Изравняване и изравняване

Един от видовете геодезически измервания е нивелирането, с помощта на което се определят относителните височини на всякакви точки на земната повърхност. Референтното ниво за такива геодезически измервания може да бъде нивото на река или океан или друга референтна точка. Това е, всъщност нивелирането е определянето на превишението на нивото на всяка повърхност на точка над дадена, което е необходимо за изграждане на точен терен, който по-късно може да се използва за изграждане на карти, планове на терена или за решаване приложни проблеми.

Видове изравняване

Изравняването на повърхността може да се извърши по различни методи, които се различават по използваната технология и оборудване:

1. Геометрично изравняване.

За изследване на терена с помощта на геометрично изравняване се използват жезъл и ниво. Принципът на изравняване се състои в инсталирането на специална релса с прегради и удари в необходимата точка на повърхността, след което разликата във височината се измерва с помощта на хоризонтална мерна греда.

Геометричното изравняване се извършва по метода "от средата" или "напред". В първия случай релсите са монтирани в две точки на повърхността и нивото е разположено между тях по такъв начин, че разстоянията до релсите да са приблизително равни. Резултатът от измерването е информация за превишението на нивото на една от релсите над другата.

Геометричното изравняване е най-често срещаният метод, който се използва широко в строителството.

2. Тригонометрично изравняване.

При този метод на изравняване се използват специални гониометрични устройства (теодолити), с помощта на които се измерват ъглите на наклона на зрителния лъч, който преминава през две определени точки на повърхността. Този метод се използва при топографско заснемане, за да се определи разликата във височините на две точки, които са в зоната на оптична видимост, но на значително разстояние една от друга.

3. Барометрично изравняване.

Този метод се основава на зависимостта на атмосферното въздушно налягане от височината на точка на повърхността. Налягането се измерва с помощта на барометър и получените данни се коригират за реалните параметри на температурата и влажността на въздуха по време на измерванията.

Този метод обикновено се използва в труднодостъпни райони, по време на различни геоложки или географски експедиции.

4. Механично изравняване.

За изравняване на повърхността с помощта на този метод се използва специално устройство за автоматично изравняване, което автоматично изчертава профила на терена с помощта на инсталирана отвес, който задава вертикалата, и фрикционен диск, който фиксира изминатото разстояние. Такава изравнителна машина е инсталирана на превозно средство и определя:

разлика във височините между дадените точки;
разстояние между дадени точки;
профил на терена, фиксирайки го върху фотографска лента.

5. Хидростатично изравняване.

Този метод на изравняване се основава на принципа на действие на комуникиращите съдове. Хидростатичните измервания се извършват с помощта на хидростатично ниво, работещо с грешка от 1-2 mm. Такова ниво се сглобява от две стъклени тръби, които са свързани помежду си с маркуч, напълнен с вода. Стъклените тръби се вкарват в ламели, върху които се прилагат градуировки, според които се определят числените стойности на покачването на нивото. От конструкцията на хидростатичното ниво се вижда, че зоната на неговото действие е ограничена от дължината на маркуча, свързващ съдовете.

В допълнение към методологията за производство на работа, нивелирането е разделено на класове на точност, всеки от които съответства на определени методи и видове нивелиране:

Клас I (с висока точност), който съответства на случайна средно-квадратна грешка от 0,8 mm/km и систематична грешка от 0,08 mm/km;
Клас II (висока прецизност), който съответства на случайна средно-квадратна грешка от 2,0 mm/km и систематична грешка от 0,2 mm/km;
III клас, което съответства на случайната средно-квадратна грешка от 5,0 mm/km;
IV клас, който съответства на случайната средно-квадратна грешка от 10,0 mm/km, изчислена от остатъците на получените линии и полигони.

В допълнение към тези класове се използва техническо изравняване, чийто клас на точност е под четвъртия.

В зависимост от релефа на дадения терен и задачите на проучването може да се използва изравняване по квадратчета, по успоредни линии или от полигони. Първият метод е най-широко разпространен и се използва широко за големи открити терени с ниска височина на участъка.

Какво е ниво?

За извършване на геометрично изравняване, което се използва широко в строителството, се използват нива с различни дизайни. Според принципа на действие се разделят електронни, оптико-механични, лазерни и хидростатични нива. Всички устройства са оборудвани с телескоп, който се върти хоризонтално. Съвременните нивелиращи конструкции осигуряват автоматична компенсация за настройване на зрителната ос в работно положение.

Всички нива са разделени на различни класове на точност: високо прецизни, прецизни и технически. Високоточните нива осигуряват грешка в измерването по-малко от 2 mm на 1 km двоен ход, точните - по-малко от 5 mm.

История на изравняване

Първите сведения за изравняването датират от I век. Пр. Н. Е., А именно изграждането на напоителни канали в Древен Рим и Гърция. Историческите документи споменават нивото на водата и свързват неговото изобретение и употреба с имената на Марк Витрувий, римски архитект, и Херона Александрийска, древногръцки учен.

Импулсът за развитието на методите за изравняване е изобретението на телескоп, цилиндричен нивелир, барометър и решетка в телескопите. Всички тези открития датират от 16-17 век и позволяват разработването на точни методи за измерване на земната повърхност.

В Русия, по времето на Петър I, е създадена оптична работилница (1715-1725), където наред с други техники са произведени нивелири, които са били наричани нивелири с тръба. Разработването на нива в този семинар беше ръководено от I.E. Беляев. Същият период включва измерването на нивото на повърхностните точки с помощта на барометър.

Началото на 19 век е белязано от появата на тригонометрично изравняване, с помощта на което са извършени такива мащабни работи като определяне на разликата в нивото на Черно и Азовско море, измервана е височината на планината Елбрус.

Широкото използване на геометрично изравняване датира от средата на 19 век. Например през 1847 г. той е използван при проектирането на Суецкия канал. В домашната геодезия геометричното изравняване се използва за изграждане на сухопътни и водни пътища.

Началото на създаването на вътрешната изравнителна мрежа датира от 1871 г., когато започва работа по инсталирането на пунктове, служещи като основа за топографски проучвания.

Прилагане на изравняване

Резултатът от нивелирането е създаването на референтна геодезическа мрежа, която служи като основа за извършване на топографско заснемане на района или всякакви геодезически измервания.

Нивелирането се използва широко за научни и изследователски цели: при изучаване на формата на земното кълбо, движенията на земната кора, както и за фиксиране на колебанията в нивото на океаните или моретата.

Нивелацията се използва широко и за решаване на приложни проблеми, свързани с изграждането на различни обекти, полагане на инженерни комуникации, комуникационни маршрути и др. Например, изравняването е необходимо за прехвърляне на дизайнерски решения във височина, както и по време на монтажни работи за монтаж на строителни конструкции. За да разрешите всички тези проблеми, използвайте данните, получени от геодезисти, използващи нива. В допълнение, за решаване на тясно специализирани задачи се използват системи за автоматично изравняване. Тези задачи включват например строителство и ремонт на пътища. В допълнение, сензорите, включени в системата за автоматично изравняване, се инсталират на автомобили, железопътни вагони, в резултат на което можете да получите готов профил на терена в най-кратки срокове.

Съвременни технологии в нивелирането

Днес, с оглед на необичайно бързото развитие на технологиите, различни технологии могат да се използват за изравняване на повърхността:

лазерни, които се основават на отчитане на повърхностни параметри с помощта на лазерен скенер;
ултразвук, чийто основен елемент е ултразвуков сензор, който излъчва вълни;
GNSS технологии, които са свързани с получаване на данни за текущи координати чрез сателитни комуникации. Тази технология осигурява най-висока точност на изравняване.

За ефективна обработка на големи потоци от данни, произтичащи от прилагането на горепосочените технологии, е необходим специален софтуер, който да изпълнява задачите по съхраняване, управление, визуализация и обработка на данни.

Съвременни нивелиращи системи в пътното строителство

В съвременното пътно строителство широко се използват автоматизирани системи за изравняване, които ви позволяват да контролирате работния орган на пътно-строителната техника, в зависимост от текущото му положение. В същото време автоматичните системи за изравняване се отличават с висока точност на работа, което значително подобрява качеството на пътното платно и намалява общото време за строителство.

Системите за автоматично изравняване, монтирани на асфалтови павета, фрезови машини или булдозери, ви позволяват да премахнете дефекти на старото пътно платно при настилка на нов слой. Такова изравняване контролира страничния наклон на пътя и го извършва точно с параметрите, зададени от проекта.

Съвременните изравнителни системи за пътно-строителна техника са разделени на няколко вида, в зависимост от използваната технология:

ултразвукови системи с различен брой сензори;
лазерни нивелиращи системи;
системи, базирани на сателитни GPS технологии;
триизмерни системи, базирани на тотална станция.

В зависимост от сложността и необходимото качество на пътно-строителните работи може да се използва една или друга автоматична система за изравняване. Основната характеристика на такива системи, предлагани от водещите световни производители, е възможността за надграждане на нивелиращи системи от прости до най-сложни.