Введение
Оптический прибор для проверки горизонтальных точек
Уровень – это оптический прибор, используемый для установления или проверки точек, лежащих в одной горизонтальной плоскости, в процессе, известном как нивелирование. Он применяется совместно с нивелировочным рейкой для определения относительной высоты или отметок (вертикального расстояния) объектов или знаков. Уровень широко используется в геодезии и строительстве для измерения перепадов высот, а также для переноса, измерения и задания высоты известных объектов или знаков. Он также известен как геодезический уровень, строительный уровень, уровень дампы или исторический уровень типа "Y". Принцип его работы основан на установлении визуальной горизонтальной связи между двумя или более точками, для чего используется встроенный оптический телескоп и высокоточный пузырьковый уровень, обеспечивающие необходимую точность. Традиционно прибор полностью настраивался вручную для обеспечения горизонтальной линии визирования, но современные автоматические модели самостоятельно компенсируют незначительные ошибки при предварительном нивелировании, что делает их более быстрыми в использовании. Оптический уровень не следует путать с теодолитом, который также способен измерять углы в вертикальной плоскости.
Описание
Комплект прибора обычно устанавливается на штатив, и телескоп может свободно вращаться на 360° в горизонтальной плоскости. Геодезист регулирует уровень прибора грубой настройкой ножек штатива и точной настройкой с помощью трех прецизионных выравнивающих винтов на приборе, чтобы сделать плоскость вращения горизонтальной. Геодезист выполняет это, используя круговой уровень, встроенный в основание прибора. Геодезист смотрит в окуляр телескопа, в то время как помощник держит вертикальный рейку, градуированную в дюймах или сантиметрах. Рейка устанавливается основанием на точку, для которой требуется определение высоты. Телескоп вращается и фокусируется до тех пор, пока рейка не станет четко видна в перекрестии нитей. В случае наклонного уровня точная настройка уровня производится винтом вертикальных углов, с использованием высокоточного пузырькового уровня, закрепленного на телескопе. Наблюдение за пузырьком возможно через зеркало во время регулировки, либо концы пузырька в дисплее с разделенным пузырьком можно видеть непосредственно в телескопе. Это также обеспечивает контроль за точным уровнем телескопа во время наведения. Однако, в случае автоматического уровня, настройка вертикальных углов выполняется автоматически подвешенной призмой под действием силы тяжести, при условии, что грубая установка основания прибора достаточно точна в определенных пределах. После установки на уровень записываются показания рейки в перекрестии нитей и на лимбах, а также устанавливается идентификационный знак или маркер в месте соприкосновения рейки с объектом или позицией, подлежащей съемке.
Изобретение
В 1832 году английский инженер-строитель и изобретатель Уильям Граватт, которому было поручено изучить проект маршрута Юго-Восточной железной дороги из Лондона в Дувр, был разочарован медленной и неудобной работой уровня "Y" при проведении геодезических работ и разработал более транспортабельный и простой в использовании "демпи" уровень, получивший такое название из-за своего более компактного внешнего вида. Телескоп исторического уровня "Y" крепится в двух латунных рычагах, являющихся частью основания, и может быть легко снят для обеспечения возможности обратного визирования на 180 градусов или осевого вращения телескопа; оба способа использовались для компенсации оптических ошибок коллимации. Поскольку телескоп не закреплен на механизме регулировки уровня, прибор "Y" собирается и разбирается на каждой геодезической станции. Однако "демпи" уровень надежно закреплен на двух опорных рычагах и механизме нивелирования, что снижает погрешность измерений и значительно сокращает время, необходимое для установки прибора. "Демпи" уровень использует тот же базовый принцип визирования по уровню.
Операция по обследованию
После тщательной установки уровня высота нитей перекрестия определяется либо визированием на известный репер с известной высотой, установленной предыдущей съемкой, либо используется произвольная точка с принятой высотой. Визирование выполняется с помощью помощника геодезиста, который держит отвесно градуированный рейку в точке измерения. Геодезист вращает телескоп, пока градуированный рейк не окажется в нитях перекрестия, и записывает показания. Это повторяется для всех визирований с данной установки. Если прибор перемещается в другое положение в пределах досягаемости визирования, он повторно нивелируется, и выполняется визирование на известный уровень, полученный при предыдущей съемке. Это привязывает новые высоты к предыдущим.
Варианты
Уровень Y или wye-уровень – самый старый и громоздкий из старых оптических приборов. Низкомощный телескоп устанавливается в пару зажимов, после чего прибор выравнивается с помощью пузырькового уровня, установленного параллельно основному телескопу. Термин "думпи-уровень" (также "строительный уровень") сохранился, несмотря на эволюцию конструкции. Они могут быть ручными или автоматическими, причем последние значительно быстрее настраиваются. Наклонный уровень – это вариант, оснащенный прецизионным вертикальным регулировочным винтом, который наклоняет как телескоп, так и высокоточный пузырьковый уровень, прикрепленный к нему, для достижения горизонтального положения. Это снижает полную зависимость от точности выравнивания нижней опоры прибора, а индикатор "разделенного пузыря" обеспечивает дополнительную уверенность в том, что телескоп выровнен во время наведения. Это позволяет работать быстрее, поскольку нижняя опора не обязательно должна быть идеально выровнена, хотя это и вносит небольшую погрешность, так как вертикальная ось опоры не полностью совпадает с центром телескопа. Разделенный пузырь работает, отображая половину обоих концов пузырька бок о бок в телескопе, и когда изогнутые концы совмещены, уровень считается достигнутым. Автоматический уровень, самовыравнивающийся уровень или автоматический строительный уровень включает в себя внутренний компенсаторный механизм (качающуюся призму), который, при предварительной установке близко к горизонтальному положению, автоматически устраняет любые оставшиеся отклонения. Это уменьшает необходимость точной установки основания прибора в горизонтальное положение, как в случае с думпи-уровнем. Самовыравнивающиеся приборы являются предпочтительными на строительных площадках, при строительных и геодезических работах благодаря простоте использования и быстрой настройке. Цифровой электронный уровень также устанавливается на штатив и считывает показания со штрих-кодированной рейки с помощью электронных лазерных методов. Высота рейки в точке пересечения луча уровня и рейки отображается на цифровом дисплее. Этот тип уровня исключает интерполяцию показаний шкалы человеком, тем самым устраняя источник ошибок и повышая точность. В ночное время думпи-уровень используется в сочетании с автоматическим крестообразным лазером для точного считывания шкалы. Транзитный уровень также способен измерять как высоту, так и азимут целевого объекта относительно ориентира в горизонтальной плоскости. Прибор поворачивается для наведения на цель, а вертикальные и горизонтальные углы считываются с откалиброванных шкал.
В популярной культуре
В первой главе романа Томаса Харди "Лесосеки" (1887) рассказчик утверждает: "Он знал каждый малейший уклон земли на протяжении десяти миль между Абботом-Сернелом и Шертоном – рыночным городом, в который он направлялся, – столь же точно, как любой землемер мог бы изучить его с помощью нивелира Дэмпи". В онлайн-игре World of Warcraft есть задание в Болотистых топинах, которое выдает землемер Турдан, с просьбой вернуть его потерянный нивелир. Он даже комментирует название, говоря: "Я не давал этой штуке имя, ясно? Погугли!"