Wykład 7 i 8. Pomiary wysokościowe - niwelacja. Wykład 7 i 8 1

Transkrypt

1 Wykład 7 i 8 Pomiary wysokościowe - niwelacja Wykład 7 i 8 1

2 Czym jest niwelacja? Niwelacja jest procesem, w którym wyznaczana jest różnica wysokości między dwoma lub wieloma punktami. Wykład 7 i 8 2

3 Celem niwelacji jest wyznaczenie wysokości punktów, sporządzenie przebiegu warstwic na mapach, dostarczenia informacji o profilach terenu budowanych dróg i z tym związanych pracach ziemny, wyznaczenia w terenie poziomych i pochyłych powierzchni w pracach budowlanych. Wykład 7 i 8 3

4 Metody wyznaczania wysokości Pomiar h może być wykonany różnymi metodami i o różnej dokładności. Niwelacja geometryczna, Niwelacja trygonometryczna, Niwelacja barometryczna, Niwelacja hydrostatyczna, Niwelacja satelitarna. Wykład 7 i 8 4

5 Niwelacja GPS Wykład 7 i 8 5

6 Z pomiaru techniką GPS otrzymujemy pozycję punktu, tj. X,Y,Z Wykład 7 i 8 6

7 Zasada niwelacji satelitarnej P h H N geoida elipsoida Wykład 7 i 8 7

8 Geoida w Polsce Wykład 7 i

9 Proste przyrządy niwelacyjne niwelacja hydrostatyczna Wykład 7 i 8 9

10 Niwelacja barometryczna Niwelacja bar. jest stosowana bardzo rzadko w rozwiniętych krajach Europy, Ameryki i Australii. Natomiast jest niezwykle użyteczna w słabo rozwiniętych krajach Afryki, Azji i Ameryki Południowej 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 Na poziomie morza zmniejszeniu się ciśnienia o 1 mm słupa rtęci odpowiada zmiana wysokości o około 10 m, podczas gdy w górach na wysokości 2000 m, odpowiada zmiana wysokości około 14 m. Wykład 7 i 8 10

11 Przyrządy do mierzenia ciśnienia Ciśnienie powietrza jest mierzone: za pomocą barometrów rtęciowych, lub barometrów wykonanych w postaci blaszanych puszek z membraną zwanych aneroidami. Wykład 7 i 8 11

12 Niwelacja trygonometryczna Niwelacja trygonometryczna polega na pomiarze kąta pionowego α i odległości między dwoma punktami B t W tym celu wykorzystuje się teodolit z wmontowanym dalmierzem i H A A α d AB H B Dodatkowo należy pomierzyć wysokość instrumentu i oraz wysokość sygnału t. H AB = d poziom odniesienia AB tgα + i t Wykład 7 i 8 12

13 Niwelacja geometryczna w H c p B A H AB Wykład 7 i 8 13

14 Układy wysokościowe W pracach geodezyjnych wymagana jest znajomość wysokości bezwzględnej, tj. nad geoidą wzdłuż linii pionowych przechodzących przez te punkty. Rozróżnia się wysokości dodatnie, tj npm i ujemne w depresji. Wykład 7 i 8 14

15 W pomiarach geodezyjnych występują dwa poziomy: Geodezyjny związany z geoidą Geometryczny związany z płaszczyzną styczną Wykład 7 i 8 15

16 Powierzchnia odniesienia na dużych obszarach Wykład 7 i 8 16

17 Powierzchnia odniesienia mały obszar Wykład 7 i 8 17

18 Pionowy układ odniesienia Wysokości definiowane są zazwyczaj względem średniego poziomu morza, który wyznaczany jest dla jednego lub kilku mareografów. Obecnie za punkt zerowy przyjmuje się średni pm w Kronsztadzie w Zatoce Fińskiej. Wykład 7 i 8 18

19 Wpływ zakrzywienia powierzchni Ziemi na pomiary wysokościowe D w m h w mm Wykład 7 i 8 19

20 Sposoby niwelacji geometrycznej w H c O w H c p i B B H AB A A H AB Niwelacja w przód Niwelacja ze środka Wykład 7 i 8 20

21 Znaki wysokościowe Punkty, których wysokość ma być określona z wymaganą dokładnością za pomocą niwelacji, osadza się znaki wysokościowe. Znaki te mogą mieć charakter stały albo tymczasowy. Wykład 7 i 8 21

22 Za pomocą znaków wysokościowych stałych utrwala się: punkty wysokościowe sieci państwowej, sieci miejskich, punkty wysokościowe kolejowe, drogowe, rzeczne i inne. Elementem zasadniczym każdego znaku wysokościowego jest reper, wykonany najczęściej z metalu i mający jednoznacznie określany charakterystyczny punkt, którego wysokość jest wyznaczana. Wykład 7 i 8 22

23 Reper Ścienny Wykład 7 i 8 23

24 Repery ścienne Wykład 7 i 8 24

25 Repery ściene Wykład 7 i 8 25

26 Do tymczasowych znaków wysokościowych zaliczamy: słupy drewniane z poprzeczkami i z wycięciem na głowicy, gdzie właściwy punkt wysokościowy (reper) oznacza główka gwoździa, haki wbite w pnie drzew, zwykłe paliki wbite w ziemię i przeznaczone tylko na okres pomiarów krótkotrwałych. Wykład 7 i 8 26

27 Repery robocze Znaki te osadza się: w pobliżu prowadzonych robót ziemnych, trasowanych dróg. Noszą one również nazwę znaków (reperów) roboczych, gdyż korzysta się z nich tylko w okresie prowadzenia robót. Wykład 7 i 8 27

28 Niwelator Wykład 7 i 8 28

29 Luneta tubus lunety siatka kresek wyciąg okularowy okular obiektyw wyciąg siatki kresek Wykład 7 i 8 29

30 Łaty niwelacyjne Łaty niwelacyjne służą do mierzenia odległości pionowej od niwelowanego punktu do płaszczyzny poziomej wyznaczonej przez oś celową niwelatora. Wyniki niwelacji zależą, więc nie tylko od dokładności niwelatora, lecz również od dokładności wykonania łat. Wykład 7 i 8 30

31 Tradycyjne łaty są z drewna jodłowego, uodpornionego na wilgoć za pomocą impregnowania i pomalowania farbą olejną. Obecnie łaty są zazwyczaj wykonane z włókna szklanego lub z aluminium. Niektóre łaty są składane. Podziałka centymetrowa lub kodowa naniesiona jest na powierzchnię łaty. W przypadku łaty do niwelacji precyzyjnej podziałka naniesiona jest na specjalną wstęgę inwarową Wykład 7 i 8 31

32 Odczyt łaty Odczyt wykonujemy w tym miejscu na obrazie łaty, widzianym w lunecie, gdzie poprzeczna kreska siatki celowniczej przecina obserwowany podział. Jeżeli widziany obraz jest odwrócony, to zero podziału łaty znajduje się u góry pola widzenia. Metry i decymetry odczytujemy według opisu na łacie, centymetry liczymy od ostatniej opisanej działki decymetrowej do kreski poziomej w kierunku z góry na dół, a milimetry szacujemy na oko Wykład 7 i 8 32

33 Łaty niwelacyjne Wykład 7 i 8 33

34 Precyzyjne Łaty Wykład 7 i 8 34

35 Niwelatory libellowe Instrumenty stosowane w niwelacji geometrycznej zwane są niwelatorami, Niwelatory pod względem precyzji dzielimy na trzy kategorie: Do pierwszej grupy zaliczamy niwelatory o dużej precyzji. Instrumenty te są stosowane do precyzyjnych pomiarów geodezyjnych i umożliwiają spoziomowanie osi celowej z dokładnością 0.2, Wykład 7 i 8 35

36 Do grupy drugiej zliczamy niwelatory o średniej dokładności. Są to przeważnie niwelatory ze śrubą elewacyjną lub automatyczne umożliwiające spoziomować oś celową w granicach od 0.5 do 1, Do ostatniej trzeciej grupy zaliczamy niwelatory budowlane, które używane są w budowlanych pracach inżynierskich. Wykład 7 i 8 36

37 Wykład 7 i 8 37

38 Niwelator ze stałą lunetą Niwelator budowlany jest jednym z najtańszych optycznych niwelatorów i jest powszechnie używany na budowach inżynierskich. Aby oś celowa niwelatora była w poziomie oś główna libelli rurkowej musi być prostopadła do kierunku linii pionu. Warunek ten uzyskujemy poprzez odpowiednie obracanie śrubami nastawczymi. Wykład 7 i 8 38

39 Niwelator ze śrubą elewacyjną śruba elewacyjna Niwelator ze śrubą elewacyjną jest znacznym udoskonaleniem niwelatora budowlanego. W niwelatorze tym jest możliwość niewielkich ruchów lunety w płaszczyźnie pionowej. Po wycelowaniu lunety na łatę linia celowa może być doprowadzona precyzyjnie do pozycji horyzontalnej, za pomocą bardzo czułej libelli. W tym celu korzysta się ze śruby elewacyjnej, która podnosi lub obniża jeden z końców lunety. Wykład 7 i 8 39

40 Niwelatory samopoziomujące Niwelatory z libellą rurkową mało wydajne, Pierwszy niwelator samopoziomujący 1799 rok. Zasada stabilizacji tego instrumentu była prosta i polegała na zawieszeniu lunety w taki sposób, że jej ciężar tworzył wahadło Obecnie nie cały instrument, ale tylko oś celowa niwelatora poziomuje się samoczynnie w pewnych granicach. Wykład 7 i 8 40

41 Fizyczna zasada kompensacji: w postaci wahadeł, klasycznych libell, swobodnych płynnych powierzchni. Techniczna konstrukcja Kompensatory mechaniczne Kompensatory optomechaniczne optyczne Wykład 7 i 8 41

42 Niwelatory samopoziomujące Niwelatory samopoziomujące, podobnie jak niwelatory klasyczne, dzielą się na: Niwelatory budowlane, Inżynierskie Precyzyjne. Ich zewnętrzny kształt podyktowany przede wszystkim konstrukcją kompensatora. Niwelatory samopoziomujące nie posiadają śrub elewacyjnych. Wykład 7 i 8 42

43 Niwelator cyfrowy System ten zapoczątkowany przez firmę Wild (obecnie Leica Geosystem) w 1990 roku, a następnie inne wytwórnie sprzętu geodezyjnego. Wykorzystuje się cyfrowy sposób obróbki obrazu łaty kodowej w celu jej odczytania. Czytania łaty jest bardzo podobne do czytania kreskowego kodu stosowanego szeroko w przemyśle i życiu codziennym. Wykład 7 i 8 43

44 Cyfrowy sposób czytania łaty umożliwia: automatyzację procesu pomiaru wysokości eliminuje błędy, jakie ewentualnie powstają przy ręcznym wpisywaniu informacji przyspieszają proces pomiarowy. Wykład 7 i 8 44

45 Sprawdzenie niwelatora Płaszczyzna styczna w punkcie głównym libelli pudełkowej powinna być prostopadła do osi pionowej instrumentu. Oś główna libelli rurkowej powinna być równoległa do osi celowej lunety, W przypadku niwelatorów automatycznych promień poziomy przechodzący przez punkt główny obiektywu H powinien padać na płytkę z krzyżem kresek w punkcie S Wykład 7 i 8 45

46 Sprawdzenie niwelatora a / 1 a t 2c α b / 1 a 2 b 2 c α α c a 1 b 1 stanowisko II stanowisko I H AB A S Wykład 7 i 8 46 B

47 Źródła błędów Błędy systematyczne Zakrzywienie powierzchni Ziemi Refrakcji pionowa Refrakcja różnicowa Brak równoległość osi libelli i osi celowej Odchylenie łaty od pionu Osiadania instrumentu Niewłaściwa jednostka długości na łacie Różnego miejsca zera Wykład 7 i 8 47

48 Wibracja powietrza Przy intensywnym nasłonecznieniu występuje bardzo często zjawisko wibracji Objawia się ono w postaci drgania i falowania obrazu łaty w polu widzenia lunety. Wykonywanie odczytów z łaty jest wówczas utrudnione, a czasem wręcz niemożliwe. Wykład 7 i 8 48

49 Niwelacja reperów Stosując niwelację geometryczną ze środka można z jednego stanowiska niwelatora wyznaczyć różnicę wysokości dwóch punktów odległych od siebie około 100 metrów Jeśli ta odległość jest większa, to należy ja podzielić na części nie większe niż 100 m i kolejno wyznacza się różnice wysokości między sąsiednimi punktami W ten sposób tworzy się ciąg niwelacyjny łączący punkty odległe. Wykład 7 i 8 49

50 Wykład 7 i 8 50 = = = = = = = = n i i n i i n i i n n n n p w H H H H p w H p w H p w H ? Rp = Rp1 1 w w przód-p Wstecz-w Wysokośy?h O Odczyty Oznaczenie punktów Nr.stanow

51 5 zasad niwelacji Zawsze zaczynaj i kończ pomiar na reperze, Staraj się zachować odległość do łaty wstecz i wprzód jednakowe, jak tylko to jest możliwe, Staraj się nie przekraczać długości linii celowej ponad 50 metrów, Nigdy nie czytaj łaty poniżej 0.5 m (refrakcja), Jako punkty pośrednie wykorzystuj stabilne dobrze określone punkty, najlepiej żabki. Wykład 7 i 8 51

52 Sieci niwelacyjne Wysokości punktów są wyznaczane względem powierzchni odniesienia (geoidy), która w praktyce jest zdefiniowana przez średni poziom morza Średni poziom morza jest wyznaczany z dostatecznie długiego szeregu obserwacji mareograficznych W Polsce wysokości punktów są odniesione do powierzchni zdefiniowana przez mareograf w Amsterdamie lub Kronsztadzie Punkty, których wysokości zostały wyznaczone z dużą dokładnością względem średniego poziomu morza zwane są reperami i tworzą na obszarze kraju sieć niwelacyjną Łeba Władysławowo Ustka Łęczyce Lębork Bożepole Reda Hel Godętowo Gronowo Słupsk Gołdap Braniewo Kołobrzeg Kołobrzeg I II Gdańsk Barciany Gołdap- Świerd Litwa Koszalin Bytów Elbląg Pieniężno Poćkuny Świnoujście Olecko TrzebiatówKarlino Kościerzyna Czarlin Kąp Parłówko Biały Bór MorągOlsztyn Augustów Buślary Zblewo Mrągowo Chojnice Susz Bartąg Jaroty Lubieszyn Węgorzyno Stare Grajewo Pisz Kuźnica Szczecin Lędyczek Grudziądz Szczytno Kiełbonki Dąbie Stargard Szcz. Sępólno Sokółka Stolno Brodnica Nidzica Wałcz Kalisz Pom. Wyrzysk Działdowo Bydgoszcz Łomża Białystok Mława Rypin Przasnysz Ostrołęka Chojna Myślibórz Zambrów Czarnków Toruń Drezdenko Żnin Szadłowice Sierpc Maków Maz. Ostrów Maz. Bielsk Podl. Wągrowiec Inowrocław Kostrzyn I Pułtusk Skwierzyna Kostrzyn II Strzelno Włocławek Płońsk Wyszków Pniewy Gniezno Płock Niegów Sokołów Podl. Rzepin Wa-wa Siemiatycze Świebodzin Poznań Września Wyszogród Pelcowizna Wa-wa Grodzisk Wlk. Konin I KrośniewiceSochaczew Środa Grochów Stojadła Gubin Połupin Konin II Koło Warszawa Zakręt Siedlce TerespolZalesie Kościan Łowicz Kołbiel Wola Zielona G. OzorkówMszczonów Góra Międzyrzec Podl. Przykona Kalisz Kalwaria Radzyń Podl. Nowa Sól Grójec Żuchlów Krotoszyn Łódź Gończyce Dziećmiarowice Brzeziny Rawa Maz. Bytom Odrz. Ostrów Wlk. Czerna Przemków Rawicz Sieradz Łask Włodawa Żyrzyn Piotrków Tryb. BrzuśniaRadom Nowa Wieś Syców Szczerców Zwoleń Lublin Zgorzelec Legnicka Kawice Chełm Wieluń Jawor Rogoźnica Wrocław Namysłów Sielpia Radomsko Skarżysko-Kam. Tarłów Krasnystaw Kraśnik Jelenia Góra Wiadrów Ligota Ostrowiec Św. Brzeg Górna Włoszczowa Hrubieszów Częstochowa Janów Lub. Zamość Lubawka Ząbkowice Opole Sandomierz Frampol Szydłów Śląskie Jędrzejów Kudowa Zdrój KłodzkoPaczków Łoniów Nysa Koziegłowy Racławice Tomaszów Lub. Bełżec Błotnica Strzelce Niegocławice Laskowice Miechów Połaniec Opolskie Głubczyce Olkusz Cieszanów Hrebenne Koszyce BoboszówPietrowice Racibórz Krzeszowice Przeworsk Tarnów Kraków Jarosław Zabełków Wieliczka Pilzno Rzeszów Skoczów Brzesko Bielsko Biała Jasło Miejsce Cieszyn Żywiec Piastowe Rabka Nowy Sącz Zabłotce I Istebna Nowy Targ Grybów Laliki Chochołów I Kluszkowce Zabłotce II Zwadroń Barwinek Niedzica Chochołów II Zakopane Łysa Polana Leluchów Wykład 7 i 8 52

53 Podział osnowy wysokościowej podstawowa szczegółowa klasa I II III IV dokładność mm/km ± 1 ± 2 ± 4 ± 10 pomiarowa m H < 10 cm Wykład 7 i 8 53

54 Metody określania rzeźby terenu Niwelacja podłużna i poprzeczna Niwelacja powierzchniowa - metoda siatki kwadratów - metoda punktów rozproszonych tachimetria Wykład 7 i 8 54

55 Wysokości na mapach P poziom morza geoida Wykład 7 i 8 55

56 Wykład 7 i 8 56

57 Thank you for attention Wykład 7 i 8 57