Nivelarea este una dintre cele mai importante tipuri de topografie. Primele informații despre nivelator de apă asociată cu numele arhitectului roman Marcus Vitruvius (1 c. Î.Hr.) și vechi om de știință grec Heron din Alexandria (1 c. BC). Tehnici de nivelare Dezvoltarea în continuare asociate cu prezenta invenție telescopului (capătul 16.), Barometrul (E. Torricelli, 1648), reticulul în telescop (J. Picard, 1669), nivelul plăcii (engl J. optician. Ramsden, 1768).
În secolul al 18-lea înălțimea de puncte din România a determinat barometru. nivelare trigonometrice de oțel utilizate la începutul secolului al 19-lea. În 1836-37gg. sub conducerea VJ niveluri Struve nivelare trigonometrice au fost determinate diferența Mării Negre și Caspice și înălțimea Beshtau munții Kazbek și Elbrus.
Prin trigonometric (geodezice) se referă la punctele de determinare nivelare zonă diferența de înălțime din direcția de înclinare măsurată de la un punct la altul și cunoscută (sau măsurată) distanța orizontală dintre aceste puncte.
nivelare trigonometrice este folosit pentru a determina înălțimile punctelor de triangulație și traverse, precum și filmarea topografice. Precizia rezultatelor depinde în mare măsură de dificil să ia în considerare influența refractie pământului.
Conform principiului lui Fermat, fasciculul de lumină trece de la un punct la altul de-a lungul acestui traseu, care a petrecut cel mai puțin timp. Datorită densității neuniforme a atmosferei are fasciculul de lumină nu este rectiliniu în acesta, ci și curbată convex sa transformat în mase de aer mai puțin dense. Atunci când se efectuează observator nivelare trigonometric la un punct A (ris.2.19) vede punctul B nu este pe linia AB, iar ultimul element în direcția liniei de vedere, și anume, AD în direcția tangentei la linia de vizare a ICA în punctul A. DAB unghiul de proiecție pe un plan vertical, la A, care se extinde prin punctul B, unghiul se numește refracție verticală.
Ris.2.19. refracție verticală în nivelarea trigonometric
refractie verticală crește cu distanța dintre punctele și, în plus, depinde de momentul zilei, acoperirea cu nori, înălțimea fasciculului de deasupra Pământului, natura terenului de acoperire, etc. Prin urmare, contabilitate exactă nu este posibilă refracție verticală, iar unghiurile verticale de triangulație măsurate, de obicei, cu ceva mai puțin decât o precizie orizontală.
Pe ris.2.19 lasa A - instrument Center la punctul de observație; B - partea superioară a țintelor de ochire; DIA - curba de refracție (proiecție vizare fasciculului pe punctul A în planul vertical care trece prin V); ZC - direcția firului cu plumb la punctul A; z ¢ - zenit măsurat distanța; r - unghiul vertical de refracție; z ¢ + r = z - distanța zenit true; și - intersecția liniei plumb cu suprafața nivelului din care punctajul se realizează înălțimi; av - punctul de intersecție A în plan vertical cu suprafața nivelului inițial. Arcul AB este luată ca arc de circumferință de rază R, egală cu raza medie de curbură a elipsoidului pământului în punctul A. latitudine
Prin segmentul de construcție Aa = H1 este înălțimea punctului A. Bs segment poate fi diferită de înălțimea elementului din cauza faptului că forma nivelului de suprafață poate varia de la sferică. Neglijarea acest lucru, vom lua Versetele = H2. Distanța orizontală dintre punctele A și B își asumă egală cu lungimea arcului AB = s.
Geodezie dovedit
unde k - factorul de refracție de 0,14 în medie;
H ¢ i (i = 1, 2) - punctele de înălțime ale centrelor A și respectiv B;
- înălțimea dispozitivului și să semneze pe punctele de pivotare A și B, respectiv.
Termenul se datorează influenței sfericitatea pământului și refracție, numit modificarea curburii pământului și de refracție.
Există diferite moduri de nivelare trigonometrice (într-o direcție, cu două sensuri, modul în secțiuni transversale), care este cauzată de dorința de a reduce influența refractie pământului. Două ipoteze sunt considerate acte de refracție pământ pe rezultatele măsurării unghiului vertical (distanța zenit). La pământ refracție mai întâi se presupune unghiuri de egalitate atunci când se măsoară unghiurile verticale la capetele liniei în direcția celuilalt. O altă ipoteză presupune egalitate unghiuri de refracție pământ pentru măsurări simultane ale unghiurilor verticale cu punctul de picioare a dispozitivului în orice direcție. Prima ipoteză ia în considerare diversitatea condițiilor de teren, de-a lungul liniilor, iar al doilea - identitatea condițiilor de observare în punctul aparatelor permanente.
Practica actuală de efectuare nivelare trigonometrice se bazează pe procese unilaterale și bilaterale utilizând distanța orizontală. Metode pentru a măsura în mod direct distanțele de înclinare nu sunt utilizate.
Următoarele metode sunt folosite pentru a determina factorul de refracție:
- din unghiul măsurat între cele două puncte, diferența de înălțime și distanța dintre ele este cunoscut cu suficientă precizie;
- pentru măsurări simultane unghiuri reciproce;
- stabilirea corecțiilor la valoarea recepționată a coeficientului conform unui nivelare trigonometrice.
În prima metodă, punctele determinată de înălțimea de nivelare geometrică, și distanța de la un cunoscut telemetre triangulație sau măsurat. Din (2.26) urmează
unde - unghiul de înclinare, măsurat la punctul A.
Să. Apoi vom calcula eroarea pătratică medie de determinare a coeficientului viciilor de refractie sposobom.Prenebregaya aceste definiții h și s. scrie
La unghiuri mici o
Din (2.29), care în măsurarea unghiurilor cu coeficient precizie refracție egal determinat de mai precisă este mai mare distanța. Estimăm precizia cu care să fie unghiuri măsurate. Eroarea medie pătrată
și când s = 10 km este egal cu ± 1,6².
În cea de a doua metodă, se presupune că pentru direcțiile reciproce de înainte și raporturi inversă, și, prin urmare, este doar un singur factor. Formula pentru calcularea coeficientului de refracție este de forma
Cu o precizie suficientă pentru practica, vom scrie
Să presupunem că unghiurile de înclinare sunt măsurate în mod egal exacte, distanța și înălțimea caracterelor și a instrumentelor determinate mici erori neglijate. atunci
În practică, trigonometrică nivelare înainte și înapoi de ghidare sunt de obicei observate simultan. În plus, refracția egalitatea a primit factori pentru direcții reciproce neadevărate. Prin urmare, rezultatele determinării coeficientului de refracție al prima și a doua metode nu pot fi comparate între ele.
În al treilea luarea metodei
în care - recepționată pentru procesarea unei valori trigonometrice coeficient de nivelare refracție.
Apoi, pentru a găsi c0 coeficient corector cu condiția ca înainte și înapoi excesul calculat cu valoarea C0 + DS0. sunt egale în mărime și în semn opus. Corecția se calculează cu formula:
Rădăcină medie pătrată eroare în determinarea corecției este calculată conform formulei
Corectarea coeficientului de refractie primit nu se schimba valorile medii ale înainte și elevații pe fiecare parte inversă. Dar va elimina o parte sistematică a diferențelor dintre ele. Corectarea refractie schimbare coeficient care depaseste derivat din observațiile unilaterale. Îmbunătățirea preciziei de determinare a inaltimile punctelor determinate din observațiile unilaterale este scopul principal al corectarea coeficientului de refractie primit.
Tabel. 15 prezintă rezultatele acuratețea determinării diferenței de înălțimi de puncte, anumite nivelare trigonometrice unilateral. Calculele sunt efectuate cu ajutorul formulei
care este ușor de obținut din (2.26), neglijând erorile în determinarea distanței, obiectivele înălțimii instrumentului și țintă.
Din tabelul 15 se observă că pentru un efect secundar mare a erorii de determinare a coeficientului de refracție este predominant.
Triangulatia este utilizat în mod obișnuit cu două sensuri de nivelare, efectuate la momente diferite. Studiile au arătat că precizia influenței nivelare nu numai Perturbarea câmpului de refracție la observația, dar, de asemenea, în regiunile intermediare și la locul amplasării punctului de observație. Pentru reglarea corectă a nivelare trigonometrice este important să se cunoască motivele pentru modificarea factorului de refracție și Perturbarea câmpului de refracție.
Studii teoretice și experiență de fabricație sugerează că principala cauză a schimbării factorului de refracție sunt schimbări în gradient de temperatură pe verticală în straturile superficiale ale atmosferei. formula
unde g - gradient de temperatură pe verticală, adică, măsoară schimbările de temperatură cu creșterea înălțimii la unitatea de lungime selectată. În (2.39), este exprimată în grade / metru (grade pe metru);
p - presiunea atmosferică exprimată în milimetri coloană de mercur;
T0 = 273 ° și t - temperatura aerului în centigrade Celsius.
Pentru o stare normală a stratului de suprafață al adiabatic G0 gradientului aer = - 0,0098 grade / m și în acest caz, formula (2.39) ia forma
Calculat de (2,40) se numește adiabatic coeficient coeficient de refracție normal.
gradient de temperatură standard cu g = - 0,0065 grade / m. Cu această valoare a gradientului de temperatură calculat coeficientul de refracție normală standard, cu formula
Distribuția temperaturii în straturile inferioare ale aerului este determinată în principal prin transferul de căldură între sol și aer. În condiții egale de gradienții de temperatură mai mari în zonele aride decât în umed. Deasupra vegetație (lemn, iarbă), gradienții de temperatură sunt mai mici decât pe un sol gol.
În timpul zilei, în vreme frumoasă și gradientul de temperatură în apropierea suprafeței (până la o înălțime de 1-1,5 m deasupra solului) poate atinge valori ridicate, ceea ce duce la o scădere a indicelui de refracție. La o înălțime de câțiva zeci de metri gradient de temperatură devine aproape normal. În seara vine o răcire a solului și a stratului de aer de suprafață. În aceste straturi, temperatura începe să scadă fără înălțime, și pentru a crește transferul de căldură prin convecție este amortizată. O astfel de schimbare în distribuția temperaturii atunci când de jos în sus nu scade, dar crește, se numește temperatura inversiune. În timpul inversiune Coeficientul de refracție suferă modificări semnificative.
Perioadele de apariția și dispariția inversiuni apar atunci când Soarele se află la o altitudine de aproximativ 15 ° deasupra orizontului. La această altitudine soarele este în timpul verii, timp de aproximativ 3 ore înainte de apusul soarelui, și 3 ore după răsăritul soarelui. Această lipsă de perioadă de inversie (vara la latitudini de mijloc de la 9 la 17 ore), se recomandă pentru măsurarea unghiurilor verticale. În vreme tulbure, fluctuațiile gradienții de temperatură apar mult mai lent, pe o perioadă de timp favorabil pentru măsurarea unghiurilor verticale crește, dar nu ar trebui să fie vreme tulbure măsurarea unghiurilor verticale în dimineața devreme și seara târziu. Wintertime improprii pentru nivelarea trigonometric, deoarece gradienții de temperatură corespunde temperaturii de inversare, sporind astfel în mare măsură fluctuații aleatorii coeficient de refracție.
Surveyors au observat mult timp conexiunea se modifică factorul de refracție cu fluctuații imagine a obiectului observat. Acest fenomen este în mijlocul secolului al 19-lea a explicat academicianul V.Ya.Struve: „Motivul pentru această schimbare trebuie căutată în influența încălzirii mai mare sau mai mică a suprafeței pământului (sol), care încalcă dreptul de stratificare a aerului. Dacă solul este mai cald decât aerul intră în contact cu ea, atunci există o expansiune a straturilor inferioare de aer, ceea ce conduce la o reducere de refracție și, datorită ridicării aerului cald stralucesc. Dacă temperatura solului este la temperatura ambiantă, apoi stratificarea corespunzătoare a aerului, imaginea se stabilească în jos, iar această stare corespunde unei refractie normale. "
În materie de refractie influențează înălțimea trecerea liniei vederii importante pe suprafața de dedesubt. Datorită diferențelor bârnei care stau la baza observării de suprafață va trece prin regiuni cu diferite gradiente de temperatură. Din acest motiv, nu se recomandă să transfere înălțimea nivelare trigonometrice, în cazul în care înălțimea liniei vederii este mai mică de 1,5 m deasupra solului.
Este de asemenea metode adecvate de măsurare a unghiurilor verticale pentru a împărți intervale de timp (0,5-1ch), pentru a aduce măsurarea unor condiții medii ale zilei. Tehnici recomandate pentru a efectua jumătate înainte de prânz, iar celălalt în după-amiaza. Cu această distribuție momentul observării poate fi atins simetria lor în ceea ce privește schimbările în gradienți de temperatură. Această tehnică este menită să compenseze o anumită măsură erori care apar datorită modificărilor indicelui de refracție.
Cu setarea corectă a nivelare trigonometrice și tratarea matematică riguroasă a datelor sale, și cu condiția ca anumite elemente sunt de topografie și astronomice, puteți obține un material amplu pentru studiul formei Pământului (înălțime pentru a determina suprafața fizică a liniilor de elipsoid și componente pământ Plumb). Acest lucru poate fi testată prin ipoteza componentei verticale a refracției și valoarea estimată la fiecare punct.
Până în prezent, din păcate, la zenit impus cerințe reduse. Astfel, în proiectarea și fabricarea de teodolite cercuri verticale face mai puțin precise decât orizontală, retrogradată la cerințele de nivel de producție pentru cercul vertical alidadei. distantele Zenith sunt măsurate în aceeași parte a cercului vertical. practica modernă necesită clarificarea principalelor dispoziții ale metodei de nivelare trigonometrice de execuție și de a crește cerințele pentru producerea de noi goniometru.
1. ofițer Atlas. M. RIO WUT GSH 1984.
2. EP Aksenov. Teoria mișcării sateliților artificiali. M. Nauka, 1977.
3. SV Zverev. În lumea de lumina soarelui. L. Gidrometeoizdat 1988.
4. BS Kuzmin, BA Litvinov. Ghid de topografie (Informații generale și de triangulație). VIA M. 1961.
7. astronomie Curs (partea teoretică) N. Tsinger. Petrograd, RIO Marine comisariat 1922.
8. MM Mashimov. Teoria Geodezie planetare. M. Nedra 1982.
11. P. Melchior. Fizica și dinamica planetei. Trans. cu Franța. Părțile 1 și 2. Mir 1975.
12. H. Moritz. geodezie fizică modernă. Trans. din limba engleză. M. Nedra 1983.
13. Referință topograf. Cărțile 1 și 2. M. Nedra 1985.
15. Spațiu fizica. Mică enciclopedie. M. sovietice Enciclopedia, 1976.