Жер өлшеу техникасы: Нивелирлеу – биіктікті анықтау әдісі. Оптикалық деңгейлер, геодезия, құрылыста қолданылады. Дәлдік, өлшемдер туралы толық ақпарат!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жер өлшеу техникасы
Surveying technique
the surveying technique
Нивелирлеу немесе тегістеу (американдық ағылшын тілінде; орфографиялық айырмашылықтарға назар салыңыз) – жер өлшеуінің бір саласы, оның мақсаты белгілі бір нүктелердің биіктігін нақты дерекке қатысты анықтау, тексеру немесе өлшеу болып табылады. Ол геодезия және картографияда тік жазықтыққа қатысты вертикальдық орналасуын өлшеу үшін, сондай-ақ құрылыс нысандарының биіктік айырмасын өлшеу үшін кеңінен қолданылады.
Levelling or leveling (American English; see spelling differences) is a branch of surveying, the object of which is to establish or verify or measure the height of specified points relative to a datum. It is widely used in geodesy and cartography to measure vertical position with respect to a vertical datum, and in construction to measure height differences of construction artifacts.
Оптикалық тегістеу
Оптикалық тегістеу, сондай-ақ спирттік тегістеу және дифференциалды тегістеу деп те аталады, оптикалық деңгейді қолданады. Ол нысана белгілері мен стадиялық сызықтары бар дәл телескоптан тұрады. Нысана белгілері нысанадағы тегістеу нүктесін анықтау үшін пайдаланылады, ал стадиялық сызықтар қашықтықты өлшеуге мүмкіндік береді; стадиялық сызықтардың арақатынасы әдетте 100:1 болады, яғни деңгей таяқшасындағы (немесе штативтегі) стадиялық сызықтар арасындағы бір метр нысанадан 100 метр қашықтықты көрсетеді. Бүкіл құрылғы әдетте үш аяқты тіреуге орнатылады, ал телескоп көлденең жазықтықта 360 градусқа еркін айналуы мүмкін. Жер өлшеуші аспаптың деңгейін үш аяқты тіреулерді грубо реттеу және аспаптағы үш дәл тегістеу бұрандасын пайдаланып фино реттеу арқылы айналу жазықтығын көлденеңге келтіреді. Бұл үшін аспаптың негізіне орнатылған бульбус деңгейі қолданылады.
Optical levelling, also known as spirit levelling and differential levelling, employs an optical level, which consists of a precision telescope with crosshairs and stadia marks. The cross hairs are used to establish the level point on the target, and the stadia allow range finding; stadia are usually at ratios of 100:1, in which case one metre between the stadia marks on the level staff (or rod) represents 100metres from the target. The complete unit is normally mounted on a tripod, and the telescope can freely rotate 360° in a horizontal plane. The surveyor adjusts the instrument's level by coarse adjustment of the tripod legs and fine adjustment using three precision levelling screws on the instrument to make the rotational plane horizontal. The surveyor does this with the use of a bull's eye level built into the instrument mount.
Процедура
Жер өлшеуші телескоптың окуляры арқылы қарайды, ал көмекші тік деңгейлік таяқты ұстайды, ол дюймдермен немесе сантиметрлермен градуировкаланған. Деңгейлік таяқ деңгейді пайдаланып тік орналастырылады, оның табаны өлшеу қажетті нүктеде тұрады. Телескоп айналдырылып, фокусқа келтіріледі, деңгейлік таяқ көлденең сызықтарда анық көрінетінше. Жоғары дәлдікті қолмен басқарылатын деңгейде, биіктіктік түзету биіктік бұрандасы арқылы жасалады, телескопқа бекітілген жоғары дәлдікті көпіршік деңгейін пайдаланып. Бұл түзету кезінде көпіршіктің ұштарын көруге болады немесе көпіршіктің ұштары телескоптың ішінде көрсетіледі, бұл телескоптың дәлдігін бақылау кезінде деңгейлігін қамтамасыз етеді. Дегенмен, автоматты деңгейде биіктіктік түзету гравитация күшімен ілініске қойылған призма арқылы автоматты түрде жасалады, егер жалпы деңгейлеу белгілі бір шекте дәл болса. Деңгейлік таяқтың көлденең сызықтардағы көрсеткіштері жазылып алынады және деңгейлік таяқтың өлшенетін нысанға немесе позицияға тіреген жеріне анықтамалық белгі немесе маркер қойылады. Белгілі бір бастапқы нүктеден деңгейлік жол құрудың стандартты процедурасы мынадай. Аспап белгілі немесе шартты биіктігі бар нүктеге орнатылады. Бұл нүктеде таяқ тік ұсталады және аспап қолмен немесе автоматты түрде таяқтың шкаласын оқу үшін пайдаланылады. Бұл аспаптың бастапқы (кері) нүктеден биіктігін анықтайды және аспаптың биіктігін (H.I.) бастапқы нүктеге қатысты есептеуге мүмкіндік береді. Содан кейін таяқ белгісіз нүктеде ұсталады және жаңа (алға) нүктенің биіктігін есептеу үшін дәл осылай оқу жүргізіледі. Бұл екі оқудың айырмашылығы биіктіктің өзгеруіне тең, сондықтан бұл әдіс де дифференциалды деңгейлеу деп аталады. Процедура мақсатты нүктеге жеткенше қайталанады. Әдетте, бастапқы нүктеге толық цикл жасау немесе биіктігі белгілі екінші нүктеде трассаны жабу практикасы қолданылады. Жабылу тексеруі операциядағы қателерге қарсы сақтайды және қалдық қателерді станциялар арасында ең мүмкін болатын тәсілмен бөлуге мүмкіндік береді. Кейбір аспаптар үш көлденең сызықты ұсынады, олар алға және кері қашықтықтарды стадиялық өлшеуге мүмкіндік береді. Олар сондай-ақ үш оқудың орташасын (3 сымды деңгейлеу) қателерді тексеру және таяқ шкаласындағы белгілер арасындағы интерполяция қатесін орташалау үшін пайдалануға мүмкіндік береді. Деңгейлеудің екі негізгі түрі бар: жоғарыда сипатталғандай, бір реттік деңгейлеу және екі реттік деңгейлеу (қос таяқты деңгейлеу). Екі реттік деңгейлеуде жер өлшеуші екі алға және екі кері оқу жасайды және алға оқулардың және кері оқулардың айырмашылығы тең болады, осылайша қателер мөлшерін азайтады. Екі реттік деңгейлеу бір реттік деңгейлеуден екі есе қымбат.
The surveyor looks through the eyepiece of telescope while an assistant holds a vertical level staff which is graduated in inches or centimeters. The level staff is placed vertically using a level, with its foot on the point for which the level measurement is required. The telescope is rotated and focused until the level staff is plainly visible in the crosshairs. In the case of a high accuracy manual level, the fine level adjustment is made by an altitude screw, using a high accuracy bubble level fixed to the telescope. This can be viewed by a mirror whilst adjusting or the ends of the bubble can be displayed within the telescope, which also allows assurance of the accurate level of the telescope whilst the sight is being taken. However, in the case of an automatic level, altitude adjustment is done automatically by a suspended prism due to gravity, as long as the coarse levelling is accurate within certain limits. When level, the staff graduation reading at the crosshairs is recorded, and an identifying mark or marker placed where the level staff rested on the object or position being surveyed. A typical procedure for a linear track of levels from a known datum is as follows. Set up the instrument within of a point of known or assumed elevation. A rod or staff is held vertical on that point and the instrument is used manually or automatically to read the rod scale. This gives the height of the instrument above the starting (backsight) point and allows the height of the instrument (H. I.) above the datum to be computed. The rod is then held on an unknown point and a reading is taken in the same manner, allowing the elevation of the new (foresight) point to be computed. The difference between these two readings equals the change in elevation, which is why this method is also called differential levelling. The procedure is repeated until the destination point is reached. It is usual practice to perform either a complete loop back to the starting point or else close the traverse on a second point whose elevation is already known. The closure check guards against blunders in the operation, and allows residual error to be distributed in the most likely manner among the stations. Some instruments provide three crosshairs which allow stadia measurement of the foresight and backsight distances. These also allow use of the average of the three readings (3 wire leveling) as a check against blunders and for averaging out the error of interpolation between marks on the rod scale. The two main types of levelling are single levelling as already described, and double levelling (double rodding). In double levelling, a surveyor takes two foresights and two backsights and makes sure the difference between the foresights and the difference between the backsights are equal, thereby reducing the amount of error. Double levelling costs twice as much as single levelling.
Бір деңгейді бұру
Оптикалық деңгейді пайдаланған кезде, соңғы нүкте құралдың тиімді диапазонынан шығуы мүмкін. Соңғы нүктелер арасында кедергілер немесе биіктіктің күрт өзгеруі болуы мүмкін. Мұндай жағдайларда қосымша орнатулар қажет болады. "Бұру" термині деңгейді басқа жерге жылжытып, биіктік өлшеуін жасауды білдіреді. Деңгейді "бұру" үшін, ең алдымен көрсеткішті оқып, таяқтың орналасқан нүктесінің биіктігін жазу керек. Таяқты дәл сол жерде ұстап тұрып, деңгейді таяқ көрінетіндей жаңа орынға жылжыту керек. Деңгейдің жаңа орнынан алынған көрсеткіштер мен биіктік айырмасы деңгейдің жаңа биіктігін анықтау үшін қолданылады. Бұл өлшеулер тізбегі аяқталғанға дейін қайталанады. Дұрыс өлшеу үшін деңгей көлденең болуы тиіс. Сондықтан, егер құралдың көлденең жіптері таяқтың негізінен төмен болса, геодезист таяқты көре алмайды және оқуды ала алмайды. Таяқты әдетте 25 футқа дейін көтеруге болады, бұл деңгейді таяқтың негізінен әлдеқайда биік орнатуға мүмкіндік береді.
When using an optical level, the endpoint may be out of the effective range of the instrument. There may be obstructions or large changes of elevation between the endpoints. In these situations, extra setups are needed. Turning is a term used when referring to moving the level to take an elevation shot from a different location. To "turn" the level, one must first take a reading and record the elevation of the point the rod is located on. While the rod is being kept in exactly the same location, the level is moved to a new location where the rod is still visible. A reading is taken from the new location of the level and the height difference is used to find the new elevation of the level gun. This is repeated until the series of measurements is completed. The level must be horizontal to get a valid measurement. Because of this, if the horizontal crosshair of the instrument is lower than the base of the rod, the surveyor will not be able to sight the rod and get a reading. The rod can usually be raised up to 25 feet high, allowing the level to be set much higher than the base of the rod.
Тригонометриялық тегістеу
Құрылыс және геодезиялық зерттеулерде тегістеудің тағы бір стандартты әдісі тригонометриялық тегістеу деп аталады, ол бір тұрақты нүктеден көптеген нүктелерге тегістеу жасағанда қолданылады. Бұл жалпы станцияны немесе басқа да құралдарды пайдаланып, таяқтың тік немесе зениттік бұрышын өлшеу арқылы жасалады, ал биіктік айырмасы тригонометриялық функциялар арқылы есептеледі (төмендегі мысалға қараңыз). Үлкен қашықтықтарда (әдетте 1000 фут және одан жоғары), Жердің қисықтығы мен құрал толқынының ауадағы сынуын да ескеру қажет (төмендегі бөлімді қараңыз). Мысалы: А нүктесіндегі құралдың B нүктесіндегі таяққа дейінгі зениттік бұрышы 88°15'22" (градус, минут, секунд) және еңіс қашықтығы 305.50 фут болса, таяқ немесе құралдың биіктігін ескермей, келесідей есептеледі:
The other standard method of levelling in construction and surveying is called trigonometric levelling, which is preferred when levelling "out" to a number of points from one stationary point. This is done by using a total station, or any other instrument to read the vertical, or zenith angle to the rod, and the change in elevation is calculated using trigonometric functions (see example below). At greater distances (typically 1,000 feet and greater), the curvature of the Earth, and the refraction of the instrument wave through the air must be taken into account in the measurements as well (see section below). Ex: an instrument at Point A reading to a rod at Point B a zenith angle of < 88°15'22" (degrees, minutes, seconds of arc) and a slope distance of 305.50 feet not factoring rod or instrument height would be calculated thus:
cos(88°15'22")(305.5) ≈ 9.30 фут,
cos(88°15'22")(305.5)≈ 9.30 ft.,
яғни А және В нүктелері арасындағы биіктік шамамен 9.30 футқа өзгереді. Егер А нүктесінің биіктігі 1000 фут болса, онда В нүктесінің биіктігі шамамен 1009.30 фут болады, себебі зениттік бұрыштар үшін анықтама сызығы (0°) тік жоғары бағытталған және сағат тілімен бір толық айналым жасайды, сондықтан 90 градустан кіші бұрыш (көлденең немесе жазық) төмен емес, жоғары бағытталған болады (ал 90 градустан жоғары бұрыштар үшін керісінше), демек биіктік көтеріледі.
meaning an elevation change of approximately 9.30 feet in elevation between Points A and B. So if Point A is at 1,000 feet of elevation, then Point B would be at approximately 1,009.30 feet of elevation, as the reference line (0°) for zenith angles is straight up going clockwise one complete revolution, and so an angle reading of less than 90 degrees (horizontal or flat) would be looking uphill and not down (and opposite for angles greater than 90 degrees), and so would gain elevation.
Классикалық аспаптар
Бұл төбешікті ағылшын инженері Уильям Грават Лондоннан Доверге жоспарланған темір жол бағытын өлшеу кезінде ойлап тапқан. Ол ықшамдырақ болғандықтан, беріктігі жоғары және тасымалдауға ыңғайлы. Көптеген адамдар төбешікті тегістеудің басқа түрлеріне қарағанда дәлдігі төмен деп санайды, бірақ бұл рас емес. Төбешікті тегістеуге қысқарақ, демек, көптеген бақылаулар қажет, бірақ бұл кемшілік алдын ала және артқа бақылауларды теңестіру арқылы толықтырылады. Өте жоғары дәлдік талап етілетін ірі тегістеу жобаларында әдетте нақты деңгейлі құралдар қолданылды. Олар басқа деңгейлерден өте дәл спирттік деңгейі және көру сызығын жоғарылату немесе төмендетуге арналған микрометрлік реттегішімен ерекшеленеді, соның арқасында нысана сызығы таяқ шкаласындағы сызықпен дәл келіп, интерполяция қажеттілігі туындамайды.
The dumpy level was developed by English civil engineer William Gravatt, while surveying the route of a proposed railway line from London to Dover. More compact and hence both more robust and easier to transport, it is commonly believed that dumpy levelling is less accurate than other types of levelling, but such is not the case. Dumpy levelling requires shorter and therefore more numerous sights, but this fault is compensated by the practice of making foresights and backsights equal. Precise level designs were often used for large leveling projects where utmost accuracy was required. They differ from other levels in having a very precise spirit level tube and a micrometer adjustment to raise or lower the line of sight so that the crosshair can be made to coincide with a line on the rod scale and no interpolation is required.
Автоматты деңгей
Автоматты деңгейлер оператор аспапты шамамен тегістегеннен кейін (шамамен 0,05 градусқа дейін) көру сызығының көлденең болуын қамтамасыз ететін компенсаторды пайдаланады. Компенсатор деңгейдің корпусы ішінде сымдарға ілінген, маятник пішінде біріктірілген кішкентай призмалардан тұрады. Бұл аспаптың телескобы толыққанды түзу болмаған жағдайларда да тек көлденең жарық сәулелерінің кіруіне мүмкіндік береді. Жер өлшеуші құралды жылдам орнатып, әрбір мақсаттық нүктедегі таяқты бақылаған сайын оны қайтадан мұқият тегістеудің қажеті болмайды. Сонымен қатар, ол үш аяқтың шағын қозғалысының әсерін көру қашықтығы бойынша еңістің күшейтуінің орнына, нақты қозғалыс мөлшеріне дейін азайтады. Аспаптың деңгейін бір рет орнату кезінде реттеу жеткілікті болғандықтан, геодезист айналымдар арасында қажетті жақтарын жылдам және оңай оқи алады. Аспапты тегістеу үшін үш деңгейлі бұранда қолданылады, бұл бұрынғы төңкерілген деңгейлерде кездесетін төрт бұрандадан өзгеше.
Automatic levels make use of a compensator that ensures that the line of sight remains horizontal once the operator has roughly leveled the instrument (to within maybe 0.05 degree). The compensator consists of small prisms suspended from wires inside of the level's chassis that are connected together in the shape of a pendulum. This allows for only horizontal light rays to enter, even in cases where the telescope of the instrument is not perfectly plumb. The surveyor sets the instrument up quickly and does not have to re level it carefully each time they sight on a rod on another point. It also reduces the effect of minor settling of the tripod to the actual amount of motion instead of leveraging the tilt over the sight distance. Because the level of the instrument only needs to be adjusted once per setup, the surveyor can quickly and easily read as many side shots as necessary between turns. Three level screws are used to level the instrument, as opposed to the four screws historically found in dumpy levels.
Лазерлік деңгей
Лазерлік деңгейлер тегістеу таяқшасындағы сенсормен көрінетін немесе анықталатын сәуле проекциялайды. Бұл түр құрылыс жұмыстарында кеңінен қолданылады, бірақ одан да дәлдікті қажет ететін бақылау жұмыстарына жарамсыз. Артықшылығы – бір адам өздігінен деңгейлеу жұмысын атқара алады, ал басқа түрлерде бір адам аспаппен, екіншісі таяқпен жұмыс істеуі тиіс. Сенсорды жер қазу машиналарынға орнату арқылы автоматты түрде жол жиектерін жасауға болады.
Laser levels project a beam which is visible and/or detectable by a sensor on the leveling rod. This style is widely used in construction work but not for more precise control work. An advantage is that one person can perform the levelling independently, whereas other types require one person at the instrument and one holding the rod. The sensor can be mounted on earth moving machinery to allow automated grading.