Při projektování, zaměřování, výstavbě a provozu velkých inženýrských staveb je nutné porozumět vlastnostem topografie konkrétní oblasti. Bez těchto znalostí není možné modelovat dálnice a železnice, odvodňovací kanály, hydraulická zařízení, závlahové a odvodňovací systémy, stejně jako staveniště, letiště, přehrady, osady, pole se střídavými plodinami a další průmyslová zařízení.
Schopnost správně označit všechny charakteristické linie terénu umožňuje dosáhnout dobrých výsledků. Výška bodu je celková vzdálenost od rovného povrchu k určité přímce. Počáteční hladina by měla být brána jako hladina vody v moři nebo oceánu, výhradně v klidném stavu. V Rusku je přijímán z kronštadtské podnože a přímo souvisí s hladinou Baltského moře.
Článek: Účel a cíle vyrovnání
Zakládání bodových značek je hlavním cílem vyrovnání.
Nivelace je druh geodetických prací velkého rozsahu, které v konečném důsledku zjišťují rozdíly výšek (převýšení) linií zemského povrchu a také parametry těchto bodů nad stanoveným ohlašovacím územím.
Na základě výsledků nivelace specialisté zobrazují terén území na schématech a mapách, vytvářejí profily pozemků, formulují organizační a ekonomické nápady pro lesní školky, modelové parky a řeší další závažné problémy krajinného zahradnictví a lesnictví.
Metody a úkoly nivelace
Podle metod se levelování dělí hlavně na:
- Geometrická – identifikace přesahu jedné linie nad druhou pomocí horizontálního zaměřovacího paprsku. Provádí se pomocí úrovní, ale můžete použít i jiná zařízení, která pomáhají získat vertikální paprsek.
- Trigonometrické – stanovení chyb pomocí nakloněného paprsku. Přebytek se v tomto případě určuje v závislosti na úhlu sklonu a naměřené vzdálenosti, k jejichž měření se často používají vhodné přístroje ve formě tacheometru a kipregelu.
- Automatické – zjišťování nedostatků prostřednictvím zařízení instalovaných v kolejových měřicích drezínách, vozech, vozech, které si při plynulém pohybu vykreslují vlastní profil ujeté dráhy. Taková zařízení se ve vědě nazývají profilografy.
- Stereofotogrammetrická – založená na určení elevace z dvojice snímků stejné oblasti, získaných ze dvou fotografických základních linií.
V současné době existují také dvě metody geometrické nivelace: od středu a dopředu.
Obrázek 1. Vyrovnání od středu. Author24 – online výměna studentských prací
Při vyrovnávání od středu je samotná úroveň mezi dvěma body v přibližně stejných vzdálenostech. Do linek jsou instalovány olovnice s přesným centimetrovým dělením. Jsou umístěny na kolíku poháněném v jedné rovině se zemí nebo na speciální berli, protože jakýkoli předmět pod vahou automaticky začne vyvíjet tlak na povrch a čtení podél něj se změní.
Obrázek 2. Vyrovnání dopředu. Author24 – online výměna studentských prací
Při nivelaci vpřed se zařízení instaluje nad určitý bod, změří se výška a v koncovém bodě se odečte od personálu. Přebytek se vypočítá odečtením počátečního parametru zařízení od výšky.
Hlavním úkolem nivelace je stanovení rozdílu výšek dvou ukazatelů na základě výsledků synchronního měření atmosférického tlaku v těchto bodech.
Tento koeficient v každém bodě zemského povrchu zcela závisí na nadmořské výšce nad mořem a povětrnostních podmínkách v době měření. Tato závislost je vyjádřena způsobem, který bere v úvahu teplotu, atmosférický tlak a vlhkost, jakož i nárůst volného pádu spolu se zeměpisnou šířkou místa pozorování.
Klasifikace úrovní
Obrázek 3. Klasifikace úrovní. Author24 – online výměna studentských prací
Nivelace na základě technologie a přesnosti geodetických prací se dělí na třídy I, II, III a IV a technické provedení.
Nivelace tříd I, II, III a IV zahrnuje státní velkoplošnou síť, která je výškovou základnou pro topografická zaměření naprosto všech měřítek a geodetická měření prováděná pro potřeby hospodářské činnosti a obrany státu.
Je s podivem, že za hlavní výškovou síť je považován nivelační systém základních škol, s jehož pomocí je na celém území stanoven jednotný výškový graf. Je určen i pro vědecké úkoly přímo související se studiem oscilací zemské kůry.
Nivelační sítě tříd III a IV a technický návrh slouží jako podklad pro topografickou fotografii a slouží jako řešení různých inženýrských problémů (rozvoj a zlepšení osídlených oblastí; plánování silnic, projektování a výstavba tras, zavlažovací a odvodňovací zařízení; zásobování vodou , kanalizace a tak dále).
Při výběru třídy pro vyrovnání je třeba vzít v úvahu následující pravidla:
- výška následující čáry by měla být stejná jako výška předchozího bodu plus mírný přesah;
- horizont každé úrovně se rovná výšce objektu plus počáteční čtení podél osnovy v daném bodě;
- výška bodu je vždy rovna úrovňovému horizontu mínus ukazatel na lati na této čáře.
Obvykle při nivelaci rameno nebo vzdálenost od nivelety k tyči nepřesahuje 100 – 150 metrů. V důsledku toho z jedné stanice, pokud to povětrnostní podmínky dovolí, je možné vyrovnat tratě umístěné ve vzdálenosti přibližně 200 – 300 metrů od sebe. V případech, kdy se provádějí měření reliéfu za účelem přenosu dat na velké vzdálenosti a také pro vypracování profilu terénu, používá se nivelace z více stanic spojených společnými body. Tento proces se nazývá nivelační zdvih, během kterého jsou měření považována za komplexní (sekvenční).
Digitální a laserové úrovně
Vzhledem k rychle se zvyšujícím požadavkům na přesnost a kvalitu geodetických prací jsou v dnešní době hojně využívány digitální a laserové nivelační přístroje.
Digitální vodováha je vysoce přesné optické zařízení vybavené automatickým sběrem, zpracováním a ukládáním přijatých dat.
To znamená, že u digitálních zařízení musí být vždy splněny všechny hlavní podmínky nutné pro správné provedení bezchybného měření s optickými hladinami. Výsledky měření s již zadanými doplňky jsou sledovány na obrazovce a na žádost operátora mohou být převedeny do paměti úrovně. Program postupně vypočítá a zobrazí výšky linií instalace lišt na monitoru.
Laserové úrovně jsou navrženy tak, aby měřily chyby a přenášely nejvyšší výšky. Hladina neustále vysílá viditelný světelný paprsek, proti kterému jsou prováděna nadměrná měření. V laserových geodetických systémech se jako hlavní emitor světelného toku používají kvantové optické generátory (lasery).
V současné době jsou laserové hladiny vyráběny převážně s automatickým paprskem záření, rotujícím laserovým vektorem, který umožňuje vytvářet výkonné světelné čáry a roviny v prostoru. Poloha takové koule je upevněna na speciální kolejnici nebo stěnách inženýrských staveb.
Při moderní výstavbě se specialisté řídí různými metodami a používají přesné geodetické přístroje. Konečný výsledek na místě závisí na jejich koordinované práci. Vhodnou roli hraje zařízení zvané úroveň. S jeho pomocí se provádějí základní přípravné práce na jakémkoli staveništi.
Princip fungování zařízení je poměrně jednoduchý. Geodeti zkontrolují výškové body v okolí a sestaví přesný plán, podle kterého budou stavbaři dále pracovat. To je nezbytné pro určení nejpřesnějšího umístění jámy pro budoucí staveniště a také při výpočtu míst vypouštění odpadních vod.
Obrázek 1. Definice a význam nivelace. Author24 – online výměna studentských prací
Článek: Geodetické nivelace
Nivelační metody
Geodetické nivelace má hlavní úkol. Spočívá ve stanovení rozdílu mezi body budovy, které je třeba postavit, vzhledem k nulové úrovni. Tyto přesné údaje o úrovni terénu umožňují vypočítat přesná data v první fázi výstavby. Specialisté určují zejména umístění vývodů odpadních vod, nadmořskou výšku podlahy suterénu a další důležité technické údaje.
Při provádění nivelačního procesu mohou specialisté pracující na staveništi používat různé měřicí přístroje, ale ne všechny jsou schopny poskytnout kompletní potřebná data o staveništi a okolí.
Stavební mistři používají místní zařízení. Vlhkoměry jsou například schopny určit vlhkost materiálů používaných na staveništi, ale nelze je použít k pochopení kritických hodnot rozpínání budovy.
Úroveň se používá pro praktičtější úkoly. S jeho pomocí specialisté zjišťují přesné hodnoty výšky podél obvodu budoucí budovy a porovnávají data s mezilehlými kontrolními hodnotami.
Tento proces se provádí v několika hlavních fázích:
- speciální značkovací značky jsou aplikovány po obvodu budovy na fasádě;
- vypočítávají se rozdíly mezi těmito body.
V důsledku toho se všechny body musí shodovat s kontrolními značkami v rámci dovolené chyby. Nivelaci lze použít v již postavených budovách. Odborníci se tak podívají na míru odchylky hlavních ukazatelů na fasádě budovy a po výpočtu výsledku vypracují odborný posudek na možnost dalšího provozu stávající konstrukce. Pokud konečné údaje překročí maximální přípustné hodnoty, pak je rozhodnuto o evakuaci osob z objektu a vyhlášení nouzového stavu.
Všechny typy excesů jsou rozděleny na hlavní a doplňkové typy. Hlavní typy znamenají:
- geometrická nivelace;
- trigonometrická nivelace; .
Další metody vyrovnání se dělí na:
- automatické vyrovnávání;
- barometrická nivelace;
- stereofotogrammetrická nivelace.
Při použití geometrické nivelace se u dalekohledu hladiny používá horizontální paprskový zaměřovač. Metoda trigonometrické nivelace využívá principu naklápění hledí paprsku dalekohledu. U hydrostatické metody dochází k procesu vyrovnávání kapaliny ve dvou nádobách.
Při použití dalších metod nivelace trvá zpracování dat déle. V horských oblastech má většinou smysl porovnávat rozdíl atmosférického tlaku v určitých nadmořských výškách. Jedná se o barometrickou metodu měření.
V podmínkách práce při výstavbě silničních objektů se používá automatická nivelace. Představuje přijetí principu činnosti čtecích senzorů, které jsou instalovány na speciálních automobilových zařízeních. Za pohybu vozidla se zpracovávají potřebná data a sestavuje se „portrét“ okolí.
Další metoda nivelace se provádí pomocí sofistikované výpočetní techniky, která funguje jako jeden celek. Nejprve je pořízena série fotografií z vesmíru. Tyto materiály jsou následně zpracovány do digitální podoby. Po zpracování obrazu je vytvořen trojrozměrný model oblasti nebo objektu. Je tedy možné sestavit trojrozměrný plán oblasti celého města nebo mikroditriktu a výsledná data pak propojit se souřadnicovým systémem s definicí výškových bodů. V tom spočívá stereofotogrammetrická nivelace.
Nivelační přístroje
Geometrická nivelace se provádí převážně pomocí jednoho hlavního nástroje – vodováhy. Tento klasický přesný přístroj má výkonný opticko-mechanický vnitřní obsah. Plně poskytuje horizont potřebný pro zaměřovací paprsek. Samotné zařízení je drženo na speciálním stativu.
Hladina se umístí do určitého bodu, odkud se budou provádět potřebná měření. Zařízení se skládá z trubice, která se dodává ve dvou typech. Tvoří přímé a obrácené obrazy. Moderní přístroje obvykle používají přímou obrazovou trubici. Na starších příkladech je vidět zpětná zobrazovací trubice. Mají velmi dobrou kvalitu obrazu a používají je i specialisté.
Podle typu provedení se hladiny dělí na elektronické přístroje, přístroje s kompenzátorem a přístroje s válcovou teleskopickou hladinou.
Základy geometrické nivelace
Při práci s hladinou se používá řada speciálních metod, které umožňují dosáhnout co nejpřesnějších výsledků měření. Odborníci používají metodu nivelace od středu a metodu nivelace vpřed. Podle prvního způsobu ovládání hladiny se odečítání provádí pomocí geodetických tyčí. Jsou instalovány na určitých místech. Obvykle se jedná o pozici před a za samotným zařízením. Údaje získané hladinou se zapisují do protokolu měření. Tato metoda se stala hlavní ve stavebních pracích.
Druhá metoda spočívá v tom, že se za základ vezme vodní okraj jakékoli vodní plochy a porovná se s hladinou světových oceánů. V tomto případě se geodet zabývá konvenčním systémem výšek. Jeho přesnost nestačí k provádění měření v plném rozsahu na staveništi, ale je téměř ideální pro místní měření, kde není vyžadováno striktní odkazování výšek budov na jiné regionální systémy.
Trigonometrická nivelace
Obrázek 2. Trigonometrické vyrovnání. Author24 – online výměna studentských prací
Trigonometrická nivelace je založena na principu použití teodolitu a tachyometru. Tyto přesné měřicí přístroje odečítají nadměrný úhel od horizontu k horní hraně použité tyče. Tato metoda měření se často používá k určení výšek stožárů elektrického vedení a jiných podobných vysokých nestandardních objektů. Tato metoda nivelace umožňuje nejpřesnější výpočty nadmořských výšek tam, kde jsou velké vzdálenosti mezi objekty a úhly terénu.
Pro trigonometrické vyrovnání se používá řada hodnot, pomocí kterých se sestavují vzorce pro měření výšek. Při stanovení výsledku výpočtů se vychází z úhlu paprsku vzhledem k horizontu, výšky měřícího zařízení, délky vlasového segmentu a horizontu čáry.