacznie określony charakterystyczny punkt, którego wysokość jest wyznaczona.
REPERY
Repery sieci niwelacji państwowej są równomiernie rozmieszczone na obszarze całego kraju i dzielą się na pięć klas.
Wysokości reperów w Polsce zostały wyznaczone w nawiązaniu do poziomu morza w Kronsztadzie.
REPER ŚCIENNY
REPERY ŚCIENNE
REPERY ZIEMNE
REPERY
Znaki tymczasowe osadza się w pobliżu : prowadzonych robót ziemnych; trasowanych dróg.Noszą one nazwę reperów roboczych,
gdyż korzysta się z nich tylko w okresie prowadzenia robót.
REPERY ROBOCZE
Do tymczasowych znaków wysokościowych przeznaczonych tylko na okres pomiarów krótkotrwałych zaliczamy:
słupy drewniane z poprzeczkami i z wycięciem na głowicy, gdzie właściwy punkt wysokościowy (reper) oznacza główka gwoździa;
haki wbite w pnie drzew; paliki wbite w ziemię.
RODZAJE NIWELACJI
Rozróżniamy następujące rodzaje niwelacji:
geometryczną; trygonometryczną; barometryczną; hydrostatyczną; satelitarną.
NIWELACJA GEOMETRYCZNA
Niwelacja geometryczna polega na wyznaczaniu różnic wysokości punktów przy spoziomowanej osi celowej instrumentu na podstawie odczytów na pionowo ustawionych łatach niwelacyjnych.
PODSTAWOWE LINIE W NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ
Powierzchnią poziomą nazywamy taką powierzchnię do której linia pionu jest prostopadła w każdym jej punkcie.
Powierzchnia horyzontalna jest styczna do powierzchni poziomej w jednym punkcie.
Linię celową nazywamy linię optyczną lunety instrumentu.
Powierzchnia pozioma jest definiowana przez średni poziom morza.
ZASADA NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ
A
BA
Bt t
Kierunek poziomy
st N
BAABAB ttHH H
ABH
PODZIAŁ NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ
Zależnie od stopnia uzyskiwanej dokładności niwelację geometryczną dzieli się na:
niwelację precyzyjną – wykonywaną dla wyznaczenia wysokości stałych punktów z bardzo dużą dokładnością, punkty te tworzą precyzyjną sieć niwelacyjną, zwaną podstawową osnową wysokościową, która jest oparciem dla osnowy szczegółowej;
PODZIAŁ NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ
niwelację techniczną reperów – wykonywaną dla wyznaczenia wysokości szeregu stałych punktów, które tworzą sieć niwelacyjną, zwaną szczegółową osnową wysokościową, która stanowi zagęszczenie osnowy podstawowej;
PODZIAŁ NIWELACJI GEOMETRYCZNEJ
niwelację techniczną – wykonywaną dla wyznaczenia pomiarowej osnowy wysokościowej, która stanowi zagęszczenie osnowy szczegółowej i służy do takich celów technicznych jak wyznaczanie przekroju terenu lub jego rzeźby;
NIWELACJA
Celem niwelacji jest: wyznaczenie wysokości punktów; sporządzenie przebiegu warstwic na
mapach; dostarczenie informacji o profilach terenu
budowanych dróg i związanych z tym pracach ziemnych;
wyznaczenia w terenie poziomych i pochyłych powierzchni w pracach budowlanych.
NIWELACJA GEOMETRYCZNA
W niwelacji geometrycznej muszą być spełnione dwa warunki:
oś celowa musi być pozioma; łata niwelacyjna musi być równoległa
do linii pionu na stanowisku instrumentu.
NIWELACJA GEOMETRYCZNA
Ze względu na technikę wykonania pomiaru rozróżniamy dwie metody niwelacji geometrycznej:
niwelację w przód; niwelację ze środka.
NIWELACJA W PRZÓD
Różnica wysokości między punktem A (o znanej wysokości) a punktem B (którego
wysokość mamy określić):
ΔHAB =HB – HA = i – p
NIWELACJA GEOMETRYCZNA
HA, HB - wysokość punktu A i B;
i – tzw. wysokość instrumentu ustawionego nad punktem A, tj. wysokość linii celowania nad punktem A mierzona do 1 cm ruletką lub łatą niwelacyjną;
p – odczyt (do 1 mm) na ustawionej pionowo nad punktem B łacie wykonany na poziomej kresce krzyża w lunecie niwelatora;
Wysokość punktu B:HB = HA + ΔHAB = HA + (i – p)
NIWELACJA ZE ŚRODKA
Różnica wysokości między punktem „wstecz” A a punktem „w przód” B:
Wysokość punktu B:HB = HA + ΔHAB = HA + (w – p)
NIWELACJA ZE ŚRODKA
gdzie: w, p – odczyty (do 1 mm) na łatach ustawionych pionowo nad punktami A i B, wykonane na poziomej kresce krzyża w lunecie niwelatora ustawionego pośrodku odległości dAB ;
NIWELACJA TECHNICZNA
Niwelację techniczną stosuje się do budowy dróg, wodociągów i kanalizacji, urządzeń melioracyjnych, regulacji rzek itp. lub też dla wyznaczenia rzeźby terenu.
Możemy ją podzielić na: niwelację podłużną i poprzeczną trasy; niwelację rzek i zbiorników wodnych; niwelację terenową.
NIWELACJA PODŁUŻNA TRASY
Ma na celu wyznaczenie przekroju terenu wzdłuż pewnej określonej linii;
rozpoczynamy ją od wyznaczenia na gruncie osi niwelacji tzw. osi trasowania, trasa składa się z prostych i łuków;
z reguły jest stosowana metoda niwelacji ze środka.
NIWELACJA PODŁUŻNA TRASY
optymalna odległość łaty od niwelatora wynosi ok. 50m (przy tej odległości błąd odczytu łaty nie powinien przekraczać 1 mm)
na podstawie odczytów wykonanych w terenie i zanotowanych w dzienniku niwelacyjnym przystępuje się do obliczenia rzędnych wszystkich wyniwelowanych punktów terenu.
NIWELACJA PODŁUŻNA TRASY
Rzędne punktów terenu możemy obliczyć sposobem:
1. różnic wysokości najpierw na podstawie par odczytów
wstecz i w przód zanotowanych w dzienniku niwelacji obliczamy na każdym stanowisku po dwie różnice wysokości:
ΔHi’ = wi’ – pi’ ΔHi” = wi” – pi”
NIWELACJA PODŁUŻNA TRASY
a z nich średnie różnice wysokości:
znając wysokość punktu początkowego, obliczamy wysokości następnych punktów wiążących, dodając kolejno średnie różnice wysokości:
H1 = H0 +ΔH1 H2 =H0 +ΔH2
NIWELACJA PODŁUŻNA TRASY
2. Sposobem poziomu instrumentu (osi celowej)
rzędne punktów pośrednich na osi trasy i na przekrojach poprzecznych najczęściej obliczamy sposobem poziomu instrumentu
najpierw obliczamy dla każdego stanowiska poziom niwelatora i, dodając do rzędnej H wstecznego punktu wiążącego odczyt wstecz w:
i = H + w
NIWELACJA POPRZECZNA TRASY
Prowadzona jest na charakterystycznych przekrojach poprzecznych, pewnego wąskiego pasa terenu, na którym ma być wykonana budowla.
NIWELACJA POPRZECZNA TRASY
Szerokość pasa terenu na którym ma być ona przeprowadzona zależy przede wszystkim od szerokości korony projektowanej drogi.
Przekroje poprzeczne tyczymy we wszystkich charakterystycznych punktach załamań terenu w kierunkach prostopadłych do osi trasy.
NIWELACJA TRYGONOMETRYCZNA
Niwelacja trygonometryczna polega na określeniu różnic wysokości punktów (zarówno bliskich jak i odległych) na podstawie pomierzonego kąta pionowego i odległości.
NIWELACJA TRYGONOMETRYCZNA
Różnice wysokości na stanowisku mogą być większe niż w niwelacji geometrycznej, gdzie różnice wysokości są ograniczone długością łat w zasięgu poziomej osi celowej niwelatora.
NIWELACJA TRYGONOMETRYCZNA
Zdejmowane punkty metodą niwelacji trygonometrycznej mogą być niedostępne (punkty na masztach, kominach, wieżach).
W niwelacji trygonometrycznej używa się teodolitów.
NIWELACJA TRYGONOMETRYCZNA
NIWELACJA TRYGONOMETRYCZNA
Różnica wysokości pomiędzy punktami: P i K
HPK = i + D tg - S
NIWELACJA BAROMETRYCZNA
Ciśnienie powietrza, którego średnia wartość wynosi 760 mm słupa rtęci, zmniejsza się wraz ze wzrostem wysokości.
Spadek ciśnienia na jednostkę wysokości nie jest stały i jest mniejszy na wyższych wysokościach.
NIWELACJA BAROMETRYCZNA
Na poziomie morza zmianie ciśnienia o 1mm Hg odpowiada zmiana wysokości o 10m, natomiast w górach na wysokości 2000m zmianie ciśnienia o 1mm Hg odpowiada zmiana wysokości o 14m.
NIWELACJA BAROMETRYCZNA
Niwelacja barometryczna jest bardzo rzadko stosowana w rozwiniętych krajach Europy, Ameryki czy Australii.
Natomiast jest bardzo często stosowana w słabo rozwiniętych krajach Azji, Afryki i Ameryki Południowej.
NIWELACJA HYDROSTATYCZNA
Wykorzystuje zasadę naczyń połączonych. Jeśli dwa naczynia połączone ze sobą wężem zostaną częściowo napełnione płynem to poziom płynu w obydwu naczyniach będzie wskazywał ten sam poziom.
NIWELACJA HYDROSTATYCZNA
NIWELACJA SATELITARNA
Niwelacją satelitarną nazywamy czynności, których rezultatem jest wyznaczenie wysokości ortometrycznych (odległości od powierzchni Ziemi do geoidy mierzone wzdłuż linii pionu w rzeczywistym polu siły ciężkości) na podstawie wysokości geometrycznych wyznaczanych techniką satelitarną GPS.
NIWELACJA SATELITARNA
ZESTAW DO NIWELACJI
W skład zestawu do niwelacji wchodzi: niwelator; statyw; komplet łat niwelacyjnych; podstawki pod łaty tzw. żabki.
ŁATY NIWELACYJNE
Łaty niwelacyjne służą do mierzenia odległości pionowej od niwelowanego punktu do płaszczyzny poziomej wyznaczonej przez oś celową niwelatora.
Tradycyjne łaty są wykonane z drewna jodłowego impregnowane i pomalowane farbą olejną.
ŁATY NIWELACYJNE
Obecnie łaty wykonuje się z aluminium lub z włókna szklanego. Na powierzchnię łaty naniesiona jest podziałka centymetrowa lub kodowa.
ODCZYT Z ŁATY
Odczytu dokonujemy w tym miejscu na obrazie łaty, widzianym w lunecie, gdzie pozioma kreska siatki celowniczej przecina obserwowany podział.
ODCZYT Z ŁATY
Odczyt z łaty jest czterocyfrowy. Pierwsze dwie cyfry - oznaczają metry i decymetry, które odczytujemy według opisu na łacie. Centymetry liczymy od ostatniej opisanej działki decymetrowej do kreski poziomej, a milimetry szacujemy na oko.
ODCZYT Z ŁATY
ŁATY NIWELACYJNE
Sprawdzenie niwelatora
A
B
Bt tA t’A st I t’B
C
CA = CB
1. Etap I – niwelacja ze środka
∆H’AB = t’B – t’A
∆HAB
Sprawdzenie niwelatora
A
B
Bt tA t”A
st II t”B
D
DA < DB
1. Etap II – niwelacja w przód
>
H”AB.= t”B – t”A ; odchyłka: = |H’AB - H”AB.| < 3 mm
∆HAB
ZASADY NIWELACJI
Zawsze zaczynaj i kończ pomiar na reperze; Staraj się zachować jednakowe odległości do
łaty wstecz i w przód; Staraj się nie przekraczać długości linii
celowej ponad 50 m; Nigdy nie czytaj łaty poniżej 0,5 m (refrakcja); Na punkty pośrednie wykorzystuj stabilne
dobrze określone punkty np. żabki.
BŁĘDY NIWELACJI TECHNICZNEJ
Niwelacja, jak każda czynność pomiarowa jest obarczona błędami o charakterze:
- systematycznym; - przypadkowym.
BŁĘDY NIWELACJI TECHNICZNEJ
Błędy niwelacji wywołane są przez: wpływ środowiska zewnętrznego (zmiana
warunków zewnętrznych i trudności terenowe);
niedoskonałość instrumentu i łat niwelacyjnych;
niedoskonałość zmysłów obserwatora.
BŁĘDY NIWELACJI TECHNICZNEJ
I. Wpływ środowiska zewnętrznego powoduje:
zakrzywienie powierzchni ziemskiej; refrakcję pionową atmosferyczną; refrakcję pionową przyziemną; osiadanie instrumentu i łat w czasie
pomiaru.
BŁĘDY NIWELACJI TECHNICZNEJ
2. Niedoskonałość instrumentu i łat powoduje:
nierównoległość osi celowej lunety do osi libelli;
niejednakowo umieszczony początek podziału obu łat;
BŁĘDY NIWELACJI TECHNICZNEJ
błędny podział łaty wskutek naniesienia niewłaściwej jednostki długości na łatę; błędny podział łaty wskutek niedokładnego położenia dowolnej działki względem zera podziału łaty.
BŁĘDY NIWELACJI TECHNICZNEJ
3. Niedoskonałość zmysłów obserwatora powoduje:
błędny odczyt z łaty; odchylenie łaty od pionu.
DZIĘKUJĘ
ZA UWAGĘ