BUDOWA NIWELATORÓW SAMOPOZIOMUJĄCYCH. ODCZYTY Z ŁAT NIWELACYJNYCH. SPRAWDZENIE I REKTYFIKACJA NIWELATORÓW SAMOPOZIOMUJĄCYCH METODĄ POLOWĄ. Przed rozpoczęciem pomiarów niwelacyjnych naleŝy dokładnie sprawdzić niwelator i ewentualnie dokonać rektyfikacji instrumentu. Zanim jednak przejdziemy do szczegółowego omówienia warunków osiowych niwelatora, zapoznamy się z jego budową oraz sposobem odczytu z łat niwelacyjnych. W pomiarach geodezyjnych moŝemy wyróŝnić dwa typy niwelatorów: Libelowe oś celową ustawiamy w poziomie za pomocą libeli niwelacyjnej, w której to pęcherzyk doprowadzamy do połoŝenia środkowego za pomocą śruby elewacyjnej, Samopoziomujące - oś celowa ustawia się w poziomie automatycznie. Jest to realizowane za pomocą urządzenia zwanego kompensatorem.. Budowa niwelatora Budowę instrumentu przedstawimy na przykładzie niwelatora samopoziomującego Ni 05 (rys. ). 9 3 4 0 5 6 7 8 9 Rys.. Budowa niwelatora samopoziomującego Ni 05. Podobnie jak przy omawianiu budowy teodolitu, tak i w przypadku niwelatora, cały korpus instrumentu spoczywa na spodarce (5), z którą połączone są 3 śruby poziomujące (6),
słuŝące do poziomowania instrumentu. Aby określić czy instrument jest spoziomowany, naleŝy sprawdzić połoŝenie pęcherzyka libeli okrągłej (), którą moŝemy takŝe obserwować za pomocą lusterka (). W niwelatorze samopoziomującym Ni 05 wyróŝniamy takŝe obiektyw (7) i okular lunety (3). Obserwator spoglądając do okularu lunety widzi siatkę celowniczą w kształcie krzyŝa kresek. Aby moŝna było dokonać precyzyjnego odczytu z łaty, naleŝy doprowadzić do odpowiedniej ostrości siatki celowniczej. Wykonujemy to za pomocą okularu lunety (7). RównieŜ niezbędną czynnością przed wykonaniem pomiaru jest ustawienie ostrości obrazu łaty niwelacyjnej za pomocą śruby ogniskującej (8). Za pomocą niwelatora samopoziomującego moŝna takŝe dokonywać odczytu wartości kierunku poziomego Hz (np. przy wykonywaniu pomiaru niwelacji punktów rozproszonych). Wykonujemy to za pomocą lunetki systemu odczytowego (0). Patrząc do tej lunetki naleŝy przed odczytem nastawić właściwą dla oka obserwatora ostrość obrazu systemu odczytowego za pomocą okularu (4) lunetki systemu odczytowego. Do precyzyjnego wycelowania lunety niwelatora na łatę słuŝy leniwka pozioma (9).. Odczyt z łaty niwelacyjnej Po wycelowaniu lunety niwelatora na łatę (zakładamy, Ŝe łata ustawiona jest w pionie) uzyskujemy obraz w polu widzenia lunety jak na rys.. Właściwy odczyt wykonujemy za pomocą środkowej kreski poziomej krzyŝa kresek.
Rys.. Odczyt z łaty niwelacyjnej. Dokonując odczytu z łaty naleŝy zawsze mieć na uwadze, Ŝe odczyt powinien składać się z 4 cyfr. Pierwsza cyfra oznacza zawsze wartości metrów, druga cyfra definiuje decymetry, trzecia cyfra oznacza centymetry a czwarta (szacowana przez obserwatora) określa wartości milimetrów. NiezaleŜnie od tego, czy wartości metrów (pierwsza cyfra), czy milimetrów (ostatnia cyfra) wynoszą zero, zawsze odczyt powinien składać się z 4 cyfr. Odczyt taki pozwala nam na określenie wysokości osi celowej względem punktu, na którym znajduje się łata niwelacyjna. Łaty niwelacyjna są zazwyczaj 4 metrowe. Są na nich obok uchwytów zamocowane libele okrągłe, za pomocą których ustawiamy łaty w pionie. System odczytowy na łatach jest wyróŝniony kolorami, na przemian czarny i czerwony. Zmiana kaŝdego koloru następuje co metr. Na tle kaŝdego koloru znajduje się takŝe opis złoŝony z cyfr. Pierwsza oznacza wartości metrów a druga decymetrów od tzw. stopki łaty. Co 5 centymetrów na łacie znajduje się symbol duŝej litery E (lub jej lustrzane odbicie) a najmniejszą jednostką podziału (na przemian biało-czarna lub biało-czerwona) jest centymetr. Odczyt z łaty polega na określeniu połoŝenia środkowej poziomej kreski krzyŝa siatki. Przykładowy odczyt z łaty na rys. wynosi: 36. Wynika on z tego, Ŝe środkowa
pozioma kreska siatki celowniczej znajduje się na czerwonym tle łaty, opisanej między dwoma cyframi 3 a 4. Tak więc połoŝenie osi celowej niwelatora znajduje się między metrem i 3 decymetrem a metrem i 4 decymetrem. Odczyt pierwszych dwóch cyfr wynosi więc 3. Kolejną trzecią cyfrę naleŝy określić licząc ile pełnych centymetrów (czyli pełnych najmniejszych jednostek podziału łaty) znajduje się od wartości 3 do środkowej poziomej kreski siatki celowniczej. PoniewaŜ środkowa pozioma kreska siatki celowniczej znajduje się pomiędzy 6 a 7 centymetrem (względem wartości 3), tak więc dopisujemy do odczytu 3 wartość 6 centymetrów otrzymując 36. Pozostało nam jedynie oszacowanie wartości milimetrów wyznaczanych środkową poziomą kreską siatki celowniczej między 6 a 7 centymetrem. Autor szacuje tą wartość na mm, którą dopisujemy do naszego odczytu uzyskując pełny odczyt z łaty, czyli 36. 3. Sprawdzenie I rektyfikacja niwelatora samopoziomującego metodą polową Jak juŝ na początku wspomniano przed wyjściem w teren naleŝy dokonać sprawdzenia i ewentualnej rektyfikacji niwelatora. Zawsze naleŝy dokonać sprawdzenia części mechanicznych (podobnie jak przy omawianiu teodolitów), optycznych (podobnie jak przy omawianiu teodolitów) oraz warunków osiowych (geometrycznych) instrumentu. W niniejszym podrozdziale poświęcimy czas na omówienie warunków osiowych niwelatora samopoziomującego. Niwelator taki powinien spełniać następujące warunki geometryczne:. Płaszczyzna główna libeli sferycznej powinna być prostopadła do osi głównej niwelatora.. Pozioma kreska siatki celowniczej powinna być prostopadła do osi głównej instrumentu. 3. Oś celowa powinna być pozioma w zakresie działania kompensatora. Ad.. Sprawdzenie tego warunku zaczynamy od spoziomowania instrumentu za pomocą 3 śrub ustawczych S, S, S3 (rys. 3a). Następnie obracamy instrument o 80 0 i sprawdzamy połoŝenie pęcherzyka libeli okrągłej (rys. 3b). JeŜeli pęcherzyk wyjdzie z górowania naleŝy dokonać rektyfikacji libeli sferycznej za pomocą śrub poziomujących S, S, S3 oraz śrubek rektyfikacyjnych r, r, r3.
S S r r3 r r3 ϕ ϕ r r S S3 S S3 a) b) Rys. 3. Sprawdzenie i rektyfikacja libeli sferycznej. Błąd wychylenia pęcherzyka libeli okrągłej dzielimy na dwie składowe ϕ i ϕ. Połowę błędu ϕ usuwamy za pomocą śrub poziomujących S i S3 (obracając śrubami równocześnie w przeciwnych kierunkach) a drugą połowę tego samego błędu ϕ usuwamy za pomocą śrubek rektyfikacyjnych r, r3. Natomiast połowę błędu ϕ usuwamy za pomocą śruby poziomującej S a drugą połowę tego samego błędu ϕ usuwamy za pomocą śrubki rektyfikacyjnej r. Ad.. Sprawdzenie warunku drugiego moŝna wykonać dwoma sposobami. Sposoby te zostały omówione przy sprawdzaniu i rektyfikacji tego warunku dla teodolitów. Czynności te wykonujemy w taki sam sposób dla niwelatorów. Ad. 3. Przed sprawdzeniem czy oś celowa jest w poziomie, naleŝy sprawdzić działanie kompensatora. PoniŜej zostanie przedstawiony jeden ze sposobów sprawdzenia poprawności działania kompensatora. W pierwszej kolejności naleŝy sprawdzić prawidłowe działanie wahadła. Sprawdzenie to polega na delikatnym stuknięciu w obudowę niwelatora i obserwację siatki celowniczej. JeŜeli wahadło nie jest oparte o amortyzatory, czyli działa swobodnie, wówczas powinniśmy zaobserwować lekkie drgania siatki celowniczej. W przeciwnym razie prawdopodobnie wahadło jest uszkodzone lub oparte o jeden z amortyzatorów.
Następnie naleŝy sprawdzić czy zakres działania kompensatora jest poprawny. W tym celu ustawiamy łatę na Ŝabce (metalowej podstawie na łaty zakończonej okrągłym bolcem) w odległości ok. 40m od niwelatora. Poziomujemy niwelator (połoŝenie pęcherzyka libeli jak na rys. 4 poz. ) i wykonujemy odczyt na łacie: O. S r r3 5 3 4 r S Rys. 4. PołoŜenie pęcherzyka libeli sferycznej w zakresie działania kompensatora. S3 Następnie doprowadzamy do wychylenia pęcherzyka powietrza libeli sferycznej w 4 skrajnych połoŝeniach (rys. 4 poz. -5) za kaŝdym razem dokonując odczytu z łaty: O-O5. Odczyty O-O5 z łaty nie powinny róŝnic się względem siebie o -mm. Wówczas kompensator działa poprawnie i moŝemy przystąpić do sprawdzenia warunku poziomej osi celowej niwelatora. W pierwszej kolejności wykonujemy tzw. niwelację ze środka. W tym celu ustawiamy niwelator pośrodku między łatami, które są oddalone od niwelatora ok. po 40m (rys. 5). Łaty ustawiamy na Ŝabkach (Z i Z).
t' t'' t' t'' p' p'' p' p'' Z Z B 40m A 40m 5m 75m Rys. 5. Sprawdzenie warunku poziomej osi celowej. Po spoziomowaniu niwelatora wykonujemy odczyt na łatę wstecz t (np. 46) i zapisujemy wynik w dzienniku pomiarowym (rys.6). Następnie celujemy na łatę wprzód i wykonujemy odczyt p (np.0849) i zapisujemy w dzienniku pomiarowym (rys. 6). Teraz zmieniamy wysokość osi celowej niwelatora (np. przez jego niewielkie przesunięcie i ponowne spoziomowanie) i ponownie wykonujemy odczyt na łatę w przód p (np. 070) zapisując wynik w dzienniku pomiarowym (rys 6). Ponownie celujemy na łatę wstecz i wykonujemy odczyt t (np.648) zapisując wynik w dzienniku pomiarowym (rys. 6). Po dokonaniu pomiaru ze środka moŝemy wyznaczyć róŝnicę wysokości (przewyŝszenie) między punktami określonymi przez połoŝenie łat na Ŝabkach. PoniewaŜ wykonaliśmy ten pomiar dwukrotnie (przez zmianę wysokości instrumentu) obliczymy przewyŝszenie między punktami dwukrotnie z wzorów: ' ' ' h = t p = 46 0849 = 0577 () '' '' '' h = t p = 648 070 = 0578 i zapisujemy wyniki obliczeń w dzienniku pomiarowym (rys. 6). JeŜeli róŝnica między przewyŝszeniami obliczonymi z wzorów () nie przekracza -3mm uśredniamy wartość
przewyŝszenia h = 0578 (zaokrąglając wynik do milimetra) i zapisujemy w dzienniku pomiarowym (rys. 6). W przeciwnym wypadku powtarzamy pomiar. Teraz ustawiamy niwelator w odległości ok. 5m od łaty wstecz i wykonujemy opisane powyŝej czynności powtórnie. Wykonujemy teraz tzw. niwelację wprzód. Celujemy na łatę wstecz i wykonujemy odczyt t (np. 76) i zapisujemy wynik w dzienniku pomiarowym (rys.6). Następnie celujemy na łatę wprzód i wykonujemy odczyt p (np.50) i zapisujemy w dzienniku pomiarowym (rys. 6). Teraz zmieniamy wysokość osi celowej niwelatora (np. przez jego niewielkie przesunięcie i ponowne spoziomowanie) i ponownie wykonujemy odczyt na łatę w przód p (np. 0975) zapisując wynik w dzienniku pomiarowym (rys 6). Ponownie celujemy na łatę wstecz i wykonujemy odczyt t (np.55) zapisując wynik w dzienniku pomiarowym (rys. 6). Po dokonaniu pomiaru ze środka moŝemy wyznaczyć róŝnicę wysokości (przewyŝszenie) między punktami określonymi przez połoŝenie łat na Ŝabkach. PoniewaŜ wykonaliśmy ten pomiar dwukrotnie (przez zmianę wysokości instrumentu) obliczymy przewyŝszenie między punktami dwukrotnie z wzorów: ' ' ' h = t p = 76 50 = 0576 '' '' '' h = t p = 55 0975 = 0577 i zapisujemy wyniki obliczeń w dzienniku pomiarowym (rys. 6). JeŜeli róŝnica między przewyŝszeniami obliczonymi z wzorów () nie przekracza -3mm uśredniamy wartość przewyŝszenia h = 0576 (zaokrąglając wynik do milimetra) i zapisujemy w dzienniku pomiarowym (rys. 6). W przeciwnym wypadku powtarzamy pomiar. JeŜeli róŝnica między przewyŝszeniami otrzymanymi z niwelacji ze środka h = 0578 i niwelacji wprzód h = 0576 ( h = h h = 0578 0576 = 000 to warunek poziomej osi celowej niwelatora jest spełniony. () ) nie przekracza -3mm W przeciwnym razie naleŝy wykonać rektyfikację, czyli usunąć błąd niepoziomości osi celowej niwelatora. W tym celu obliczamy teoretyczną wartość odczytu w przód p, wykorzystując odczyt wstecz t =55 (przyjmujemy tą wartość za bezbłędną ze względu na niewielką odległość od łaty) z niwelacji w przód, oraz średnie przewyŝszenie między punktami uzyskane z niwelacji ze środka h = 0578( przyjmujemy tą wartość za bezbłędną ze względu na sposób niwelacji niwelacja ze środka eliminuje błąd niepoziomości osi celowej): '' '' p = t h = 55 0578 0974 (3) =
Po obliczeniu poprawnej teoretycznej wartości odczytu w przód nastawiamy siatkę celowniczą niwelatora (poziomą kreskę siatki celowniczej) na obliczony odczyt p. Wykonujemy to za pomocą śrubek rektyfikacyjnych po zdjęciu osłony okularu lunety niwelatora. Nr stanow. Oznaczenie reperów Długość celowych I pomiar wstecz t w przód p (t -p ) II pomiar wstecz t w przód p (t -p ) Średnia róŝnica wysokości h + - Wysokość 3 4 5 6 7 8 Z 46 648 A Z 40 0849 070 + 0577 + 0578 0578 Z 5 76 55 B Z 75 50 0975 + 0576 + 0577 0576 Uwagi i szkice, zestawienia Rys. 6. Fragment dziennika pomiarowego do niwelacji reperów.